JP2007294804A - 半導体発光素子およびウエハ - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を増やすことなく、光取り出し効率の向上を図ることが可能な半導体発光素子およびウエハを提供する。
【解決手段】単結晶基板に化合物半導体層３を積層し、単結晶基板を分割して個片化することで形成された半導体発光素子１において、分割された単結晶基板である個片基板２の側面２１〜２４は、単結晶基板における結晶構造の劈開面とは異なる面となるように、個片基板２の基準とした側面２１を、（1−１００）面に対して１５°の角度を成すように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、単結晶基板に化合物半導体層が積層された半導体発光素子に関する。

半導体発光素子の光取り出し効率を上げ、輝度向上を図る技術として特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、基板の側面が、またはこの基板上に積層された窒化ガリウム系化合物半導体素子の側面が、エッチングにより凹凸形状に形成されたものである。

このように光が出射する出射面を平滑面とするよりも凹凸面とする方が、内部からの光がその表面で光が全反射する程度を減少させることができるので、光取り出し効率の向上が望める。
特開２００４−６６６２号公報

しかし、特許文献１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子は、基板の側面を、または基板に積層された窒化ガリウム系化合物半導体の側面を、エッチングにより凹凸形状にしているので、その製造工程において基板に窒化ガリウム系化合物半導体を積層した後に、エッチング工程を追加する必要がある。そうなると製造工程が煩雑となるだけでなく製造コストも増加する。また、この方法ではエッチング深さが深くなるにつれ凹凸が小さくなってしまうので、全面に渡って凹凸形状を形成するのが困難である。

そこで本発明は、製造工程を増やすことなく、半導体発光素子の側面の全面に渡って凹凸を形成することで、光取り出し効率の向上を図ることが可能な半導体発光素子およびウエハを提供することを目的とする。

本発明の半導体発光素子は、単結晶基板に化合物半導体層を積層し、前記単結晶基板を分割して個片化することで形成された半導体発光素子において、分割された単結晶基板の側面は、前記単結晶基板の劈開面とは異なる面で形成されていることを特徴とする。

本発明のウエハは、半導体発光素子を形成する化合物半導体層が積層される単結晶基板であるウエハにおいて、前記単結晶基板の結晶方向を示すＯＦ（Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｆｌａｔ）面は、劈開面とは異なる面で形成されていることを特徴とする。

本発明は、製造工程で単結晶基板を分割するときに単結晶基板の側面が劈開面とは異なる面となるようにするだけでよいので、光取り出し効率を向上させるために、新たな製造工程を追加する必要がない。よって、製造コストを増加させることなく、輝度効率の高い半導体素子とすることができる。

本願の第１の発明は、単結晶基板に化合物半導体層を積層し、単結晶基板を分割して個片化することで形成された半導体発光素子において、単結晶基板は、（０００１）面が、化合物半導体が積層される積層面であり、（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面が劈開面である六方晶系結晶構造を有するものであり、分割された単結晶基板である個片基板の全ての側面は、単結晶基板の劈開面とは異なる面で形成されていることを特徴としたものである。ここで画表示中にある−は−の後に続く数字の上に付くものとする。

結晶を劈開面で割ることで、その分割面は平滑な面となるが、単結晶基板の側面を、単結晶基板における結晶構造の劈開面と異なる面とすることで、分割された単結晶基板である個片基板の側面は平滑面とならずに微小な凹凸面となる。従って、製造工程で単結晶基板を分割するときに、個片基板の側面が劈開面と異なる面となるようにするだけでよいので、光取り出し効率を向上させるために、新たな製造工程を追加する必要がない。

本願の第２の発明は、個片基板は、積層面が略矩形状に形成され、個片基板の一側面が、劈開面のいずれかに対して５°以上、２５°以下の角度を成すことを特徴としたものである。

六角柱状の結晶構造の（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面である劈開面同士の成す角は６０°となる。従って、単結晶基板の積層面を略矩形状に分割し個片基板を形成する際に、その分割面が、劈開面のいずれかに対して所定角度を成すように分割することで、個片基板のいずれの側面も劈開面とは異なる面とすることができる。また、その所定角度を５°以上、２５°以下とすることで、個片基板のいずれの側面も劈開面に対して成す角度を５°以上確保することができる。従って、劈開面を避けて分割するときに劈開面から割れてしまうことを防止することができるとともに、確実に側面に凹凸を形成することができる。

本願の第３の発明は、個片基板は、積層面が略矩形状に形成され、個片基板の一側面が、劈開面のいずれかに対して１０°以上、２０°以下の角度を成すことを特徴としたものである。

個片基板の一側面を、劈開面のいずれかに対して１０°以上、２０°以下の角度を成すように分割することで、個片基板のいずれの側面も劈開面に対して成す角度を１０°以上確保することができる。従って、劈開面を避けて分割するときに劈開面から割れてしまうことを、より確実に防止することができるとともに、より多くの凹凸を形成することができるので、より光の取り出し効率を上げることができる。

本願の第４の発明は、単結晶基板が、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体、炭化珪素系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成されていることを特徴としたものである。

単結晶基板を、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体、炭化珪素系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成すると、これらは（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面が劈開面である六方晶系結晶構造を有するため、化合物半導体が積層される積層面を（０００１）面とし、積層面が略矩形状となるように、また分割面が劈開面のいずれかに対して所定角度を成すように、単結晶基板を分割した場合、分割された個片基板の全ての側面が劈開面とは異なる面とすることができる。

本願の第５の発明は、単結晶基板に積層される化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成されていることを特徴としたものである。

化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成することができる。特に、単結晶基板が、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかであるときには、同じ結晶方位で積層することができる。従って、単結晶基板を分割して個片基板としたときに、化合物半導体層の側面も劈開面と異なる面となるので、光取り出し効率を向上させることができる。

本願の第６の発明は、半導体発光素子を形成する化合物半導体層が積層される単結晶基板であるウエハにおいて、単結晶基板は、（０００１）面が、化合物半導体が積層される積層面であり、（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面が劈開面である六方晶系結晶構造を有するものであり、単結晶基板の結晶方向を示すＯＦ面は、劈開面とは異なる面で形成されていることを特徴としたものである。

ウエハを分割するときや電極パターンを形成するときの基準となるＯＦ面を、単結晶基板の劈開面とは異なる面で形成することで、このウエハに化合物半導体を積層して、単結晶基板であるウエハ上に矩形状の発光素子の側面がＯＦ面に平行または垂直になるようにパターニングし、これに沿って分割すれば、分割された単結晶基板（個片基板）の側面が劈開面とは異なる面とすることできる。個片基板の側面を劈開面と異なる面とすることで、その側面は平滑面とならずに微小な凹凸面となる。従って、製造工程で単結晶基板を分割するときに個片基板の側面が劈開面と異なる面となるようにするだけでよいので、光取り出し効率を向上させるために、新たな製造工程を追加する必要がない。

本願の第７の発明は、ＯＦ面は、劈開面のいずれかに対して５°以上、２５°以下の角度を成すことを特徴としたものである。

単結晶基板の（０００１）面が、化合物半導体が積層される積層面であり、（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面が劈開面である六方晶系結晶構造を有するものとすると、（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面のそれぞれが成す角は６０°となる。従って、ウエハを分割するときや電極パターンを形成するときの基準となるＯＦ面を、劈開面のいずれかに対して所定角度を成す面で形成することで、このウエハに化合物半導体を積層して、単結晶基板であるウエハ上に矩形状の発光素子の側面がＯＦ面に平行または垂直になるようにパターニングし、これに沿って分割すれば、分割された単結晶基板（個片基板）のいずれの側面も劈開面とは異なる面とすることができる。また、その所定角度を５°以上、２５°以下とすることで、個片基板のいずれの側面も劈開面に対して５°以上確保することができる。従って、劈開面を避けて分割するときに劈開面から割れてしまうことを防止することができるとともに、確実に側面に凹凸を形成することができる。

本願の第８の発明は、ＯＦ面は、劈開面のいずれかに対して１０°以上、２０°以下の角度を成すことを特徴としたものである。

ウエハを分割するときや電極パターンを形成するときの基準となるＯＦ面を、劈開面のいずれかに対して１０°以上、２０°以下の角度を成す面で形成することで、このウエハに化合物半導体を積層して、単結晶基板であるウエハ上に矩形状の発光素子の側面がＯＦ面に平行または垂直になるようにパターニングし、これに沿って分割すれば、分割された単結晶基板（個片基板）のいずれの側面も劈開面に対して成す角度を１０°以上確保することができる。従って、劈開面を避けて分割するときに劈開面から割れてしまうことを、より確実に防止することができるとともに、より多くの凹凸を形成することができるので、より光の取り出し効率を上げることができる。

本願の第９の発明は、単結晶基板が、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体、炭化珪素系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成されていることを特徴としたものである。

単結晶基板を、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体、炭化珪素系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成すると、これらは（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面が劈開面である六方晶系結晶構造を有するため、化合物半導体が積層される積層面を（０００１）面とし、積層面が略矩形状となるように、また分割面が劈開面のいずれかに対して所定角度を成すように、単結晶基板を分割した場合、分割された個片基板の全ての側面が劈開面とは異なる面とすることができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を図１および図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係るウエハおよびこのウエハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図である。

図１に示すように半導体発光素子１は、個片基板２と、化合物半導体層３と、ｎ電極４と、ｐ電極５からなり、ウエハ状態の単結晶基板を分割して形成されている。個片基板２は、光透過性を有するものであれば使用することができるが、本実施の形態では六方晶系結晶構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体、炭化珪素系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成することができる。

半導体発光素子１は、図２に示すウエハ１０の積層面２０を略矩形状に分割することで形成される。そして個片基板２の側面２１〜２４（図１では側面２２〜２４は図示せず）は、ウエハ１０から個片とするときに劈開面とは異なるように分割されているので、その表面は劈開面で分割したときと比較して微小な凹凸が多く形成されている。

化合物半導体層３は、この六方晶系結晶構造を有する個片基板２の（０００１）面上に積層されている。また、化合物半導体層３の結晶品質を良好なものとするために、化合物半導体層３を積層する面を，個片基板２の（０００１）面から０．２°〜５°ずれた面とすることも可能である。

化合物半導体層３は、例えば個片基板２が窒化ガリウム系化合物半導体や、炭化珪素系化合物半導体や、酸化亜鉛系化合物半導体や、窒化アルミニウム系化合物半導体であれば、窒化ガリウム系化合物半導体層としたり、酸化亜鉛系化合物半導体であれば酸化亜鉛系化合物半導体層としたりすることができる。特に個片基板２を窒化ガリウム系化合物半導体とするときには、化合物半導体層３は窒化ガリウム系化合物半導体とするのが望ましい。また、個片基板２を酸化亜鉛系化合物半導体とするときには、化合物半導体層３は酸化亜鉛系化合物半導体層とするのが望ましい。

化合物半導体層３は、有機金属気相成長法を用いて成長させることができるが、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタキシー法等を用いることも可能である。

このような材質の化合物半導体層３を単結晶基板（ウエハ１０）に成長させると、単結晶基板の劈開面の方向と化合物半導体層３の劈開面の方向が一致した状態で化合物半導体層３が積層されるので、化合物半導体層３の側面も微小な凹凸面とすることができる。

化合物半導体層３は、ｎ型半導体層３１と、発光層３２と、ｐ型半導体層３３とを備えている。ｎ型半導体層３１と個片基板２との間にバッファ層を設けることも可能である。化合物半導体層３は、単結晶基板上に結晶成長装置を使ってｎ型半導体層３１と、発光層３２と、ｐ型半導体層３３とを順次成長させ形成される。

ｎ電極４は、化合物半導体層３が形成された単結晶基板を、ドライエッチングによりｐ型半導体層３３と、発光層３２と、ｎ型半導体層３１の一部とを除去して、ｎ電極４を形成する領域を露出させ、この露出したｎ型半導体層３１上に形成されている。単結晶基板がｎ型の導電性を持つ場合、単結晶基板の化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面上にｎ電極を形成してもよい。

ｐ電極５は、ボンディング用の電極でありＡｕで形成されている。このｐ電極５は、多層構造とすることができる。例えばｐ型半導体層３３とのオーミックコンタクトを得るためにコンタクト層を設けることができる。このコンタクト層は、Ｉｎ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金、または導電性膜より形成することができる。またコンタクト層を、導電性膜とするときにはＩＴＯ，ＺｎＯとすることができる。

また、コンタクト層の次にｐ型半導体層３３から通過する光を個片基板２の方向へ反射させるための反射層を設けることができる。この反射層は、Ａｇ，Ａｌ，Ｒｈまたは、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金より形成することができるが、ＡｇまたはＡｇ合金が高い反射率を有しているので望ましい。

ここで単結晶基板を分割して形成される半導体発光素子１について、図２と、更に図３を参照しながら詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るウエハを示す斜視図である。

図２および図３に示すようにウエハ１０は、積層面２０上に化合物半導体層３が積層され、ｎ電極４、ｐ電極５が形成されたものであり、スクライブされた後、スクライブラインに沿って分割して個片化され半導体発光素子１となる。このウエハ１０は、ウエハ１０を分割するときや電極パターンを形成するときの基準となるＯＦ面１１が形成された略円盤状であり、六方晶系結晶構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体、炭化珪素系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体で形成されている。六方晶系結晶構造をもつこれらの半導体において、劈開面である（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面のそれぞれが成す角は６０°である。

ウエハ１０上には、矩形状の半導体発光素子の側面がＯＦ面１１に平行または垂直になるように、またその配列がＯＦ面１１に対し垂直および平行になるようにｎ電極４、ｐ電極５が形成されており、このウエハ１０を分割するときは、ＯＦ面１１に平行方向または垂直方向に電極パターンに沿って行われる。本実施の形態では、このＯＦ面１１が劈開面である（１−１００）面に対して１５°の角度を成した状態で設けられている。ウエハ１０を、電極パターンに沿って分割することによって、矩形状に形成された個片基板２の側面２１は、劈開面である（１−１００）面に対して１５°の角度を成した状態となる。

つまり、個片基板２の側面２１と（１−１００）面の成す角度を１５°とすることで、側面２１は（１０−１０）面に対して４５°の角度を成し、（０１−１０）面に対して７５°の角度を成すこととなる。また側面２１に隣接した一方の側面２２は、（１−１００）面に対して７５°の角度を成し、（１０−１０）面に対して４５°の角度を成し、（０１−１０）面に対して１５°の角度を成すこととなる。

側面２１の反対側となる側面２３も、側面２１と同様に（１−１００）面に対して１５°の角度を成し、（１０−１０）面に対して４５°の角度を成し、（０１−１０）面に対して７５°の角度を成すこととなる。更に、側面２４は、側面２２と同様に（１−１００）面に対して７５°の角度を成し、（１０−１０）面に対して４５°の角度を成し、（０１−１０）面に対して１５°の角度を成すこととなる。

従って、単結晶基板であるウエハ１０をこのように分割し個片とすることで、個片基板２の側面２１〜２４を劈開面とは異なる面とすることができる。

この分割は、レーザスクライブ装置で、それぞれ単結晶基板を区分する深さ数１０μｍの溝を形成し、この溝を割ることで容易に行うことができる。

なお、このレーザスクライブ装置による溝は、ウエハ１０の化合物半導体層３が積層された側の面に形成しても、化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面に形成してもよいが、化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面に溝を形成した方が、個片に分割後の化合物半導体層３の分割面にも、個片基板２と同様の凹凸ができるので望ましい。

このように個片基板２の側面２１〜２４を劈開面とは異なる面とすることで、側面２１〜２４が平滑面とならずに微小な凹凸が形成された面とすることができ、光取り出し効率を向上させることができる。

このように、製造工程で単結晶基板を分割するときに個片基板２の側面が劈開面と異なる面となるようにするだけでよいので、半導体発光素子１の側面に凹凸を形成して光取り出し効率を向上させるために、新たな製造工程を追加する必要がない。従って、製造時の煩雑さや、製造コストの増大を抑制することができる。

本実施の形態では、個片基板２の側面を劈開面に対して１５°の角度を成すように分割した場合を説明した。これは、個片基板２の基準とした側面を劈開面に対して１５°の角度を成すようにすると、いずれの劈開面に対しても１５°以上の角度を成すことできるが、異なる劈開面同士が成す角度は必ず６０°となるので、個片基板２の基準とした側面が劈開面に対して成す角度は、０°より大きく３０°未満であればよい。

しかし、その角度が０°または３０°に近いと劈開が容易な劈開面から割れるおそれがある。従って、その角度を５°以上、２５°以下とすることで、個片基板２のいずれの側面も劈開面に対して５°以上の角度を成すことができるので、劈開面を避けて分割するときに劈開面から割れてしまうことを防止することができる。

更に、個片基板２の側面を、劈開面に対して１０°以上、２０°以下の角度を成すようにすると、個片基板２のいずれの側面も劈開面に対して１０°以上の角度を成すことができるので、より確実に劈開面から割れてしまうことが防止できるとともに、より多くの凹凸が形成でき、光の取り出し効率を更に高めることができる。

本発明の実施の形態に係る半導体発光素子１を作製した。その半導体発光素子１の製造方法の一例を、図１から図６に基づいて説明する。図４（Ａ）および同図（Ｂ）は、半導体発光素子の側面の面粗さを示すグラフである。図５は、従来のウエハおよびこのウエハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図である。図６（Ａ）および同図（Ｂ）は発明品の顕微鏡写真であり、図６（Ｃ）および同図（Ｄ）は比較品の顕微鏡写真である。

なお、作製した際の厚み、大きさなどは、一例であり以下の数値に限定されるものではなく、適宜変更することも可能である。

個片基板２となる単結晶基板として、六方晶の結晶構造を持つ窒化ガリウムからなる厚さ約３５０μｍ、直径２インチ（５３．８ｍｍ）のウエハを用いた。このウエハは、化合物半導体層を積層する積層面２０が（０００１）面であり、その表面は鏡面に仕上げられており、またＯＦ面１１が単結晶基板の劈開面である（１−１００）面に対し１５°の角度を成すように形成されたものである。

この単結晶基板を反応管内の基板ホルダーに載置した後、単結晶基板の温度を１０６０℃に１０分間保ち、水素ガスを４リットル／分、窒素ガスを４リットル／分、アンモニアを２リットル／分で流しながら単結晶基板を加熱して、単結晶基板の表面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除くためのクリーニングを行った。

次に、単結晶基板の温度を１０６０℃に保持したままで、キャリアガスとして窒素ガスを１５リットル／分及び水素ガスを４リットル／分で流しながら、アンモニアを２リットル／分、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧと略称する。）を８０μｍｏｌ／分、１０ｐｐｍ希釈のモノシランを１０ｃｃ／分、で供給して、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型半導体層３１を２μｍの厚さで成長させた。このｎ型半導体層３１の電子濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

ｎ型半導体層３１を成長後、単結晶基板の温度を１０６０℃に保持したままで、モノシランの供給を止め、キャリアガスとして窒素ガスを１５リットル／分および水素ガスを４リットル／分で流しながら、アンモニアを２リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡと略称する。）を３μｍｏｌ／分、で供給して、アンドープのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなるクラッド層（図示せず）を０．０５μｍの厚さで成長させた。このクラッド層の電子濃度は５×１０¹⁶ｃｍ^-3である。

クラッド層を成長後、ＴＭＧとＴＭＡの供給を止め、単結晶基板の温度を７００℃まで降下させ、この温度に維持して、キャリアガスとして窒素を１２リットル／分、アンモニアを８リットル／分、ＴＭＧを４μｍｏｌ／分、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩと略称する。）を５μｍｏｌ／分、で供給して、アンドープのＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる量子井戸構造の井戸層（図示せず）を２ｎｍの厚さで成長させた。

井戸層を成長後、ＴＭＩの供給を止め、キャリアガスとして窒素を１２リットル／分、アンモニアを８リットル／分、ＴＭＧを２０μｍｏｌ／分で供給して、アンドープのＧａＮからなる障壁層（図示せず）を１２ｎｍの厚さで成長させた。そして、ＴＭＧの供給を止め、同様の手順を繰り返すことにより、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）、井戸層（図示せず）を形成した。

最後の井戸層（図示せず）を成長後、ＴＭＩの供給を止め、キャリアガスとして窒素を１４リットル／分、アンモニアを６リットル／分、ＴＭＧを２μｍｏｌ／分、ＴＭＡを０．１５μｍｏｌ／分で供給して、単結晶基板の温度を１０６０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ（図示せず）を３ｎｍの厚さで成長させた。このようにして、４層の井戸層からなるＭＱＷの発光層３２を形成した。

次に、単結晶基板の温度が１０６０℃に達したら、キャリアガスとして窒素ガスを１５リットル／分及び水素ガスを４リットル／分で流しながら、アンモニアを２リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、ＴＭＡを３μｍｏｌ／分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ₂Ｍｇと略称する。）を０．１μｍｏｌ／分、で供給して、ＭｇをドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなるｐ型半導体層３３を２００ｎｍの厚さで成長させた。このｐ型半導体層３３のＭｇ濃度は１×１０²⁰ｃｍ^-3である。

ｐ型半導体層３３を成長後、ＴＭＧとＴＭＡとＣｐ₂Ｍｇの供給を止め、窒素ガスを８リットル／分、アンモニアを２リットル／分で流しながら、単結晶基板の温度を室温程度にまで冷却させて、単結晶基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体による化合物半導体層３が積層されたウエハ１０を反応管から取り出す。

このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体３からなる積層構造に対して、別途アニールを施すことなく、その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を堆積させた後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングにより一辺の長さが０．８ｍｍの正方形状にパターンニングしてエッチング用のＳｉＯ₂マスクを形成させた。次に、反応性イオンエッチング法により、ｐ型半導体層３３と発光層３２とクラッド層とｎ型半導体層３１の一部とを約５００ｎｍの深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、ｎ型半導体層３１の表面を露出させた。

そして、フォトリソグラフィーとスパッタ法により、露出されたｎ型半導体層３１の表面の一部に、１００ｎｍ厚のＴｉからなるコンタクト層と５００ｎｍ厚のＡｕからなるｎ側ボンディング層が積層されたｎ電極４を形成した。更に、エッチング用のＳｉＯ₂マスクをウェットエッチングにより除去させた後、フォトリソグラフィーとスパッタ法により、ｐ型半導体層３３の表面のほぼ全面に、３ｎｍ厚のＰｔからなるコンタクト層（図示せず）と３００ｎｍ厚のＲｈからなる反射層と８００ｎｍ厚のＡｕからなるｐ側ボンディング層が積層されたｐ電極５を形成した。

以上、３回のフォトリソグラフィーの際、矩形状の発光素子の側面がＯＦ面１１と平行又は垂直となるように、碁盤の目のようにパターニングされているフォトマスクをＯＦ面１１に合わせることにより、図２のようにエッチングパターンおよびｎ電極４、ｐ電極５の配列がＯＦ面１１に対し垂直および平行となったウエハ１０が得られる。

この後、ウエハ１０の化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面を研磨して３００μｍ程度の厚さに調整する。

次に、レーザスクライブ装置により、ウエハ１０の化合物半導体層３が積層された面とは反対側の面に深さ７０μｍの割り溝を、ＯＦ面１１に対し垂直および平行に形成する。そして化合物半導体層３が積層された面側にローラーを当てて、ウエハ１０をスクライブラインに沿って分割して個片化し、一辺の長さが０．８ｍｍの正方形状の半導体発光素子１を得た。

このようにして得られた半導体発光素子１は、ＯＦ面１１が単結晶基板の劈開面である（１−１００）面に対し１５°の角度を成すように形成されているので、その全ての側面が劈開面に対し１５°の角度を成している。

この半導体発光素子１を発明品として、図４（Ａ）に、劈開面（１−１００）面に対し１５°の角度を成した半導体発光素子１の側面２１の表面粗さを示す。また、図４（Ｂ）に、図５に示すようにＯＦ面１２を劈開面（１−１００）面に平行させて形成し、ＯＦ面１２に対し垂直方向および平行方向にスクライブ溝を形成して分割するという、従来の方法により作製した従来の半導体発光素子を比較品として、その側面２５の表面粗さを示す。

図４（Ａ）に示すように、劈開面（１−１００）面に対して１５°の角度を成す半導体発光素子１の側面２１には、側面に微小な凹凸面が形成されていることが分かる。

一方、図４（Ｂ）に示すように、劈開面（１−１００）面に平行な従来の半導体発光素子の側面２５は、側面は多少凹凸面となっているものの、図４（Ａ）と比較すると平滑面であることが分かる。

この様子は、光学顕微鏡などによっても観察することができる。図６（Ａ）は、図２に示す劈開面（１−１００）面に対して１５°の角度を成す半導体発光素子１の側面２１の光学顕微鏡写真であり、また図６（Ｂ）は側面２１に隣接する垂直な側面２２の光学顕微鏡写真である。共に半導体発光素子１の側面２１，２２全面に渡って凹凸が形成されていることが分かる。これは側面２１，２２のいずれもどの劈開面とも方向が異なるためである。側面２３は側面２１と、側面２４は側面２２と同じ方向であるので、凹凸の状態もそれぞれ同じである。図６（Ｃ）は、図５に示す劈開面（１−１００）面と平行な従来の半導体発光素子の側面２５の光学顕微鏡写真であり、また図６（Ｄ）はそれに隣接する垂直な側面２６の光学顕微鏡写真である。側面２６は、劈開面と方向が異なるため、側面２１、２２と同様に凹凸が形成されているが、側面２５は、一部段差が生じてはいるがほとんど平滑な面となっていることが分かる。

次に、本実施の形態に係る半導体発光素子と従来の半導体発光素子とを、ｎ電極４およびｐ電極５の形成面側を下向きにして、Ｓｉダイオードからなるサブマウント上にＡｕバンプを介して接続し、そのサブマウントをステム上にＡｇペーストにより載置して、透明樹脂でモールドして、３５０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ともにピーク発光波長４６０ｎｍの青色で発光した。

しかし、発光出力には違いが見られ、図５に示すように分割し劈開面と平行方向に側面を持つ従来の半導体発光素子の光出力は２０１ｍＷであったが、図２に示すように全ての側面が劈開面と異なるように分割して形成した本実施の形態に係る半導体発光素子１の光出力は２２０ｍＷで、劈開面と平行方向に側面を持つ半導体発光素子より約１０％高い発光出力であった。

本発明は、新たな製造工程を追加する必要なしに、半導体発光素子の側面に凹凸を形成し、光取り出し効率を向上させることができるので、透光性基板上に半導体層を積層して形成された半導体発光素子およびウエハに好適である。

本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を示す断面図 本発明の実施の形態に係るウエハおよびこのウエハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図 本発明の実施の形態に係るウエハを示す斜視図 （Ａ）および（Ｂ）は、半導体発光素子の側面の面粗さを示すグラフ 従来のウエハおよびこのウエハ上に形成された化合物半導体層および電極を示す図 （Ａ）および（Ｂ）は発明品の顕微鏡写真、（Ｃ）および（Ｄ）は比較品の顕微鏡写真

符号の説明

１ 半導体発光素子
２ 個片基板
３ 化合物半導体層
４ ｎ電極
５ ｐ電極
１０ ウエハ
１１、１２ ＯＦ面
２０ 積層面
２１〜２８ 側面
３１ ｎ型半導体層
３２ 発光層
３３ ｐ型半導体層

Claims (9)

1. 単結晶基板に化合物半導体層を積層し、前記単結晶基板を分割して個片化することで形成された半導体発光素子において、
   前記単結晶基板は、（０００１）面が、前記化合物半導体が積層される積層面であり、（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面が劈開面である六方晶系結晶構造を有するものであり、
   分割された単結晶基板である個片基板の全ての側面は、前記単結晶基板の前記劈開面とは異なる面で形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記個片基板は、前記積層面が略矩形状に形成され、前記個片基板の一側面が、前記劈開面のいずれかに対して５°以上、２５°以下の角度を成すことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記個片基板は、前記積層面が略矩形状に形成され、前記個片基板の一側面が、前記劈開面のいずれかに対して１０°以上、２０°以下の角度を成すことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
4. 前記単結晶基板は、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体、炭化珪素系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
5. 前記単結晶基板に積層される化合物半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体、窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
6. 半導体発光素子を形成する化合物半導体層が積層される単結晶基板であるウエハにおいて、
   前記単結晶基板は、（０００１）面が、前記化合物半導体が積層される積層面であり、（１−１００）面，（０−１１０）面，（−１０１０）面，（−１１００）面，（０１−１０）面，（１０−１０）面が劈開面である六方晶系結晶構造を有するものであり、
   前記単結晶基板の結晶方向を示すＯＦ面は、前記劈開面とは異なる面で形成されていることを特徴とするウエハ。
7. 前記ＯＦ面が、前記劈開面のいずれかに対して５°以上、２５°以下の角度を成すことを特徴とする請求項６記載のウエハ。
8. 前記ＯＦ面が、前記劈開面のいずれかに対して１０°以上、２０°以下の角度を成すことを特徴とする請求項６記載のウエハ。
9. 前記単結晶基板は、窒化ガリウム系化合物半導体、酸化亜鉛系化合物半導体、炭化珪素系化合物半導体または窒化アルミニウム系化合物半導体のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれかの項に記載のウエハ。