JP2013021250A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の側面からの光取り出し効率を向上させた半導体発光素子を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光素子１０では、基板１１は対向する第１および第２の面１１ａ、１１ｂと、第１および第２の面１１ａ、１１ｂに略直交する側面１１ｃを有している。基板１１の側面１１ｃには、第１の面１１ａから第１の距離Ｌ１だけ離間した位置から第２の面１１ｂ側に向かって、第１の粗さＲ１と第１の幅ａを有する第１の領域１２と、第１の粗さＲ１より小さい第２の粗Ｒ２さと第１の幅ａより小さい第２の幅ｂを有する第２の領域１３が交互に形成されている。第１の領域１２の面積の和と側面１１ｃの面積の比が０．５以上である。基板１１の第１の面１１ａ上に、第１導電型の第１半導体層と、活性層と、第２導電型の第２半導体層が順に積層された半導体積層体１５が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。

従来、窒化物半導体発光素子には、Ｃ面サファイア基板上に窒化物半導体層を形成し、窒化物半導体層側だけでなくサファイア基板の側面からも光を取り出すように構成されているものがある。

この窒化物半導体発光素子では、サファイア基板の側面からの光取り出し効率を向上させるために、サファイア基板はある程度厚く、且つサファイア基板の側面が粗面化されていることが必要である。

然しながら、Ｃ面サファイア基板はＣ面に対して垂直なへき開面を持たないこと、且つ硬度が高く化学的に安定な材料であるため、厚いサファイア基板をチップに分割し、且つ側面を粗面化することが難しいという問題がある。

例えば、サファイア基板をポイントスクライブした後、ブレーキングにより分割する場合、分離の起点がサファイア基板の表面より１０μｍ程度にとどまるため、サファイア基板の厚さは１００μｍ程度が限界である。

サファイア基板の表面にレーザを集光してアブレーション加工した後、ブレーキングによりチップに分割する場合、分離の起点がサファイア基板の表面より３０μｍ程度にとどまるため、サファイア基板の厚さは１３０μｍ程度が限界である。

更に、ブレーキングによりチップに分割されたサファイア基板の側面は、クラック状の側面となるため、粗面化されにくいという問題がある。

特開２０１０−１４１３３１号公報

本発明は、基板の側面からの光取り出し効率を向上させた半導体発光素子を提供する。

一つの実施形態によれば、半導体発光素子では、基板は対向する第１および第２の面と、前記第１および第２の面に略直交する側面を有している。前記側面には、前記第１の面から第１の距離だけ離間した位置から前記第２の面側に向かって、第１の粗さと第１の幅を有する第１の領域と、前記第１の粗さより小さい第２の粗さと前記第１の幅より小さい第２の幅を有する第２の領域が交互に形成されている。前記第１の領域の面積の和と前記側面の面積の比は、０．５以上である。前記基板の前記第１の面上に、第１導電型の第１半導体層と、活性層と、第２導電型の第２半導体層が順に積層された半導体積層体が形成されている。

実施例に係る半導体発光素子を示す図。 実施例に係る半導体発光素子の特性を示す概念図。 実施例に係る半導体発光素子の特性を示す図。 実施例に係る半導体発光素子の特性を示す図。 実施例に係る半導体発光素子の特性を示す図。 実施例に係る半導体発光素子の特性を示す図。 実施例に係る半導体発光素子の特性を示す図。 実施例に係る半導体発光素子の特性を示す図。 実施例に係る半導体発光素子の製造工程の要部を示すフローチャート。 実施例に係る半導体発光素子の製造工程の要部を順に示す断面図。

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。

本実施例に係る半導体発光素子について図１を用いて説明する。本実施例の半導体発光素子は窒化物半導体発光素子である。図１は窒化物半導体発光素子を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）はその側面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の要部を示す断面図である。

図１に示すように、本実施例の窒化物半導体発光素子１０では、サファイア基板１１は対向する第１および第２の面１１ａ、１１ｂと、第１および第２の面１１ａ、１１ｂに略直交する４つの側面１１ｃを有し、例えば２５０μｍ×２５０μｍ角で厚さＬ０が約２００μｍの直方体状である。

サファイア基板１１の側面１１ｃには、第１の面１１ａから第１の距離Ｌ１、例えば約３０μｍ離間した位置から第２の面１１ｂ側（紙面の−Ｚ方向）に向かって、粗さおよび幅が異なる第１の領域１２と第２の領域１３が交互に４段形成されている。

各段において、第１の領域１２は、第１の粗さＲ１と第１の幅ａを有している。第２の領域１３は、第１の荒さＲ１より小さい第２の粗さＲ２と第１の幅ａより小さい第２の幅ｂを有している。

各段において、第１および第２の領域1２、１３は、第１の幅ａと第２の幅ｂの和（ａ＋ｂ）が一定になるように、即ち第１の領域１２の繰り返しピッチが一定になるように形成されている。

第２の幅ｂは０より大きく、第１の幅ａの１／２以下になるように形成されている（０＜ｂ≦ａ／２）。第１の幅ａは、例えば約３０μｍである。第２の幅ｂは、例えば約１０μｍである。

第１および第２の領域1２、１３は、第１の面１１ａに平行な方向（紙面のＸ方向）に側面１１ｃの一端から他端まで延在している。

各段の第１の領域１２の面積Ｓ１の和（ΣＳ１）と側面１１ｃの面積Ｓ０の比（以後、単に粗面化率とも称する）は約０．６に設定されている。

サファイア基板１１の第１の面１１ａ上には、Ｎ型（第１導電型）の第１窒化物半導体層と、窒化物活性層と、Ｐ型（第２導電型）の第２窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体積層体１５が形成されている。

第１窒化物半導体層は、例えばＮ型ＧａＮ層２１とＮ型ＧａＮクラッド層２２を含み、窒化物活性層は、例えばＭＱＷ層２３を含み、第２窒化物半導体層は、例えばＰ型ＧａＮクラッド層２４とＰ型ＧａＮコンタクト層２５を含んでいる。

窒化物半導体積層体１５上には、電流を広げるとともにＰ型ＧａＮコンタクト層２５側から取り出される光が電極材で遮られるのを防止するために透明導電膜１６が形成されている。透明導電膜１６の一部に第１電極（Ｐ側電極）１７、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜が形成されている。

窒化物半導体積層体１５の一部が除去され、露出したＮ型ＧａＮ層２１上に第２電極（Ｎ側電極）１８、例えばチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の積層膜が形成されている。

第１電極１７および第２電極１８はサファイア基板１１の対角線に沿って対向するように形成されている。

第１の領域1２および第２の領域１３は、以下のようにして形成された領域である。サファイアに対して半透明な波長を有するレーザをサファイア基板の内部に集光し、分割予定ラインに沿って離散的に、例えば５μｍステップで相対移動させることにより、サファイア基板の内部に加工変質層を形成する。

加工変質層とはレーザのエネルギーによりサファイアが溶融して再固化した領域であり、熱歪により生じたき裂などにより強度が低下した領域である。加工変質層のサイズは、レーザのビーム形状および光出力などに依存する。レーザを離散的に相対移動させる距離は、レーザのビーム径より大きく、レーザのビーム径の２倍以下とすることが適当である。

内部に加工変質層が形成されたサファイア基板をブレーキングすることにより、加工変質層に含まれるき裂がサファイア基板の両面に伸展し、サファイア基板がチップに分離される。サファイア基板が分離されて露出した加工変質層が第１の領域１２になる。加工変質層の間の領域が第２の領域１３になる。

第１の領域1２は加工変質層のサイズに応じた凹凸を有する側面となり、第１の粗さＲ１と第１の幅ａを有する。

一方、第２の領域１３はき列に応じた凹凸を有する筋状の側面となり、第１の粗さＲ１より小さい第２の粗さＲ２と加工変質層を形成するピッチに応じて第１の幅ａより小さい第２の幅ｂを有する。

サファイア基板１１の第１の面１１ａから初段の第１の領域１２までの第３の領域１４はクラック状の側面で、テラス状の平坦面を含んでいる。そのため、第３の領域１４の粗さは、第２の粗さＲ２より小さくなっている。

第３の領域１４は、サファイア基板１１の内部にレーザを集光する際に、窒化物半導体積層体１５への熱的ダメージを防止するために設けられている。

窒化物半導体積層体１５については周知であるが、以下簡単に説明する。Ｎ型ＧａＮ層２１は、Ｎ型クラッド層２２乃至Ｐ型ＧａＮコンタクト層２５までを成長させるための下地単結晶層であり、例えば約３μｍと厚く形成されている。Ｎ型ＧａＮクラッド層２２は、例えば厚さ２μｍ程度に形成されている。

ＭＱＷ層２３は、例えば厚さが５ｎｍのＧａＮ障壁層と厚さが２．５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層とが交互に積層され、最上層がＩｎＧａＮ井戸層である多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造に形成されている。

P型ＧａＮクラッド層２４は、例えば厚さ１００ｎｍ程度に形成され、Ｐ型ＧａＮコンタクト層２５は、例えば厚さ１０ｎｍ程度に形成されている。

ＩｎＧａＮ井戸層（Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層、０＜ｘ＜１）のＩｎ組成比ｘは、窒化物半導体層１１から取り出される光のピーク波長が、例えば約４５０ｎｍになるように０．１程度に設定されている。

上述した窒化物半導体発光素子１０は、サファイア基板１１の厚さＬ０および側面１１ｃの粗面化率を最適化することにより、信頼性を確保しつつ側面１１ｃからの光の取り出し効率を高めるように構成されている。

図２は窒化物半導体発光素子１０において、サファイア基板１１の側面の粗面化率とチップ分離率、発光効率および初期光出力（Ｐｏ）残存率との関係を示す説明するための概念図である。

図２において、横軸は粗面化率を示している。一点鎖線３０はチップ分離率、実線３１は発光効率、破線３２はＰｏ残存率を示している。縦軸は任意目盛りであるが、チップ分離率、発光効率およびＰｏ残存率の最大値を揃えて示している。

図２に示すように、チップ分離率に関しては、粗面化率が０．３より小さいとチップ分離率は急激に低下する。粗面化率が０．５程度あれは略問題ないチップ分離率が得られている。粗面化率を０．５より大きくしてもチップ分離率は殆ど変わらない。

そのため、比較例では粗面化率は０．３から０．５の間に設定されていた。粗面化率を大きくするほど、レーザダイシングに多くの時間と費用を要するためである。

一方、発光効率に関しては、粗面化率が大きいほど発光効率が増加し、特に粗面化率が０．５以上のときに高い発光効率が得られている。粗面化率が大きいほど、側面に入射した光が外に取り出される確率が増加するためである。

Ｐｏ残存率に関しては、粗面化率が０．８５より大きくなるとＰｏ残存率は急激に低下する傾向を示している。粗面化率が大きくなると、必要な第１の距離Ｌ１が確保できなくなり、サファイア基板１１の内部にレーザを集光する際に、窒化物半導体積層体１５が熱的ダメージを受けるためである。

従って、信頼性を確保して発光効率を向上させるために、粗面化率は０．５から０．８５の間に設定することが望ましい。

次に、窒化物半導体発光素子１０の特性について、図３乃至図６を用いて説明する。図３は第１の距離Ｌ１と窒化物半導体発光素子１０のＰｏの残存率の関係を示す図である。図３において、横軸は第１の距離Ｌ１、縦軸は５００時間経過後のＰｏ残存率を示している。Ｐｏ残存率は、第１の距離Ｌ１が６０μｍのときに得られたＰｏ残存率で規格化されている。

図３に示すように、第１の距離Ｌ１が１０μｍのときの残存率は１０％以下であり、第１の距離Ｌ１が２０μｍのときの残存率は７０％程度である。第１の距離Ｌ１が短くなると、急速にＰｏ残存率が低下している。

一方、第１の距離Ｌ１が３０μｍ以上では、Ｐｏ残存率は略１００％である。これから、サファイア基板１１の内部にレーザを集光する際に、第１の距離Ｌ１が３０μｍ以上であればサファイア基板１１の厚さに係らず窒化物半導体積層体１５へのダメージを回避することが可能である。

図４はサファイア基板１１の厚さＬ０と発光効率の関係を示す図である。図４において、横軸はサファイア基板１１の厚さＬ０、縦軸は発光効率を示している。発光効率は、サファイア基板１１の厚さＬ０が２００μｍのときの発光効率で規格化されている。

図４に示すように、発光効率はサファイア基板１１の厚さＬ０が大きくなると増加し、サファイア基板１１の厚さＬ０が１５０μｍ以上で飽和する傾向を示している。側面に入射した光を外に取り出すためには、サファイア基板１１はある程度厚いほう好ましい。

図５はサファイア基板１１の反射特性を説明するための図で、図５（ａ）は光路を示す図、図５（ｂ）は反射率を示す図である。反射率は、入射光の波長が４１０ｎｍ、サファイアの屈折率が１．７８５として、入射角度αの依存性を計算した。

図５に示すように、窒化物半導体積層体１５から出射されて側面１１ｃに入射した光は、界面で一部は反射され、一部は透過する。入射角度αが大きいほど反射光は強くなる。そのため、出射光は弱くなり、出射角度βが大きくなる。

入射角度αがサファイアの全反射角度θｂ（約３４．８°）以上では、反射率は１、出射角度βは９０°になる。入射角度αが０（垂直入射）のとき、反射率は約０．０７９である。

図６はサファイア基板１１の側面１１ｃの粗さと反射率の関係を示す図である。反射率は、入射光の波長が４１０ｎｍ、サファイアの屈折率が約１．７８５、入射角度αが０（垂直入射）として粗さ依存性を計算した。粗さは平均表面粗さＲａである。

平均表面粗さＲａとは、周知のように粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さＬだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、ｆ（ｘ）の絶対値を０からＬまで積分して長さLで割った値をマイクロメートル（μｍ）で表わしたものである。

図６に示すように、粗さＲａが大きくなると反射率は増加する。反射率は粗さＲａが１μｍ超えるところから大きくなり、２μｍを超えると飽和する傾向を示している。

周知のように粗さＲａによって反射モードが異なっている。粗さＲａが波長と同程度の大きさの場合、光は界面で散乱する。粗さＲａが波長より十分大きい場合、光は界面で乱反射する。

サファイア基板１１の側面１１ｃの粗さＲａがＭＱＷ層２３から放出されサファイア基板１１内を伝播する光の波長乃至波長の数分の一程度の場合、サファイア基板１１と大気との境界の屈折率が等価的に徐々に変化する。その結果、サファイア基板１１での全反射が効果的に抑制される。

例えばサファイア基板１１から取り出される光の波長を４１０ｎｍとすると、サファイア基板１１の屈折率が約１．７８５であることからサファイア基板１１内の光の波長は約２３０ｎｍになる。従って、粗さＲａとしては、約０．２３μｍ以下、更には０．０５μｍ以下が望ましい。

一方、サファイア基板１１の側面１１ｃの粗さＲａがＭＱＷ層２３から放出されサファイア基板１１内を伝播する光の波長より十分大きい場合、光はサファイア基板１１と大気との境界で乱反射する。

反射率が低い方が、透過率が向上し、光の取り出し効率が向上するので、サファイア基板１１の側面１１ｃの粗さＲａは波長と同程度の大きさであることが望ましい。然し、粗さＲａが波長より大きくても、一定の効果が期待できる。

図７は粗面化率と反射率の関係を示す図である。反射率はサファイア基板１１の側面１１ｃの全面に光が入射したときの、側面１１ｃの平均的な反射率を計算した。

図７に示すように粗面化率が０．５を超えると反射率が急激に低下する傾向が得られた。反射率は低い方が、透過率が向上し、光の取り出し効率が向上するので、サファイア基板１１の側面１１ｃの粗面化率は０．５以上であることが望ましい。

これより、サファイア基板１１の側面１１ｃの粗面化率は０．５以上、０．８５以下であれば、信頼性を確保しつつ側面１１ｃからの光の取り出し効率を高めることが可能である。

図８は最下段の第１の領域１２を形成する位置と反射率の関係を示す図である。図８において、第２の距離Ｌ２とは第２の面１１ｂと最下段の第１の領域１２間の距離を示している。反射率はＭＱＷ層２３からサファイア基板１１の側面１１ｃに光が入射したときの、側面１１ｃの平均的な反射率を計算した。

図８に示すように、第２の距離Ｌ２が４０μｍあたりを境にして反射率が大きく低下している。サファイア基板１１の側面１１ｃの下部はＭＱＷ層２３から遠いので、下部ほど入射角αが大きくなる。入射角αが大きい光に対して反射率が低減するように、上部より下部に粗面化領域が存在していたほうが、発光効率が向上することを示している。

サファイア基板１１の厚さＬ０と必要な粗面化率の兼ね合いによるが、できるだけサファイア基板１１の側面１１ｃの下部に粗面を集中して形成したほうが、発光効率の向上が期待できる。

次に、窒化物半導体発光素子１０の製造方法について、図９および図１０を用いて説明する。図９は窒化物半導体発光素子１０の製造工程の要部を示すフローチャート、図１０は窒化物半導体発光素子１０の製造工程の要部を示す断面図である。

始に、サファイア基板上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、窒化物半導体積層体１５を形成する。

窒化物半導体積層体１５の形成方法は周知であるが、以下簡単に説明する。例えば直径１５０ｍｍで、面方位がＣ面のサファイア基板に前処理として、例えば有機洗浄、酸洗浄を施した後、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に収納する。

次に、例えば窒素（Ｎ_２）ガスと水素（Ｈ_２）ガスの常圧混合ガス雰囲気中で、高周波加熱により、サファイア基板の温度を、例えば１１００℃まで昇温する。これにより、サファイア基板の表面が気相エッチングされ、表面に形成されている自然酸化膜が除去される。

次に、Ｎ_２ガスとＨ_２ガスの混合ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスとトリメチルガリウム（ＴＭＧ：Tri-Methyl Gallium）を供給し、Ｎ型ドーパントとして、例えばシラン（ＳｉＨ_４）ガスを供給し、厚さ３μｍのＮ型ＧａＮ層２１を形成する。

次に、同様にして厚さ２μｍのＮ型ＧａＮクラッド層２２を形成した後、ＮＨ_３ガスは供給し続けながらＴＭＧおよびＳｉＨ_４ガスの供給を停止し、サファイア基板の温度を１１００℃より低い温度、例えば８００℃まで降温し、８００℃で保持する。

次に、Ｎ_２ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとして、例えばＮＨ_３ガスおよびＴＭＧを供給し、厚さ５ｎｍのＧａＮ障壁層を形成し、この中にトリメチルインジウム（ＴＭＩ：Tri-Methyl Indium）を供給することにより、厚さ２．５ｎｍ、Ｉｎ組成比が０．１のＩｎＧａＮ井戸層を形成する。

次に、ＴＭＩの供給を断続することにより、ＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層の形成を、例えば７回繰返す。これにより、ＭＱＷ層２３が得られる。

次に、ＴＭＧ、ＮＨ_３ガスは供給し続けながらＴＭＩの供給を停止し、アンドープで厚さ５ｎｍのＧａＮキャップ層を形成する。

次に、ＮＨ_３ガスは供給し続けながらＴＭＧ、ＴＭＡの供給を停止し、Ｎ_２ガス雰囲気中で、サファイア基板の温度を８００℃より高い温度、例えば１０３０℃まで昇温し、１０３０℃で保持する。

次に、Ｎ_２ガスとＨ_２ガスの混合ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとしてＮＨ_３ガスおよびＴＭＧ、Ｐ型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を供給し、Ｍｇ濃度が１Ｅ２０ｃｍ^−３、厚さが１００ｎｍ程度のＰ型ＧａＮクラッド層２４を形成する。

次に、Ｃｐ_２Ｍｇの供給を増やして、Ｍｇ濃度が１Ｅ２１ｃｍ^−３、厚さ１０ｎｍ程度のＰ型ＧａＮコンタクト層２５を形成する。

次に、ＮＨ_３ガスは供給し続けながらＴＭＧの供給を停止し、キャリアガスのみ引き続き供給し、サファイア基板を自然降温する。ＮＨ_３ガスの供給は、サファイア基板の温度が５００℃に達するまで継続する。

これにより、サファイア基板上に窒化物半導体積層体１５が形成され、Ｐ型ＧａＮコンタクト層２５が表面になる。

次に、Ｐ型ＧａＮコンタクト層２５上に透明導電膜１６として、例えばスパッタリング法によりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を形成する。

次に、透明導電膜１６の一部を、例えば硝酸と塩酸の混酸を用いたウエットエッチングにより除去し、窒化物半導体積層体１５の一部を露出させる。

次に、露出した窒化物半導体積層体１５の一部を、例えば塩素系ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により異方性エッチングし、Ｎ型ＧａＮ層２１を露出させる。

次に、残った透明導電膜１６の一部上に第１電極１７を形成し、露出したＮ型ＧａＮ層２１上に第２電極１８を形成する。

この段階で、複数の窒化物半導体発光素子が格子状に配列されたサファイア基板が得られる。

次に、図９に示すフローチャートに従って、サファイア基板をチップに分割し、個々の窒化物半導体発光素子を得る。

始に、窒化物半導体積層体１５側を粘着シートに対向させ、サファイア基板をステンレスリングに取り付けられた粘着シート上に貼り付け（ステップＳ０１）、サファイア基板をレーザダイング装置のステージに載置する（ステップＳ０２）。

次に、レーザ照射条件等の初期設定を行う。使用するレーザは、例えば波長１．０６μｍ、出力３００ｍＷ、パルス幅１０〜１５ｆｓ、繰り返し周波数１００ｋＨｚである。加工条件は、例えば送り速度６００ｍｍ／ｓ、照射間隔５μｍである（ステップＳ０３）。

図１０に示すように、Ｚ方向の位置を調整して第１の面１１ａ側から４５μｍの深さＬｆ１にレーザ４０を照射する光学系の焦点をあわせた後、サファイア基板の第２の面１１ｂ側からレーザ４０を照射し、Ｘ方向に５μｍ間隔で相対的にステップスキャンすることにより、第１加工変質層４１を形成する（ステップＳ０４）。

以下ステップＳ０４と同様に、第１の面１１ａ側から８５μｍの深さＬｆ２に焦点をあわせた後、第２加工変質層４２を形成する（ステップＳ０５）。

第１の面１１ａ側から１２５μｍの深さＬｆ３に焦点をあわせた後、第３加工変質層４３を形成する（ステップＳ０６）。

第１の面１１ａ側から１６５μｍの深さＬｆ４に焦点をあわせた後、第４加工変質層４４を形成する（ステップＳ０７）。

次に、レーザダイング装置のステージを回して、サファイア基板を９０°回転させる（ステップＳ０８）。

次に、ステップＳ０４からステップＳ０７と同様にして、サファイア基板のＹ方向に５μｍ間隔でステップスキャンすることにより、第１乃至第４加工変質層４１、４２、４３、４４を形成する（ステップＳ０９）。

次に、サファイア基板をステンレスリングから取り外し、粘着シートをブレーキングして、サファイア基板をチップに分割する。これにより、窒化物半導体発光素子１０が得られる。

なお、ステップＳ０７の後に、サファイア基板をチップサイズ分、例えば２５０μｍだけＹ方向に移動させてステップＳ０４からステップＳ０７を繰り返す。同様に、ステップＳ０９の後に、サファイア基板をチップサイズ分だけＸ方向に移動させてステップＳ０９を繰り返すことはいうまでもない。

以上説明したように、本実施例の窒化物半導体発光素子１０では、サファイア基板１１の厚さＬ０を厚くし、側面１１ｃには第１の面１１ａから第１の距離Ｌ１だけ離間した位置から第２の面１１ｂ側に向かって、粗面化率が０．５以上、０．８５以下になるように第１の粗さＲ１と第１の幅ａを有する第１の領域１２と、第１の荒さＲ１より小さい第２の粗さＲ２と第１の幅ａより小さい第２の幅ｂを有する第２の領域１３を交互に４段形成している。

その結果、信頼性を確保しつつ側面１１ｃからの光の取り出し効率を高めることができる。従って、基板の側面からの光取り出し効率を向上させた窒化物半導体発光素子が得られる。

ここでは、各段の第１の幅ａが互いに等しく、各段の第２の幅ｂが互いに等しい場合について説明したが、各段において０＜ｂ≦ａ／２なる関係を満たしていればよく、特に等しくなくても本実施例と同様の効果を得ることが可能である。

基板がサファイアである場合について説明したが、その他の基板、例えばＳｉＣに適用することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

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） 前記基板はサファイアであり、前記半導体積層体は窒化物半導体積層体である請求項１に記載の半導体発光素子。

（付記２） 前記第１および第２の領域は、前記第１の面に平行な方向に前記側面の一端から他端まで延在している請求項１に記載の半導体発光素子。

１０ 窒化物半導体発光素子
１１ サファイア基板
１１ａ 第１の面
１１ｂ 第２の面
１１ｃ 側面
１２ 第１の領域
１３ 第２の領域
１４ 第３の領域
１５ 窒化物半導体積層体
１６ 透明導電膜
１７ 第１電極
１８ 第２電極
２１ Ｎ型ＧａＮ層
２２ Ｎ型ＧａＮクラッド層
２３ ＭＱＷ層
２４ Ｐ型ＧａＮクラッド層
２５ Ｐ型ＧａＮコンタクト層
４０ レーザ
４１ 第１加工変質層
４２ 第２加工変質層
４３ 第３加工変質層
４４ 第４加工変質層
Ｌ０ 基板の厚さ
Ｌ１ 第１の距離
Ｒ１ 第１の粗さ
ａ 第１の幅
ｂ 第２の幅
Ｓ０ 側面の面積
Ｓ１ 第１の領域の面積
Ｌ１１、Ｌｆ２、Ｌｆ３、Ｌｆ４ 深さ

Claims (7)

1. 対向する第１および第２の面と、前記第１および第２の面に略直交する側面を有し、前記側面には、前記第１の面から第１の距離だけ離間した位置から前記第２の面側に向かって、第１の粗さと第１の幅を有する第１の領域と、前記第１の粗さより小さい第２の粗さと前記第１の幅より小さい第２の幅を有する第２の領域が交互に形成され、且つ前記第１の領域の面積の和と前記側面の面積の比が０．５以上である基板と、
   前記基板の前記第１の面上に形成され、第１導電型の第１半導体層と、活性層と、第２導電型の第２半導体層が順に積層された半導体積層体と、
   を具備することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第１の領域の面積の和と前記側面の面積の比が０．８５以下であ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. 前記第１および第２の面間の距離が１５０μｍ以上であり、前記第１の距離が３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
4. 前記第２の面と前記第１の領域間の距離が、４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
5. 前記第２の幅は０より大きく、前記第１の幅の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
6. 前記第１および第２の領域は、レーザを前記第２の面側から前記基板の内部に集光し、分割予定ラインに沿って離散的に相対移動させて加工変質層を形成した後、前記基板をブレーキングすることにより露出した領域であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
7. 前記レーザを離散的に相対移動させる間隔は、前記レーザのビーム径より大きく、２倍以下であることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。

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