JP2007019262A - 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程が簡単で、マウント時の安定性がよく、光取出し効率を向上させるこ
とが可能な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】 特定の波長で発光可能なｐｎ接合を有する発光層構成部２０、発光層構成
部２０のｐ型の主面に接合され、へき開面からなる表面に凹凸が形成された長方形をなす
相対向する傾斜面１３ａ、１３ｂと、へき開面からなる表面に凹凸が形成された長方形を
含まない平行四辺形をなす相対向する垂直面１１ａ及び対向面とを有し、発光波長に実質
透明なｐ型ＧａＰ基板１０、ｐ型ＧａＰ基板１０上に形成されたｐ側電極４１、及び、発
光層構成部２０のｎ型の面に形成されたｎ側電極３１を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光取出し効率の改善を目指す半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
に関する。

近年、表示用等にＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた可視領域の半導体発光素子が幅広く応
用されている。このＩｎＧａＡｌＰ系材料は、例えば、エピタキシャル成長する活性層及
びｎ型／ｐ型クラッド層の組成をＩｎ_１−Ｙ（Ｇａ_１−ＸＡｌ_Ｘ）_ＹＰとしたとき、Ｙが
約０．５１でＧａＡｓ基板に格子整合がとれ、Ｘを適当に選択することにより、赤色帯か
ら緑色帯の発光が得られる。

そして、この半導体発光素子をより明るくするための提案がなされてきた。より明るい
半導体発光素子を得るためには、活性層を中心とした発光層構成部での発光量を上げる対
策、及び／または、発光した光を効率よく半導体発光素子の外に取り出す対策が必要であ
る。

半導体発光素子の発光量を上げるために、結晶学的に低次な面（例えば、（１００）面
）を主面とする半導体基板に代えて、例えば、（１００）面から［０１１］方向に１５度
傾斜させた主面を有する半導体基板（半導体傾斜基板という）を使用し、その半導体傾斜
基板の上に、発光層構成部を形成することにより、電流分布を改善することができ、輝度
の改善を図り得るとする提案がなされている。

また、ＩｎＧａＡｌＰ系材料は、ＧａＡｓ基板と格子整合が取れるために、ＧａＡｓ基
板を結晶成長基板として用いている。しかしながら、ＧａＡｓ基板は可視光に対して吸収
が大きいために、発光層構成部で発光してＧａＡｓ基板を通過する光は吸収され、半導体
発光素子から外に取り出される割合が落ちてしまう。そこで、結晶成長後に、ＧａＡｓ基
板を、可視光に対する吸収が小さなＧａＰ基板に代替させる提案がなされている。すなわ
ち、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を含む発光層構成部にＧａＰ基板を接着させた後、ＧａＡｓ基
板を除去して、ＧａＰを基板として使用することによって、半導体発光素子からの光取出
し効率を上げることが可能となる。

また、光は、屈折率差のある界面に臨界角以上の角度で入射すると、界面で全反射され
てしまうので、その界面の反対側に取り出されることはない。半導体発光素子を囲む外側
面を平面で形成すると、半導体発光素子の中で発光した光の一部は、この外側面から外側
に取り出されず、光の取出し効率が落ちることになる。これを解決する方法として、半導
体発光素子を囲む外側面に微小な凹凸を形成し、全反射が起きにくい角度の面を増やす提
案がなされている。

そこで、半導体傾斜基板を使用する方法、ＧａＰ基板を接着する方法、及び、半導体発
光素子の側面に微小な凹凸を形成する方法を組み合わせて、半導体発光素子の明るさの改
善を図る提案がなされている。例えば、（１００）面から［０１１］方向に１５度傾斜さ
せたＧａＡｓ基板に発光層構成部を成長させて、発光層構成部を発光波長に透明なＧａＰ
基板に接着そして接合する。次に、ＧａＡｓ基板を除去し、このＧａＰ基板側にハーフダ
イシングにて一定の角度の切込みを入れて、（１１１）面及びその等価面から所定の傾斜
を有する面を形成して、ダイシングで形成された面の破砕層をエッチング除去し、その上
にＧａＰの再成長を行って、表面に凹凸を形成し、最後にへき開により素子を分離（個片
化）する半導体発光素子が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

この開示された方法では、輝度が高く、光の取出し効率の高い半導体発光素子が得られ
る可能性があるが、製造工程が長くなり、しかも、半導体発光素子のマウント面側が先細
りして行く形状であるため、マウント時に一定方位で固定することが難しいという問題が
ある。
特開２００３−２９８１０８号公報（第５−６頁、図１）

本発明は、製造工程が簡単で、マウント時の安定性がよく、光取出し効率を向上させる
ことが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供する。

本発明の一態様の半導体発光素子は、特定の波長で発光可能なｐｎ接合を有する発光層
構成部と、前記発光層構成部の第１導電型の主面に接合され、へき開面からなる表面に凹
凸が形成された長方形をなす相対向する２側面と、へき開面からなる表面に凹凸が形成さ
れた長方形を含まない平行四辺形をなす相対向する２側面とを有し、前記波長に実質透明
な前記第１導電型の半導体基板と、前記第１導電型の半導体基板上に形成された第１導電
側電極と、前記発光層構成部の第２導電型の面に形成された第２導電側電極とを備えてい
ることを特徴とする。

また、本発明の別の態様の半導体発光素子の製造方法は、（１００）面から［０１１］
方向に一定の角度傾斜した第１の半導体基板上に、特定の波長で発光可能なｐｎ接合を有
する発光層構成部を形成する工程と、前記波長に実質透明な、前記発光層構成部の接着予
定面と同じ導電型を有し、且つ前記第１の半導体基板と同じ結晶方位を有する第２の半導
体基板と、前記発光層構成部の前記接着予定面とを、接着して接合し、その後、前記第１
の半導体基板を除去して接合基板とする工程と、前記接合基板の表面に直線状の溝を形成
し、前記溝に沿ってへき開し、（１００）面に垂直に交わる４つの（０１１）、（０−１
−１）、（０１−１）、及び（０−１１）へき開面を側面とする個片を形成する工程と、
前記個片のへき開面に凹凸を形成する工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、製造工程が簡単で、マウント時の安定性がよく、光取出し効率を向上
させることが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同
一の構成要素には同一の符号を付し、重要な構成要素は他の構成要素に比較して拡大して
表示してある。

本発明の実施例１に係る半導体発光素子について、その製造方法も加えて、図１乃至図
７を参照しながら説明する。図１は半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図１（
ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２は（１０
０）面から［０１１］方向に１５度傾斜させた面を主面とする半導体基板を、（１００）
面を主面とする半導体基板に比較して示す図である。図３は半導体発光素子の製造方法を
工程順に模式的に示す層構造断面図である。図４は図３に示す工程に引き続き、半導体発
光素子の製造方法を工程順に模式的に示す断面図である。図５は図４に示す工程に引き続
き、半導体発光素子の製造方法を工程順に模式的に示す断面図である。図６は図５に示す
工程に引き続き、半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図である。図７は半導体
発光素子を塔載した半導体発光装置の構造を模式的に示す断面図で、図７（ａ）は全体図
、図７（ｂ）は部分拡大図ある。

まず、図１に示すように、上面及び底面が長方形の平行６面体構造をなす半導体発光素
子１の主要部は、第１導電型を有するｐ型ＧａＰ基板１０、ｐ型ＧａＰ基板１０の上部表
面側に配置された発光層構成部２０、発光層構成部２０の上面の中央部に第２導電側電極
である円形のｎ側電極３１、及びｐ型ＧａＰ基板１０の底面には第１導電側電極であるｐ
側電極４１が全面に形成されており、ｐ型ＧａＰ基板１０及び発光層構成部２０の側面は
微小な凹凸を有している。

詳しくは、図１（ａ）に示すように、一体化したｐ型ＧａＰ基板１０及び発光層構成部
２０の周囲を構成する４側面の内、斜視図の手前側に当たる垂直面１１ａは、鋭角が約７
５度、鈍角が約１０５度の内角を有する平行四辺形をなし、ｐ型ＧａＰ基板１０の底面に
対して垂直の関係にある。垂直面１１ａの表面は、図１（ｂ）に示す楕円内に模式的に描
いた図と同様に、へき開面に垂直な方向の、隣接する頂部と底部の差である高低差１５が
３μｍ乃至それ以下の角錐状の凹凸が形成されて、目視では曇りガラス状に見える。垂直
面１１ａに相対する裏面（図示略）は、垂直面１１ａと同形状、同表面状態であり、垂直
面１１ａに平行な関係となっている。

図１（ａ）に示すｐ型ＧａＰ基板１０及び発光層構成部２０の４側面の内、斜視図の右
側面を構成する傾斜面１３ａは、長方形をなし、ｐ型ＧａＰ基板１０の底面に対して約１
０５度で傾斜している関係にある。傾斜面１３ａの表面は、図１（ｂ）に示す楕円内に模
式的に描いたように、高低差１５が３μｍ乃至それ以下の凹凸が形成されて、目視では曇
りガラス状に見える。傾斜面１３ａに相対する左側面をなす傾斜面１３ｂは、傾斜面１３
ａと同形状、同表面状態であり、傾斜面１３ａに平行な関係にある。すなわち、ｐ型Ｇａ
Ｐ基板１０の底面に対して約７５度で傾斜している。

垂直面１１ａと傾斜面１３ａ、１３ｂは、互いに異なる形状をなし、ｐ型ＧａＰ基板１
０の底面に対して、異なる角度で交わっているが、結晶的には、等価なへき開面である。
従って、これらのへき開面の表面には凹凸が同じように形成されている。しかしながら、
ｐ型ＧａＰ基板１０及び発光層構成部２０は、（１００）面から［０１１］方向に１５度
傾斜させた半導体基板（半導体傾斜基板）であるために、異なった見え方をすることにな
る。なお、これらのへき開面の面積は等しく、そのために、垂直面１１ａをなす平行四辺
形の上下の辺は、傾斜面１３ａ、１３ｂをなす長方形の上下の辺より約３．５％長い。

次に、図２を参照しながら、平行６面体構造の４側面が等価なへき開面であることを説
明する。ＧａＰやＧａＡｓ等の結晶には（０１１）面及びその等価な面にへき開を有する
ことが知られている。図２（ａ）に示すように、へき開を説明するために、互いに直交す
る３本の軸、［１００］、［０１１］、［０−１１］をとる。比較のために示した、（１
００）面を主面とする細線で示す半導体基板は、上面の（１００）面及び（１００）面に
相対向する面と、へき開により形成された（０１１）面及び（０１１）面に相対向する面
と、同じくへき開により形成された（０−１１）面及び（０−１１）面に相対向する面と
からなり、これらの面は互いに直交して、直方体をなす。

一方、太線で示す半導体傾斜基板は、（１００）面から［０１１］方向に１５度傾斜さ
せた上面（（１００）１５°傾斜面という）及び上面に相対向する面と、へき開により形
成した（０１１）面及び（０１１）面に相対向する面と、同じくへき開により形成した（
０−１１）面及び（０−１１）面に相対向する面とからなる平行６面体となる。そして、
この平行６面体を［０−１１］軸の回りに１５度回転して、下面を底面として水平面上に
置くと、図２（ｂ）に示すような平行６面体となる。

すなわち、細線で表した直方体と太線で表した平行６面体は、４つの側面に共通な（０
１１）面及びその等価な面を有し、これらはへき開面である。図１の垂直面１１ａは、図
２の（０−１１）面に相当し、図１の傾斜面１３ｂは、図２の（０１１）面に相当する。
（１００）１５°傾斜面及び（０１１）面は、長方形または正方形、（０−１１）面は平
行四辺形となり、その鋭角をなす内角は、半導体傾斜基板の１５度傾斜に対応して７５度
となる。垂直面１１ａと傾斜面１３ｂの面積を等しくするために、それぞれの上辺は高さ
の比の逆数（１／ｓｉｎ７５°＝１．０３５）としてある。

次に、半導体発光素子１の構成要素の詳細を半導体発光素子１の製造工程に従って、図
３乃至図６を参照ながら説明する。図３（ａ）に示すように、例えば、周知のＭＯＣＶＤ
装置等を使用して、エピタキシャル成長層を形成する。本実施例では、半導体傾斜基板と
して、ｎ型ＧａＡｓ基板２９を使用した。なお、半導体傾斜基板を用いて、活性層等のエ
ピタキシャル成長層を形成することにより、発光輝度が高くなることが知られており、こ
の効果を得るためには、傾斜角度を５度以上２０度以下にすることが好ましい。

３インチ（約７６ｍｍ）径のＳｉドープされたｎ型ＧａＡｓ基板２９を用意して、その
表面にｎ型ＧａＡｓからなる約０．５μｍ厚のバッファ層２７、その表面にｎ型ＩｎＡｌ
Ｐからなる約０．０５μｍ厚のエッチング停止層２６、その表面にｎ型ＩｎＧａＡｌＰか
らなる約０．６μｍ厚のｎ型クラッド層２５、その表面に約０．４μｍ厚のＩｎＧａＡｌ
Ｐからなる活性層２４、その表面にｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなる約０．６μｍ厚のｐ型ク
ラッド層２３、その表面にｐ型ＩｎＧａＰからなる約０．０５μｍ厚の接着層２２がエピ
タキシャル成長されている。ここで、発光に関与するｐ型クラッド層２３からｎ型クラッ
ド層２５までのエピタキシャル層は、接着層２２を含めて発光層構成部２０と称する。な
お、接着層２２の表面にＩｎＡｌＰからなる約０．１５μｍ厚のカバー層（図示略）がエ
ピタキシャル成長されても差し支えない。

これらのエピタキシャル成長層は、必要に応じて、ＭＱＷ構造の活性層であってもよい
し、また、例えば、ｎ型／ｐ型クラッド層２５、２３は３元層に置き換えることも可能で
ある。また、ｎ型クラッド層２５またはｐ型クラッド層２３の活性層２４から遠い側に電
流拡散層を形成してもよいし、電極金属との接触抵抗を低減するためのコンタクト層等を
形成しても差し支えない。

次に、図３（ｂ）に示すように、接着層２２を上向きに置き、その上に、ｐ型ＧａＰ基
板１０の接着させる表面が下向きになるように載置して、接着層２２とｐ型ＧａＰ基板１
０とを室温で接着させる。この接着された面が後述の接合面となる。なお、機械的強度の
確保及び電気的抵抗の低減がなされた状態を接合という。ｐ型ＧａＰ基板１０は、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板２９と同様に、（１００）面から［０１１］方向に１５度傾斜させた結晶方位
を有し、３インチ径、２５０μｍ厚で、３Ｅ１７／ｃｍ３の濃度にＺｎドープされている
。その後、接着層２２とｐ型ＧａＰ基板１０との接着は、例えば、水素を１０％含むアル
ゴン雰囲気の中、最終的に、温度６００℃〜９００℃の範囲で熱処理を行い、接着界面の
反応を進めて、機械的強度の確保及び電気的抵抗の低減がなされる。

次に、図３（ｃ）に示すように、ｐ型ＧａＰ基板１０に接合して一体化したｎ型ＧａＡ
ｓ基板２９側のｎ型ＧａＡｓ基板２９及びバッファ層２７を、アンモニアと過酸化水素水
の混合液でエッチング除去する。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板２９は、研削または研磨等を行
って薄くされた後に、エッチング除去されても差し支えない。その後、エッチング停止層
２６を、例えば７０℃のリン酸でエッチング除去し、ｎ型クラッド層２５を表面に露出さ
せる。

図３（ｄ）に示すように、図３（ｃ）で形成したｐ型ＧａＰ基板１０、及び、その表面
に接合した発光層構成部２０は、１８０度回転して上下を逆転させて、ｐ型ＧａＰ基板１
０が下になるように置かれている。ｐ型ＧａＰ基板１０は、必要に応じて、全面または一
部の厚さが調整されても差し支えない。

次に、図４（ａ）に示すように、ｐ型ＧａＰ基板１０及びｎ型クラッド層２５を表面層
とする発光層構成部２０に電極を形成する。まず、ｐ型ＧａＰ基板１０の表面に、ＡｕＺ
ｎ／Ａｕを堆積させて、熱処理を行い、ｐ側電極４１を形成する。次に、発光層構成部２
０にパターニングして、ＡｕＧｅ／Ａｕを堆積させて、熱処理を行い、ｎ側電極３１を形
成する。ｎ側電極３１は、例えば、１２０μｍ径の円形、ｐ側電極４１は全面電極である
。

次に、図４（ｂ）に示すように、ｎ側電極３１及びｐ側電極４１が形成された表面及び
底面の全面を、それぞれ、レジスト４５、４６で覆う。

次に、図４（ｃ）に示すように、ｐ側電極４１側に、粘着シート４７を貼り付ける。そ
の後、発光層構成部２０の表面に、スクライブ装置（図示略）を用い、断面がＶ字形のス
クライブ用ダイヤモンド針（図示略）に荷重をかけて、レジスト４５を貫通した溝となる
直線状のスクライブライン５１ａを、一方向に形成する。スクライブライン５１ａの方向
は、ｐ型ＧａＰ基板１０のオリエンテーションフラットに基づく結晶方位を基準として、
（０−１１）面または（０−１１）面に等価な面からなるへき開面が発光層構成部２０の
表面に現れる方向に一致させる。

次に、図４（ｄ）に示すように、スクライブ装置を用い、上述のスクライブ用ダイヤモ
ンド針に荷重をかけて、スクライブライン５１ａに直交する方向に、レジスト４５を貫通
した溝となる直線状のスクライブライン５１ｂを形成する。ここで、図４（ｄ）に示す断
面は、図４（ｃ）に示す断面に対して、底面に垂直な軸の回りに９０度回転した関係にな
る。スクライブライン５１ａの基準と同様に、スクライブライン５１ｂの方向は、（０１
１）面または（０１１）面に等価な面からなるへき開面が発光層構成部２０の表面に現れ
る方向に一致させる。なお、スクライブライン５１ａ、５１ｂはどちらを先に形成しても
差し支えない。

そして、互いに直交するスクライブライン５１a、５１ｂは、例えば、ｎ側電極３１が
、それぞれのピッチ間の中央に位置するように調整して、例えば、スクライブライン５１
aは約３００μｍピッチで、また、スクライブライン５１ｂは約３１１μｍピッチで形成
される。

次に、図５（ａ）に示すように、先ず、スクライブライン５１ａを底面に垂直に降ろし
た直線状の位置に、底面の外側から、例えば、ブレード（先端が刃状の治具、図示略）を
当てて、発光層構成部２０側から力を加えて、へき開を行い、底面及び上面に垂直な２枚
の面からなるへき開面５３ａを得る。へき開されて得られる角柱状の構造体３は、底面に
貼り付けられている粘着シート４７により、ばらばらに分離することはない。なお、粘着
シートを用いずに、分離させても差し支えない。

次に、図５（ｂ）に示すように、スクライブライン５１ｂを起点とするへき開が底面に
達する直線状の位置に、垂直から１５度傾けて、底面の外側から、例えば、上述のブレー
ドを当てて、発光層構成部２０側から力を加えて、へき開を行い、底面に７５度及び１０
５度の傾斜を有する２枚の面からなるへき開面５３ｂを得る。この結果、粘着シート４７
に底面を貼り付けられた状態の半導体発光素子１になる予定の個片４が得られる。ここで
、図５（ｂ）に示す断面は、図５（ａ）に示す断面に対して、底面に垂直な軸の回りに９
０度回転した関係になる。

次に、図６に示すように、へき開された個片４は、粘着シート４７を２次元的に引き伸
ばすことにより、隣接する個片４のへき開面と、一定の距離だけ引き離される。個片４の
底面はレジスト４６が形成されて粘着シート４７に貼り付けられ、上面はレジスト４５で
覆われているが、４側面をなすへき開面は、露出した状態となる。

粘着シート４７に貼り付けられた状態で、個片４は、フッ化水素からなる溶液で、エッ
チングされる。へき開面には、フッ化水素からなる溶液のエッチング速度が遅い方向の結
晶面が出現する。この結晶面で構成される角錐状の凹凸が、結晶的に等価な４つのへき開
面に同様に形成される。その結果、凹凸が形成された等価な４つの側面は、実質的に等価
な光学的な性質を有する面となる。なお、エッチング液は、フッ化水素を主成分とする溶
液であれば、他の副成分を含む溶液であっても差し支えない。

なお、形成される凹凸の高低差が３μｍ乃至それ以下に抑えられているため、へき開面
の個片４の内部方向へのエッチング量は少なく、表面の微小な形態変化以外の形状変化は
、無視できる程度に小さい。従って、へき開で形成された上面及び底面が長方形の平行６
面体構造は、実質的に維持されている。また、個片４は、ｐ側電極４１側を粘着シート４
７に貼り付けてエッチングされたが、ｎ側電極３１を粘着シートに貼り付けてエッチング
されても差し支えない。

次に、エッチング液が除去された後、個片４は、粘着シート４７から引き離されて、レ
ジスト４５、４６が除去され、図１に示すように、半導体発光素子１が完成する。なお、
レジスト４５、４６の除去と粘着シート４７からの引き離しが同時に行われても差し支え
ない。半導体発光素子１の大きさは、例えば、上面及び底面の隣り合う辺が約３００μｍ
×３１１μｍの長方形、高さが約２５０μｍの平行６面体となる。

図７（a）に示すように、上述の工程にて形成された半導体発光素子１は、例えば、ヘ
ッダ６１にマウントされて、半導体発光装置８０に組み立てられる。半導体発光素子１の
底面のｐ側電極４１は、例えば、Ａｇペースト等の導電性接着材６８を介して、ヘッダ６
１の凹状をなすカップ部６３底部、すなわち、ベッド部６２にマウントされる。半導体発
光素子１のｎ側電極３１は、例えば、Ａｕワイヤ６９により、リード６６の一端部に接続
される。カップ部６３の斜面は、光を取り出す方向に向かって開口径が大きくなり、反射
面６４を形成している。ヘッダ６１にはリード６５が接続されている。半導体発光素子１
、Ａｕワイヤ６９、ヘッダ６１、及び、リード６５、６６の一部等が、例えば、エポキシ
樹脂からなる封止樹脂７１により砲弾状に封止されて、半導体発光装置８０となる。

図７（ｂ）に、図７（a）の要部を拡大して示す。半導体発光装置８０となった半導体
発光素子１に、リード６５、６６を介して、ｐ側電極４１とｎ側電極３１から通電すると
、電流は、発光層構成部２０で発光して、一部は、ｎ側電極３１側の上面から直接、封止
樹脂７１側に取り出される。透明なｐ型ＧａＰ基板１０の垂直面１１ａ及び相対向する面
、あるいは、傾斜面１３ａ、１３ｂに達した光の一部は、これらの表面にある凹凸を形成
する面に臨界角（封止樹脂７１の屈折率を１．５として、約２７度）以下で入射して、封
止樹脂７１側に取り出される。臨界角以上で入射した光は、凹凸の面で反射され、臨界角
以下となる面から、封止樹脂７１側に取り出される。

側面のへき開面上の凹凸により、傾斜角度の異なる微小な面が数多く形成され、発光し
た光はより短い光路で、臨界角以下に達する割合が増加することになる。つまり、より減
衰の少ない光が封止樹脂７１側に取り出される割合が増加する。従って、へき開面に凹凸
を形成することにより、他の面に凹凸を形成する場合と同様に、より多くの光を封止樹脂
７１側に取り出すことが可能となる。高低差が３μｍ乃至それ以下の凹凸は、半導体発光
素子あるいは半導体発光装置として光の取り出しに適している。

しかも、上面及び底面の隣り合う辺が約３００μｍ×３１１μｍの長方形に形成されて
、へき開面の面積は同じにしてある。半導体発光素子１の４つのへき開面の性質は結晶的
に等価であり、表面には同様な凹凸が形成されるため、垂直面１１ａ及び相対向する面と
傾斜面１３ａ、１３ｂは、入射光が同じならば、出射光も同じになる特性を有する。しか
しながら、発光層構成部２０に向き合う角度は、傾斜面１３ａ、垂直面１１ａ及び相対向
する面、傾斜面１３ｂの順に大きくなるので、発光層構成部２０からの直接光の入射は、
この順番で少なくなる。

半導体発光素子１を半導体発光装置８０のように、カップ部６３を有するヘッダ６１に
マウントすると、光の出射が最も多い傾斜面１３ａは、反射面６４との間の封止樹脂で覆
われる空間が狭まり、光の取出しが少なくなる方向に働く。この結果、底面をカップ部５
３の中央にマウントすると、半導体発光装置８０の光出力は、砲弾状をした封止樹脂の頭
頂部の半球状レンズの中心軸７３方向に最大値を有する特性となる。換言すると、ベッド
部６２上の半導体発光素子１のマウントの位置により、中心軸７３から傾斜した方向に光
出力の最大値を設定することも可能となる。

また、半導体発光素子１は、底面と上面は同じ面積の長方形をなし、へき開面を側面と
して、底面に１５度傾斜している平行６面体をなす。傾斜角度が１５度と小さく、直方体
に近い形状となっているので、ベッド部６２にマウントする時に、底面を安定して固着さ
せることが容易である。

また、上述したように、側面は、（０１１）及びその等価面に沿ったへき開を行い、そ
の後、へき開面を湿式エッチングする方法で形成可能である。側面の形成において、例え
ば、公知例のダイシング、エッチング、ＭＯＣＶＤ成長、へき開等を順に行う方法に比較
すると、工程数は少なくなり、しかも、工程の多くは周知の工程を組み合わせているので
、歩留まりを落とすことなく製造が可能である。

すなわち、本実施例によれば、製造工程が簡単で、マウント時の安定性がよく、光取出
し効率の比較的高い半導体発光素子を実現することが可能となる。

本発明の実施例２に係る半導体発光素子について、図８及び図９を参照しながら説明す
る。図８は半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図である。図９は図８に示す工
程に続く、半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図である。実施例１とは、スク
ライブラインをｐ型ＧａＰ基板の底部に形成して、へき開を行うことが異なっている。以
下、実施例１と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部
分について説明する。

図８（ａ）に示すように、断面がＶ字形のスクライブ用ダイヤモンド針（図示略）で形
成された溝をなすスクライブライン５２ａは、へき開後の上面の中心にｎ側電極３１が位
置するように、ｐ型ＧａＰ基板１０の底面に、レジスト４６及びｐ側電極４１を貫通して
形成されている。ｐ型ＧａＰ基板１０の上面に、粘着シート４８がレジスト４５を介して
貼り付けてある。先ず、スクライブライン５２ａを上面に垂直に投射した直線状の位置に
、上面の外側から、例えば、ブレード（図示略）を当てて、底面側から力を加えて、へき
開を行い、底面及び上面に垂直な２枚の面からなるへき開面５４ａを得る。へき開されて
得られる角柱状の構造体５は、上面に貼り付けられている粘着シート４８により、ばらば
らに分離することはない。なお、ブレードを用いずに、及び／または、粘着シート４８を
用いずに、分離させても差し支えない。なお、図８（ａ）の断面図は、実施例１に対照さ
せて描いているが、スクライブライン５２ａ形成、及びへき開工程は、図の上面、すなわ
ち粘着シート４８側を鉛直下側に配置して実行される。

図８（ｂ）に示すように、上述のダイヤモンド針で形成された溝をなし、スクライブラ
イン５２ａに直交するスクライブライン５２ｂは、へき開後の上面の中心にｎ側電極３１
が位置するように、ｐ型ＧａＰ基板１０の底面に、レジスト４６及びｐ側電極４１を貫通
して形成されている。ｐ型ＧａＰ基板１０の上面に、粘着シート４８がレジスト４５を介
して貼り付けてある。スクライブライン５２ｂを起点とするへき開が上面に達する直線上
の位置に、例えば、上面に垂直な方向から１５度傾けて、底面の外側から、上述のブレー
ドを当てて、底面側から力を加えて、へき開を行い、上面に７５度及び１０５度の傾斜を
有する２枚の面からなるへき開面５４ｂを得る。この結果、粘着シート４８に底面を貼り
付けられた状態の半導体発光素子になる予定の個片６が得られる。なお、ブレードの当て
方は、上面に垂直な方向であっても差し支えない。また、図８（ｂ）の断面図は、実施例
１に対照させて描いているが、スクライブライン５２ｂ形成、及びへき開工程は、図の上
面、すなわち粘着シート４８側を鉛直下側に配置して実行される。

なお、ｐ側電極４１は全面電極であり、スクライブライン５２ａ、５２ｂはｐ側電極４
１を貫いて、ｐ型ＧａＰ基板１０の底面に刻んだ溝となっているが、スクライブライン５
２ａ、５２ｂを形成する予定の位置を中心に、両側に一定幅のｐ側電極４１を除去して、
ｐ型ＧａＰ基板１０の底面を露出させて、スクライブライン５２ａ、５２ｂを形成するこ
とは差し支えない。

次に、図９に示すように、へき開された個片６は、粘着シート４８を２次元的に引き伸
ばすことにより、隣接する個片６のへき開面と、一定の距離だけ引き離される。個片６の
上面はレジスト４５が形成されて粘着シート４８に貼り付けられ、底面はレジスト４６で
覆われているが、４側面をなすへき開面は、露出した状態となる。

粘着シート４８に貼り付けられた状態で、個片６は、フッ化水素を主成分とする溶液で
、エッチングされる。結晶的に等価な４つのへき開面には、実施例１と同様に、角錐状の
凹凸が形成される。

この後は、実施例１と同様な工程を経て、図１に示す半導体発光素子１と同様な半導体
発光素子（図示略）が完成する。

本実施例の半導体発光素子は、実施例１の半導体発光素子１と同じ形状をなし、同様な
効果を有する。その上、スクライブラインを発光層構成部２０に形成しないので、スクラ
イブライン形成時に、発光層構成部２０の端部に破砕層等が発生することを抑制でき、信
頼性のより高い半導体発光素子を得ることが可能である。

本発明は、上述した実施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、変形して実施することができる。

例えば、実施例では、へき開面からなる４側面の面積を同じにするために、上面及び底
面の隣り合う辺が約３００μｍ×３１１μｍの長方形とする例を示したが、４側面の面積
が厳密に同じである必要がない場合は、上面及び底面の各辺が同じ、例えば、約３００μ
ｍの正方形であっても差し支えない。

また、実施例では、スクライブラインを上面側、または、底面側のどちらか一方から形
成する例を示した。しかし、ｐ型ＧａＰ基板及び発光層構成部の上面側及び底面側の両側
にスクライブラインを形成しても差し支えない。

また、実施例では、溝は、スクライブで形成される例を示した。しかしながら、スクラ
イブに限らず、溝は、半導体基板の表面または発光層構成部の表面に、湿式または乾式の
エッチング法で形成されても差し支えない。

また、発光層構成部で発光する光に透明な半導体基板として、ｐ型ＧａＰ基板を使用す
る例を示したが、発光する波長に透明で、導電性を有する半導体基板であれば、ＧａＰ以
外のものでも差し支えない。

また、半導体発光素子の輝度の改善を図るために、例えば、（１００）面から［０１１
］方向に１５度傾斜させた発光層構成部を使用しているが、輝度よりも、製造工程の簡便
さ等を生かしたい半導体発光素子においては、０度傾斜、すなわち、（１００）面上に発
光層構成部を形成することは差し支えない。その場合、へき開面上の凹凸形成処理により
、光取出し効率の高い半導体発光素子とすることが可能である。

また、半導体発光素子は、へき開面がフッ化水素からなる溶液でエッチングされる例を
示し、フッ化水素を主成分とする溶液でも差し支えないことを示した。しかし、エッチン
グ液は、フッ化アンモニウム、塩化水素、燐酸、過酸化水素、水酸化カリウム、または水
酸化ナトリウムの内の少なくとも１つを主成分または副成分としても差し支えない。

また、半導体発光装置は砲弾型（またはラジアル型）と呼ばれている構造に仕上げられ
る例を示したが、光を放出する方向に向かって開口径が大きくなる反射面を有する表面実
装型であることは差し支えない。

また、実施例では、可視光で発光可能なＩｎＧａＡｌＰ系の発光層構成部に接合された
ＧａＰ基板に、へき開で側面を形成し、へき開面上に凹凸を形成する例を示した。発光波
長がより短波長領域に拡張された場合において、化合物半導体の基板として使用される材
料、例えば、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢＮ等にへき開で側面を形成し、へき開面上に凹凸を形成
する方法を適用しても差し支えない。

本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
（付記１） 特定の波長で発光可能なｐｎ接合を有する発光層構成部と、前記発光層構成
部の第１導電型の主面に接合され、へき開面からなる表面に凹凸が形成された長方形をな
す相対向する２側面と、へき開面からなる表面に凹凸が形成された長方形を含まない平行
四辺形をなす相対向する２側面とを有し、前記波長に実質透明な前記第１導電型の半導体
基板と、前記第１導電型の半導体基板上に形成された第１導電側電極と、前記発光層構成
部の第２導電型の面に形成された第２導電側電極とを備えている半導体発光素子。

（付記２） 接合した前記発光層構成部と前記半導体基板はほぼ平行６面体形状をなす付
記１に記載の半導体発光素子。

（付記３） 前記平行四辺形の鋭角は、８５乃至７０度である付記１に記載の半導体発光
素子。

（付記４） 前記半導体基板は、（１００）面から［０１１］方向に５乃至２０度傾斜し
ている付記１に記載の半導体発光素子。

（付記５） （１００）面から［０１１］方向に一定の角度傾斜した第１の半導体基板上
に、特定の波長で発光可能なｐｎ接合を有する発光層構成部を形成する工程と、前記波長
に実質透明な、前記発光層構成部の接着予定面と同じ導電型を有し、且つ前記第１の半導
体基板と同じ結晶方位を有する第２の半導体基板と、前記発光層構成部の前記接着予定面
とを、接着して接合し、その後、前記第１の半導体基板を除去して接合基板とする工程と
、前記接合基板の表面に直線状の溝を形成し、前記溝に沿ってへき開し、（１００）面に
垂直に交わる４つの（０１１）、（０−１−１）、（０１−１）、及び（０−１１）へき
開面を側面とする個片を形成する工程と、前記個片のへき開面に凹凸を形成する工程とを
備えている半導体発光素子の製造方法。

（付記６） 第１の半導体基板は、（１００）面から［０１１］方向に５乃至２０度傾斜
している付記５に記載の半導体発光素子の製造方法。

（付記７） 前記第１の半導体基板は、ＧａＡｓからなる付記５に記載の半導体発光素子
の製造方法。

（付記８） 前記第２の半導体基板は、ＧａＰからなる付記５に記載の半導体発光素子の
製造方法。

（付記９） 前記接合基板の表面は、前記第２の半導体基板の表面である付記５に記載の
半導体発光素子の製造方法。

（付記１０） 前記接合基板の表面は、前記発光層構成部の表面である付記５に記載の半
導体発光素子の製造方法。

（付記１１） 前記溝は、スクライブラインである付記５に記載の半導体発光素子の製造
方法。

（付記１２） 前記溝は、湿式または乾式のエッチングで形成された付記５に記載の半導
体発光素子の製造方法。

（付記１３） 前記第２の半導体基板は、前記接着後、一定の厚さに調整される付記５に
記載の半導体発光素子の製造方法。

本発明の実施例１に係る半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子に使用される基板の面方位等を模式的に示す図。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す層構造断面図。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子を塔載した半導体発光装置の構造を模式的に示す断面図。 本発明の実施例２に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図。 本発明の実施例２に係る半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図。

符号の説明

１ 半導体発光素子
３、５ 構造体
４、６ 個片
１０ ｐ型ＧａＰ基板
１１ａ 垂直面
１３ａ、１３ｂ 傾斜面
１５ 高低差
２０ 発光層構成部
２２ 接着層
２３ ｐ型クラッド層
２４ 活性層
２５ ｎ型クラッド層
２６ エッチング停止層
２７ バッファ層
２９ ｎ型ＧａＡｓ基板
３１ ｎ側電極
４１ ｐ側電極
４５、４６ レジスト
４７、４８ 粘着シート
５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ スクライブライン
５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ へき開面
６１ ヘッダ
６３ カップ部
６４ 反射面
６５、６６ リード
６８ 導電性接着材
６９ Ａｕワイヤ
７１ 封止樹脂
７３ 中心軸
８０ 半導体発光装置

Claims (5)

1. 特定の波長で発光可能なｐｎ接合を有する発光層構成部と、
   前記発光層構成部の第１導電型の主面に接合され、へき開面からなる表面に凹凸が形成さ
   れた長方形をなす相対向する２側面と、へき開面からなる表面に凹凸が形成された長方形
   を含まない平行四辺形をなす相対向する２側面とを有し、前記波長に実質透明な前記第１
   導電型の半導体基板と、
   前記第１導電型の半導体基板上に形成された第１導電側電極と、
   前記発光層構成部の第２導電型の面に形成された第２導電側電極と、
   を備えていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記発光層構成部は、前記半導体基板の４つの側面の延長面で構成され、それぞれ、へ
   き開面からなる表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発
   光素子。
3. 前記半導体基板は、ＧａＰからなること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。
4. （１００）面から［０１１］方向に一定の角度傾斜した第１の半導体基板上に、特定の
   波長で発光可能なｐｎ接合を有する発光層構成部を形成する工程と、
   前記波長に実質透明な、前記発光層構成部の接着予定面と同じ導電型を有し、且つ前記第
   １の半導体基板と同じ結晶方位を有する第２の半導体基板と、前記発光層構成部の前記接
   着予定面とを、接着して接合し、その後、前記第１の半導体基板を除去して接合基板とす
   る工程と、
   前記接合基板の表面に直線状の溝を形成し、前記溝に沿ってへき開し、（１００）面に垂
   直に交わる４つの（０１１）、（０−１−１）、（０１−１）、及び（０−１１）へき開
   面を側面とする個片を形成する工程と、
   前記個片のへき開面に凹凸を形成する工程と、
   を備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
5. 前記へき開面に凹凸を形成する工程は、エッチングにより行い、エッチング液は、フッ
   化水素からなる溶液であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子の製造方法
   。

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