JP2015002239A - 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】凸形状部分を有する凸形状領域と、凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造を表面に有している窒化物半導体発光素子とその製造方法である。【選択図】図１
Description
本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
半導体は今や日常生活に欠かせない存在である。照明の分野でも半導体装置の一種である発光ダイオード（ＬＥＤ）が、従来の蛍光灯や白熱灯にとって代わりつつある。また、ＬＥＤが、テレビジョン、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの液晶表示パネルのバックライトや、交通信号機などに用いられていることは多くの人の知るところである。
ＬＥＤに用いられる半導体には様々な種類のものがあるが、最近ではＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体が注目されている。窒化物半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体およびＡｌＧａＩｎＰ系半導体に比べてバンドギャップＥｇが大きく、直接遷移型であるため、紫外光から緑色光にわたる広い波長領域での発光が可能である。窒化物半導体は、このような特質を生かして、各種波長の光を出力する半導体レーザ素子や、紫外光から赤色光までの広い発光波長範囲をカバーできるＬＥＤなどに利用することができる。
窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子は、発光波長範囲が広いため、プロジェクターやフルカラーディスプレイへの応用が考えられている。また、発光波長を短波長化できるという特質を生かして、殺菌、浄水および公害物質の高速分解などの公衆衛生および環境分野への適用、ならびに各種医療分野への適用に期待が高まっている。それに伴い、深紫外領域（波長：２００ｎｍ〜３５０ｎｍ）で発光する半導体発光素子の研究開発が各研究機関で精力的に進められている。
窒化物半導体はバルク単結晶としての製造が困難なために、窒化物半導体発光素子は、サファイア基板または炭化珪素基板などの異種基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により窒化物半導体層を結晶成長させることが行なわれている。
異種基板の中でも、サファイア基板は、エピタキシャル成長による結晶成長工程における高温アンモニア雰囲気中の安定性に優れているため、成長用基板として主に用いられている。しかしながら、サファイア基板は絶縁性基板であり、導通が取れないことからサファイア基板を挟むようにして、ｎ電極およびｐ電極を設けた構造の窒化物半導体発光素子とすることができない。
したがって、サファイア基板上に窒化物半導体層を結晶成長させることにより製造される窒化物半導体発光素子は、たとえばサファイア基板上にｎ型窒化ガリウム層および窒化物半導体発光素子構造をエピタキシャル成長により結晶成長させた後に、ｎ型窒化ガリウム層の表面が露出するまでエッチングし、ｎ型窒化ガリウム層の露出した表面上にｎ電極を形成することによって、同一の表面側にｎ電極とｐ電極を設ける構造を有するのが一般的である。
しかしながら、同一の表面側にｎ電極とｐ電極を設けた窒化物半導体発光素子の構造とした場合には、ｎ電極に近接したメサ部分に電流が集中しやすいことから、発光層に電流を均一に注入するのが難しく、発光層を均等に発光させるのが困難となる。また、同一の表面側で、ｐ電極とｎ電極の両方にワイヤボンディング用電極を形成する必要があることから、導電性基板上に窒化物半導体を結晶成長させた、ｐ電極またはｎ電極のいずれか一方にワイヤボンディング用電極を設ければ良い構造の窒化物半導体発光素子よりも有効発光面積が狭まってしまう。
このような問題を解決するため、サファイア基板上に窒化物半導体を結晶成長させた後にサファイア基板を剥離し、窒化物半導体を露出させ、窒化物半導体の露出表面上にｎ電極を形成することによって、窒化物半導体発光素子を製造する方法がある。この方法により、大面積の窒化物半導体発光素子を製造する場合には、一般的には以下の方法が採用されている。
たとえば特許文献１には、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）によりＧａＮバッファ層が分解して発生したＮ2ガスによる窒化物半導体のクラックを防止するために、レーザー光の照射前に予めＧａＮバッファ層に分離溝を形成しておく方法が開示されている。この方法によれば、レーザー光の照射によりＧａＮバッファ層が分解してＮ2ガスが発生したとしても、分離溝からＮ2ガスを排気することができるため、Ｎ2ガスによる窒化物半導体のクラックを防止することができるとされている（特許文献１の段落［０００８］および［０００９］等）。
また、たとえば特許文献２には、サファイア基板上に一又は二以上のＧａＮ層を形成した後にレーザースクライビング若しくは反応性イオンエッチングによりＧａＮ層の選択的除去を行なって溝を形成し、その後、ＧａＮ層に導電性基板を結合し、サファイア基板をＬＬＯによって除去する方法が開示されている（特許文献２の段落［００４０］等）。
また、たとえば特許文献３には、保持基板にガス放出溝を形成し、ガス放出溝が形成された保持基板の表面上にＧａＮ結晶層を成長させ、ＬＬＯにより保持基板を剥離する方法が開示されている（特許文献３の段落［００１０］、［００１１］、［００４４］および［００４５］等）。
しかしながら、上記の特許文献１〜３に記載の方法を窒化物半導体発光素子の製造に適用した場合には、ＬＬＯにおける光の照射によりＧａＮ層が分解することにより発生するガスを排気するためにレーザ光の１ショット間隔毎に溝を形成する必要がある。そのため、窒化物半導体発光素子の製造歩留まりが低下するとともに、レーザ光の１ショット当たりのサイズおよび溝の間隔によって窒化物半導体発光素子のサイズが制限されるため、窒化物半導体発光素子の大面積化の自由度が制限されるという問題があった。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、第１導電型窒化物半導体層と、発光層と、第２導電型窒化物半導体層とをこの順序で含む多層窒化物半導体層を含む窒化物半導体発光素子であって、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と、凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造を有している窒化物半導体発光素子を提供することができる。このような升目状の構造によって、多層窒化物半導体層の反り力を抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の繰り返し動作による接着不良の故障などを抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の信頼性向上が可能となる。
本発明の第２の態様によれば、成長用基板の第１の表面上にＡｌ（アルミニウム）を含有する窒化物半導体層を形成する工程と、Ａｌを含有する窒化物半導体層上に、第１導電型窒化物半導体層と、発光層と、第２導電型窒化物半導体層とがこの順序で配置された多層窒化物半導体層を形成する工程と、多層窒化物半導体層を支持基板の表面上に接合する工程と、支持基板の表面上に接合する工程の後に、成長用基板の第１の表面とは反対側の第２の表面側から成長用基板を薄型化する工程と、成長用基板の第２の表面側から光を照射し、光の少なくとも一部をＡｌを含有する窒化物半導体からなる層に吸収させることによって成長用基板を剥離する工程と、成長用基板を剥離する工程の後にエッチングする工程とを含み、成長用基板を剥離する工程においては、Ａｌを含有する窒化物半導体層および第１導電型窒化物半導体層の少なくとも一方の表面に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質が形成され、エッチングする工程においては、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質をマスクとして、第１導電型窒化物半導体層の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造が形成される窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。この場合には、ステップアンドリピート法などにより少なくともＡｌと酸素とを含有する物質を形成しながら光を照射していくことによって、従来のようにレーザ光の１ショット間隔毎に溝を形成しなくても光の照射領域と多層窒化物半導体層との境界面におけるクラックの発生を抑制することができ、大面積の成長用基板を剥離することができる。そして、成長用基板を剥離した後のエッチング工程においては、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質はエッチングに対するマスクとしての機能を有していることから、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と、凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造を形成することができる。このような升目状の構造によって、多層窒化物半導体層の反り力を抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の繰り返し動作による接着不良の故障などを抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の信頼性向上が可能となる。
本発明によれば、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の一例である実施の形態について説明する。なお、本明細書の図面において、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。
＜窒化物半導体発光素子の構成＞
図１に、実施の形態の窒化物半導体発光素子の模式的な断面図を示す。図１に示す実施の形態の窒化物半導体発光素子は、支持基板９と、支持基板９上に設けられた接合材料８と、接合材料８上に設けられたｐ側電極７と、ｐ側電極７上に設けられたｐ型窒化物半導体層５と、ｐ型窒化物半導体層５上に設けられた発光層４と、発光層４上に設けられたｎ型窒化物半導体層３と、ｎ型窒化物半導体層３上に設けられたｎ側電極１９とを備えている。ここで、ｐ側電極７上に配置された多層窒化物半導体層６は、ｎ型窒化物半導体層３と、発光層４と、ｐ型窒化物半導体層５とをこの順序で含んでいる。
図１に、実施の形態の窒化物半導体発光素子の模式的な断面図を示す。図１に示す実施の形態の窒化物半導体発光素子は、支持基板９と、支持基板９上に設けられた接合材料８と、接合材料８上に設けられたｐ側電極７と、ｐ側電極７上に設けられたｐ型窒化物半導体層５と、ｐ型窒化物半導体層５上に設けられた発光層４と、発光層４上に設けられたｎ型窒化物半導体層３と、ｎ型窒化物半導体層３上に設けられたｎ側電極１９とを備えている。ここで、ｐ側電極７上に配置された多層窒化物半導体層６は、ｎ型窒化物半導体層３と、発光層４と、ｐ型窒化物半導体層５とをこの順序で含んでいる。
図２に、実施の形態の窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層３の表面の一例の模式的な拡大平面図を示す。図２に示すように、実施の形態の窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層３の表面は、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を有している。すなわち、凸形状領域２１は、ｎ型窒化物半導体層３の表面から非凸形状領域２２よりも上方に突出した凸形状部分を有する領域であって、非凸形状領域２２を取り囲むようにして配置されている。そして、凸形状領域２１によって区画された非凸形状領域２２は、ｎ型窒化物半導体層３の表面に升目状の構造を形成している。この場合には、凸形状領域２１は、平面視において、凸形状領域２１が４方向から合流する１点である合流点２３を有する形状となる。
図３に、実施の形態の窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層３の表面の他の一例の模式的な拡大平面図を示す。図３に示すｎ型窒化物半導体層３の表面の他の一例においては、矩形状の隣り合う非凸形状領域２２が、行方向に揃っている場合には列方向にずれて配置されており、列方向に揃っている場合には行方向にずれて配置されていることを特徴としている。この場合には、凸形状領域２１は、平面視において、凸形状領域２１が３方向から合流する１点である合流点２３を有する形状となる。
図４に、実施の形態の窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層３の表面のさらに他の一例の模式的な拡大平面図を示す。図４に示すｎ型窒化物半導体層３の表面の他の一例においては、六角形状の隣り合う非凸形状領域２２が、行方向に揃っている場合には列方向にずれて配置されており、列方向に揃っている場合には行方向にずれて配置されていることを特徴としている。この場合にも、凸形状領域２１は、平面視において、凸形状領域２１が３方向から合流する１点である合流点２３を有する形状となる。
凸形状領域２１は、窒化物半導体発光素子の表面であるｎ型窒化物半導体層３の表面の全領域の面積の５％以上４０％以下を占めることが好ましい。凸形状領域２１が、窒化物半導体発光素子の表面であるｎ型窒化物半導体層３の表面の全領域の面積の５％以上４０％以下を占める場合には、凸形状領域２１と非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成したことによる大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができるという効果をより効果的に発現させることができるとともに、ｎ側電極１９をメッシュ状に形成した場合のｎ側電極１９の断線もより効果的に抑制することができる。
図５に、実施の形態の窒化物半導体発光素子の凸形状領域２１の凸形状部分の一例の模式的な拡大斜視断面図を示す。図５に示す凸形状領域２１の凸形状部分は、上面３１と、下面３２と、上面３１と下面３２との間の斜面３３とを有しており、凸形状領域２１の凸形状部分の断面形状は台形状となっている。凸形状領域２１の凸形状部分が斜面３３を有している場合には、凸形状領域２１の凸形状部分を跨ぐようにしてｎ側電極１９を形成した場合であっても、ｎ側電極１９における断線の発生を抑えることができる。
ここで、下面３２の幅Ｗ（凸形状領域２１の凸形状部分の伸長方向と直交する方向の長さ）は、５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。下面３２の幅Ｗが５μｍ以上１００μｍ以下である場合には、大面積の窒化物半導体発光素子をより安定して製造することができる。また、窒化物半導体発光素子の最表面にｎ型窒化物半導体層３が露出している場合は、ｎ側電極１９の形成面積を拡大させることができるため、ｎ側電極１９のコンタクト抵抗を抑制することができる。
また、凸形状領域２１の凸形状部分の高さＨは、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。上面３１と下面３２との間の高さＨが１０００ｎｍ以下である場合には、凸形状領域２１の凸形状部分を跨ぐようにしてｎ側電極１９を形成することができるとともに、ｎ側電極１９の形成などのプロセス工程における悪影響（レジスト塗布の不均一性やフォトリソグラフィ工程における不具合など）を抑制することができる。
図６に、実施の形態の窒化物半導体発光素子の凸形状領域２１の凸形状部分の他の一例の模式的な拡大斜視断面図を示す。実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、図６に示すように、凸形状部分の断面形状を三角形として、下面３２の幅方向の両端から斜面３３を斜め上方向に伸長させて下面３２の上方で接合した形状であってもよい。
なお、実施の形態の窒化物半導体発光素子の凸形状領域２１の凸形状部分は、図７の模式的な拡大斜視断面図に示すように、ある程度の凹凸を有する凸形状となっていてもよい。また、凸形状領域２１の凸形状部分は、正確に直線状ではなく、蛇行したり、幅に一定の揺らぎを有するように伸長してもよい。これらの場合も、実施の形態の窒化物半導体発光素子の効果が得られる範囲においては、許容される。
なお、凸形状領域２１の凸形状部分は完全に連続した状態で非凸形状領域２２を取り囲んでいることが好ましいが、実施の形態の窒化物半導体発光素子の効果が得られる範囲においては、凸形状部分の一部が不連続となっていることも許容される。
＜窒化物半導体発光素子の製造方法＞
以下、図面を参照して、実施の形態の窒化物半導体発光素子の製造方法の一例について説明する。
以下、図面を参照して、実施の形態の窒化物半導体発光素子の製造方法の一例について説明する。
（バッファ層の形成）
まず、図８の模式的断面図に示すように、成長用基板１の第１の表面１ａ上にＡｌを含有する窒化物半導体層であるバッファ層２を形成する。
まず、図８の模式的断面図に示すように、成長用基板１の第１の表面１ａ上にＡｌを含有する窒化物半導体層であるバッファ層２を形成する。
成長用基板１としては、成長用基板１の第１の表面１ａ上にＡｌを含有するバッファ層２を形成することができるものであれば特に限定されないが、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板を用いることが好ましい。サファイア（Ａｌ2Ｏ3）は、たとえば１５０ｎｍ〜１０００ｎｍにわたる広い波長領域の光に対して高い透過率を有していることから、成長用基板１の材料として好適である。
バッファ層２としては、たとえばＡｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ（０＜ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）の式で表わされる窒化物半導体を用いることができ、なかでもＡｌＮを用いることがより好ましい。バッファ層２としてＡｌＮを用いた場合には、後述する少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を後述するエッチング工程においてマスクとして効果的に機能させることができる。
バッファ層２の形成方法は、特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などの結晶成長法が用いられてもよく、スパッタリング法などの物理的気相成長法が用いられてもよい。バッファ層２は結晶質であってもよく、非晶質であってもよい。
（多層窒化物半導体層の形成）
次に、図９の模式的断面図に示すように、バッファ層２上に、ｎ型窒化物半導体層３と、発光層４と、ｐ型窒化物半導体層５とをこの順序で含む多層窒化物半導体層６を形成する。
次に、図９の模式的断面図に示すように、バッファ層２上に、ｎ型窒化物半導体層３と、発光層４と、ｐ型窒化物半導体層５とをこの順序で含む多層窒化物半導体層６を形成する。
ｎ型窒化物半導体層３としては、たとえばＡｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）の式で表わされる窒化物半導体にｎ型不純物をドープしたものを用いることができる。ｎ型不純物としては、たとえばシリコンなどを用いることができる。
発光層４としては、たとえばＡｌx3Ｉｎy3Ｇａz3Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされる窒化物半導体からなる量子井戸層を１つのみ含む単一量子井戸発光層（ＳＱＷ）を用いることができる。また、発光層４としては、たとえばＡｌx3Ｉｎy3Ｇａz3Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされる窒化物半導体からなる量子井戸層の複数と、当該量子井戸層の間に当該量子井戸層よりもバンドギャップの大きい、たとえばＡｌx4Ｉｎy4Ｇａz4Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、ｘ４＋ｙ４＋ｚ４≠０）の式で表わされる窒化物半導体からなる量子障壁層と、を含む多重量子井戸発光層（ＭＱＷ）を用いることもできる。なお、発光層４には、ｎ型不純物および／またはｐ型不純物がドープされていてもよい。発光層４にドープされるｎ型不純物としては、たとえばシリコンなどを用いることができ、ｐ型不純物としては、たとえばマグネシウムなどを用いることができる。
ｐ型窒化物半導体層５としては、たとえばＡｌx5Ｉｎy5Ｇａz5Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ５≦１、０≦ｚ５≦１、ｘ５＋ｙ５＋ｚ５≠０）の式で表わされる窒化物半導体にｐ型不純物をドープしたものを用いることができる。ｐ型不純物としては、たとえばマグネシウムなどを用いることができる。
特に、Ａｌ組成比が４０％以上である（０．４≦ｘ５≦１）場合には、ｎ型窒化物半導体層３およびｐ型窒化物半導体層５において、横方向への電流拡がりを著しく低減することがある。そこで、この場合には、たとえばｐ型窒化物半導体層５の内部または最表面などに横方向への電流拡がりを促進することができる構造を導入することが好ましい。たとえば、ｎ側電極１９の直下のｐ型窒化物半導体層５とｐ側電極７との間にＳｉＯ2などの絶縁物を有する構造とすることができる。ｎ側電極１９から注入された電子とｐ側電極７から注入されたホールとが最短距離で結合して横方向への電流拡がりがない場合には、ｎ側電極１９の直下での発光が支配的となり、その発光がｎ側電極１９に吸収されてしまう可能性がある。しかしながら、このような構造を導入することにより、横方向への電流拡がりを促進することができるため、ｎ側電極１９における光の吸収量を低減することができる。
ｎ型窒化物半導体層３、発光層４およびｐ型窒化物半導体層５の形成方法としては、たとえば、ＭＯＣＶＤ法などの結晶成長法を用いることができる。
多層窒化物半導体層６とバッファ層２との合計の厚さＴ１は３μｍ以上であることが好ましく、４μｍ以上であることがより好ましい。多層窒化物半導体層６とバッファ層２との合計の厚さＴ１が３μｍ以上である場合、特に４μｍ以上である場合には、後述する成長用基板１を剥離する工程において、光の照射によりバッファ層２が熱分解して成長用基板１と全部またはその一部が分解されたバッファ層２とが剥離される時に発生すると考えられる衝撃波の発光層４への悪影響を抑制することできる（多層窒化物半導体層６とバッファ層２との合計の厚さＴ１が薄い場合には、窒化物半導体が粉砕するおそれがある）。
多層窒化物半導体層６とバッファ層２との合計の厚さＴ１が３μｍ以上である場合には、成長用基板１と発光層４との間の距離Ｔ２は、Ｔ１＞Ｔ２の関係を維持しつつ、３μｍ以上であることがさらに好ましい。この場合には、後述する成長用基板１を剥離する工程において、光の照射によりバッファ層２が熱分解する箇所と、発光層４との間の距離Ｔ２が大きくなり、バッファ層２に光を照射する際に発生する熱の発光層４に対する影響も抑制することができる。
また、ｎ型窒化物半導体層３の厚さＴ３は、１μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることがより好ましい。ｎ型窒化物半導体層３の厚さＴ３が１μｍ以上である場合、特に２μｍ以上である場合には、後述するエッチング工程において、ｎ型窒化物半導体層３のエッチングの制御性を向上させることができる。
また、多層窒化物半導体層６とバッファ層２との合計の厚さＴ１は１０μｍ以下であることが好ましい。多層窒化物半導体層６とバッファ層２との合計の厚さＴ１が１０μｍ以下である場合には、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の形成時間および原料コストの増大を抑えることができる。
（ｐ型化プロセス）
その後、多層窒化物半導体層６の形成後のウエハ（実施の形態では、成長用基板１とバッファ層２と多層窒化物半導体層６との積層体）の熱処理を行なうことができる。これにより、ｐ型窒化物半導体層５中のＭｇなどのｐ型ドーパントを活性化させることができるため、ｐ型窒化物半導体層５にｐ型半導体としての機能を発現させることができる。
その後、多層窒化物半導体層６の形成後のウエハ（実施の形態では、成長用基板１とバッファ層２と多層窒化物半導体層６との積層体）の熱処理を行なうことができる。これにより、ｐ型窒化物半導体層５中のＭｇなどのｐ型ドーパントを活性化させることができるため、ｐ型窒化物半導体層５にｐ型半導体としての機能を発現させることができる。
多層窒化物半導体層６の形成後のウエハの熱処理条件は、特に限定されないが、たとえば、多層窒化物半導体層６の形成後のウエハを８００℃の酸素雰囲気下で１０分程度熱処理する条件などを挙げることができる。
（チップ化）
次に、多層窒化物半導体層６の形成後の成長用基板１を分割することによって、チップ化を行なう。１チップの表面の大きさおよび形状は、特に限定されず、たとえば、一辺が４ｍｍの正方形、一辺が５ｍｍの正方形、一辺が１０ｍｍの正方形、または、矩形などを挙げることができる。チップの表面を大面積化することによって、窒化物半導体発光素子の出力を高くすることができる。
次に、多層窒化物半導体層６の形成後の成長用基板１を分割することによって、チップ化を行なう。１チップの表面の大きさおよび形状は、特に限定されず、たとえば、一辺が４ｍｍの正方形、一辺が５ｍｍの正方形、一辺が１０ｍｍの正方形、または、矩形などを挙げることができる。チップの表面を大面積化することによって、窒化物半導体発光素子の出力を高くすることができる。
なお、チップ化は、この段階で行なわなくても良く、ウエハの状態で加工を進め、最終段階でチップ化を行なってもよい。この場合には、最終段階まで、複数チップを有するウエハを１枚の取り扱いでよく、スループットを上げることができる傾向にある。
（多層窒化物半導体層の接合）
次に、図１０の模式的断面図に示すように、多層窒化物半導体層６を支持基板９の表面上に接合する。
次に、図１０の模式的断面図に示すように、多層窒化物半導体層６を支持基板９の表面上に接合する。
多層窒化物半導体層６を支持基板９の表面上に接合する方法は特に限定されないが、たとえば多層窒化物半導体層６上に積層されたｐ側電極７と、支持基板９の表面上に設置された接合材料８とを接合することにより行なうことができる。
ｐ側電極７としては、ｐ型窒化物半導体層５と接触抵抗が低い材料を好適に用いることができ、たとえば、Ｐｄ層とＡｕ層との積層体、Ｎｉ層とＡｕ層との積層体、Ａｌ層、Ｎｉ層またはＰｔ層などを用いることができる。なかでも、ｎ側から光を取り出す構造において、発光層４からの発光をｐ側電極７でより高い反射率で反射させる観点からは、ｐ側電極７としてＡｌ層を用いることが好ましいが、Ｎｉ層およびＰｔ層も発光層４からの発光に対して比較的高い反射率を有しており、ｐ型窒化物半導体層５との接触抵抗も低くなる観点から好ましい。
ｐ側電極７の形成方法は特に限定されないが、たとえばＥＢ（Electron Beam）蒸着法などを用いることができる。
ｐ側電極７が形成されるｐ型窒化物半導体層５の表面は、ｐ側電極７の形成に先立って酸処理が行なわれていてもよく、酸処理は、たとえば、ｐ型窒化物半導体層５の表面をフッ酸に３分間浸漬した後に、水洗し、乾燥することにより行なうことができる。
ｐ側電極７の形成後には、ｐ側電極７の熱処理が行なわれてもよく、ｐ側電極７の熱処理は、たとえば、酸素雰囲気、窒素雰囲気または乾燥空気の雰囲気下で、約８００℃で約１０分間、ｐ側電極７を加熱することにより行なうことができる。
支持基板９としては、たとえば、Ｓｉ、ＳｉＣ若しくはＧａＡｓ等の半導体から成る半導体基板、または金属単体基板若しくは２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることができる。金属基板としては、たとえば、Ａｇ、Ｃｕ、ＡｕおよびＰｔ等の高導電性金属から選択された１種以上の金属と、Ｗ、Ｍｏ、ＣｒおよびＮｉ等の高硬度の金属から選択された１種以上の金属とからなるものを用いることができる。また、金属基板としては、たとえば、Ｃｕ−ＷまたはＣｕ−Ｍｏなどの複合体を用いることもできる。また、支持基板９としては、放熱性に優れたセラミックなどを用いることもできる。
接合材料８としては、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、Ｉｎ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕまたはＴｉ−Ｐｔ−Ｓｎ等を用いることが好ましい。接合材料８としてこれらの材料を用いた場合には、共晶反応により、ｐ側電極７と接合することが可能となる。なお、共晶反応により形成された共晶形成層は、ｐ側電極７との接合時に互いに拡散して共晶を形成する層である。
共晶形成層の組み合わせとしては、たとえば、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、またはＩｎ−Ｐｄの組み合わせなどが可能である。また、接合材料８を共晶反応によりｐ側電極７と接合する場合には、その接合温度は、たとえば１５０℃〜４００℃程度の範囲とすることができる。
接合材料８としては、Ａｇなどを含有する熱硬化型の導電性接着剤を使用することもできる。接合条件としては、たとえば、数百Ｎ〜数ｋＮ程度の加圧を行い、１５０℃〜４００℃程度に加熱し、真空若しくは窒素雰囲気中で、１５分程度保持する条件を挙げることができる。無加圧状態での接合を行う場合は、例えば、大気中で２００℃程度加熱し、６０分程度保持する条件を挙げることができる。材料の特性に合わせて、条件を選定する。
なお、上記においては、成長用基板１側から、バッファ層２、ｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５とし、ｐ型窒化物半導体層５上にｐ側電極７を形成し、支持基板９の表面上に設置された接合材料８とを接合する例を示したが、上下反転する構成とする事も可能である。具体的には、成長用基板１側から、バッファ層２、ｐ型窒化物半導体層５、発光層４、ｎ型窒化物半導体層３の順に積層し、ｎ型窒化物半導体層３上にｎ側電極を形成し、支持基板９の表面上に設置された接合材料８とを接合することも可能である。
（成長用基板の薄型化）
次に、図１１の模式的断面図に示すように、成長用基板１の第２の表面１ｂ側から成長用基板１を薄型化する。成長用基板１を薄型化する方法は特に限定されないが、たとえば成長用基板１の第２の表面１ｂを研削および／または研磨することにより行なうことができる。
次に、図１１の模式的断面図に示すように、成長用基板１の第２の表面１ｂ側から成長用基板１を薄型化する。成長用基板１を薄型化する方法は特に限定されないが、たとえば成長用基板１の第２の表面１ｂを研削および／または研磨することにより行なうことができる。
成長用基板１の薄型化により、成長用基板１の厚さｔ１は、１００μｍ以下とされることが好ましく、８０μｍ以下とされることがより好ましく、６０μｍ以下とされることが特に好ましい。
成長用基板１の厚さｔ１が１００μｍ以下である場合、より好ましくは８０μｍ以下である場合、特に６０μｍ以下である場合には、後述する成長用基板１を剥離する工程において、光の照射によりバッファ層２を熱分解して、成長用基板１と、その一部が分解したバッファ層２または多層窒化物半導体層６との間に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を形成することができる傾向にある。また、成長用基板１の剥離をより円滑に行なうことができる傾向にもある。
成長用基板１の薄型化により、成長用基板１の厚さｔ１は、２０μｍ以上とされることが好ましい。成長用基板１の薄型化により、成長用基板１の厚さｔ１が２０μｍ以上とされた場合には、成長用基板１が薄くなりすぎることによって、多層窒化物半導体層６に悪影響が及ぶ可能性が低くなる。
成長用基板１を薄型化した後には、成長用基板１の第２の表面１ｂを鏡面研磨することが好ましい。成長用基板１の第２の表面１ｂを鏡面とすることによって、後述する成長用基板１を剥離する工程において照射された光が、成長用基板１の第２の表面１ｂで散乱されないため、バッファ層２に均一に光を照射することが可能となるため、成長用基板１の均一な剥離が可能となる。
本明細書において、「鏡面」とは、従来から公知の鏡面研磨プロセスで実施可能な鏡面を意味する。
以下、成長用基板１を薄型化する方法の好ましい一例について説明する。まず、成長用基板１の第２の表面１ｂを研削することによって、成長用基板１の厚さを、たとえば１５０μｍ〜２００μｍ程度とする。次に、研削によって生じたスクラッチ傷を除去し、研削後の成長用基板１の第２の表面１ｂの鏡面性を向上させるため、たとえば４０μｍ〜１００μｍ程度の厚さになるまで研磨により薄くする。その後、ＣＭＰ（化学機械研磨）によって成長用基板１の厚さを、たとえば４０μｍ〜１００μｍ程度の厚さまで薄くする。ＣＭＰにより成長用基板１の第２の表面１ｂのスクラッチ傷を除去することができるため、後述する成長用基板１を剥離する工程において成長用基板１の第２の表面１ｂに光が照射された場合にも、光が散乱されず、バッファ層２に均一に照射することが可能となる。スクラッチ傷が多い場合には、照射された光が散乱することで、部分的に、成長用基板１が剥離しない領域が発生し、成長用基板１の剥離の歩留まりが低下するおそれがある。そこで、ＣＭＰにより成長用基板１の第２の表面１ｂのスクラッチ傷を除去することによって照射された光の散乱を抑制することができる。また、ＣＭＰによって、成長用基板１に形成されたスクラッチ傷がその一部が熱分解したバッファ層２、または、多層窒化物半導体層６に転写されるのを防ぐことができる。
また、バッファ層２に照射される光の均一性が低下した場合でも、成長用基板１を剥離することができる場合には、成長用基板１の第２の表面１ｂを粗面としてもよい。なお、成長用基板１の第２の表面１ｂが粗面であるとは、ＣＭＰを行なわずに、成長用基板１の第２の表面１ｂを研削および／または研磨した後の表面状態よりも粗い面を意味する。
（成長用基板の剥離）
次に、図１２の模式的断面図に示すように、成長用基板１の第２の表面１ｂ側から光１０を照射することによって、光１０の少なくとも一部をバッファ層２に吸収させ、成長用基板１を剥離する。
次に、図１２の模式的断面図に示すように、成長用基板１の第２の表面１ｂ側から光１０を照射することによって、光１０の少なくとも一部をバッファ層２に吸収させ、成長用基板１を剥離する。
成長用基板１の剥離においては、光１０の少なくとも一部をＡｌを含有する窒化物半導体からなるバッファ層２が吸収し、バッファ層２の少なくとも一部が熱分解して窒素ガスが生成する。この窒素ガスにより、衝撃波が発生し、衝撃波の力によって薄型化された成長用基板１が変形することで、成長用基板１と多層窒化物半導体層６との間に、たとえば図１３の模式的断面図に示すような空間１１が形成されるものと予想される。この空間１１の形成により、成長用基板１を剥離することができる。
光１０が照射された領域の中心領域においては空間１１が形成される一方で、光１０が照射された領域の周縁領域においては、図１３に示すように、成長用基板１とバッファ層２とが近接しているため、光１０をバッファ層２が吸収して熱分解することによって発生したＡｌおよび窒素が高密度で存在するものと考えられる。
さらに、成長用基板１として、たとえばサファイア基板などの酸素を含有する基板を用いた場合には、成長用基板１の熱分解により発生した酸素と、バッファ層２の熱分解により発生したＡｌおよび窒素などの物質とが反応して、当該領域には、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえば、Ａｌと酸素と窒素とを含有する物質）が形成されると考えられる。なお、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）に含まれる酸素は、酸素を含有する基板からなる成長用基板１の熱分解によるものに限定されず、たとえば大気中の酸素であってもよい。
ここで、光１０が照射された領域の中心領域から周縁領域にかけて、成長用基板１とバッファ層２との間の間隔が次第に狭くなっていくため、光１０が照射された領域の中心領域から周縁領域にかけて、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度が次第に高くなる酸素濃度勾配が形成される。なお、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、たとえば、光１０の照射によりバッファ層２の厚さ方向の一部のみが熱分解した場合にはバッファ層２の表面上に形成され、光１０の照射によりバッファ層２の厚さ方向のすべてが熱分解した場合にはｎ型窒化物半導体層３の表面上に形成され得る。
実施の形態においては、光１０が１回照射される毎にバッファ層２およびｎ型窒化物半導体層３の少なくとも一方の表面上に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を形成しながら成長用基板１を剥離することができる。この方法によれば、たとえば窒化物半導体発光素子の表面形状が一辺５００μｍ以上の正方形または矩形という大面積の場合であっても、また、同等の大面積を有する円形または楕円形であっても、成長用基板１を円滑に剥離することが可能となる。
図１４（ａ）に実施の形態における薄型化した成長用基板１を光１０の照射により剥離する工程の一例を図解する模式的な平面図を示し、図１４（ｂ）に図１４（ａ）に示される光１０の照射領域１２の幅方向の一例の模式的な断面図を示し、図１４（ｃ）に図１４（ａ）に示される光１０の照射領域１２の長さ方向の一例の模式的な断面図を示す。
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）に示すように、光１０の照射領域１２の中心領域４２においては、成長用基板１とバッファ層２との間の間隔が広くなっているが、周縁領域４１においては、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）の楕円で取り囲まれた部分からも明らかなように、成長用基板１とバッファ層２との間の間隔が狭くなっている。そのため、光１０の照射領域１２の周縁領域４１においては、光１０の照射に起因してバッファ層２の熱分解により発生したＡｌや窒素などの溜まりが発生すると考えられる。
また、光１０の照射によって、バッファ層２が瞬時に高い温度に到達するが、このときに、成長用基板１の熱分解も考えられる。そのため、成長用基板１がサファイア基板などの酸素を含有する基板である場合には、光１０の照射領域１２の周縁領域４１においては、大気中の酸素の影響の他に、成長用基板１の熱分解により発生する酸素の影響を受けて、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度が高くなる。これにより、光１０の照射領域１２の中心領域４２から周縁領域４１にかけて、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度が高くなる酸素濃度勾配が形成されるため、後述のエッチング工程により、凸形状部分を有する凸形状領域２１を容易に形成することができる。
このとき、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、たとえば、６０原子％以下の酸素濃度を含有する。たとえば、ある条件で、サファイア基板上のＡｌＮ層に波長１９３ｎｍのエキシマレーザ光を照射することによって生成したＡｌと酸素と窒素とを含有する物質を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により測定したときの測定値の一例として、光１０の照射領域１２の中心領域４２においてはＡｌと酸素と窒素とを含有する物質の酸素濃度は２０原子％であり、光１０の照射領域１２の中心領域４２から周縁領域４１にかけてＡｌと酸素と窒素とを含有する物質の酸素濃度が次第に高くなっていき、周縁領域４１におけるＡｌと酸素と窒素とを含有する物質の酸素濃度は４０原子％となる例が挙げられる。
なお、光１０の照射領域１２の周縁領域４１における少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度は、たとえば、フッ酸などの酸系エッチャントに１０分程度浸漬させるエッチングによって、５原子％以下にすることができる。なお、光１０の照射領域１２の中心領域４２における少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、たとえば、フッ酸などの酸系エッチャントに１０分程度浸漬させるエッチングによって、除去することができる。また、光１０の照射領域１２の周縁領域４１における少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）については、たとえば、リン酸系などの酸系エッチャントや水酸化カリウムなどのアルカリ系エッチャントを用いた処理により、除去することができる。これら溶液処理の組み合わせ等により、完全に除去することも可能である。
従来の特許文献１〜３に記載の方法においては、光の照射に起因する熱分解により発生した物質は、溝を通して円滑に外部に放出される。そのため、従来の特許文献１〜３に記載の方法においては、上述のような少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は形成されない。また、熱分解されるバッファ層がＧａＮであることから、熱分解によりＡｌが発生しないため、形成されない。
（光の照射）
図１５に、成長用基板１の第２の表面１ｂに対する光１０の照射方法の一例を図解する模式的な平面図を示す。図１５に示すように、光１０は、たとえば、成長用基板１の第２の表面１ｂにおいて、光１０の照射領域１２を矢印１３の方向に移動させながら照射される。
図１５に、成長用基板１の第２の表面１ｂに対する光１０の照射方法の一例を図解する模式的な平面図を示す。図１５に示すように、光１０は、たとえば、成長用基板１の第２の表面１ｂにおいて、光１０の照射領域１２を矢印１３の方向に移動させながら照射される。
図１５に示されるように、光１０の照射領域１２が互いに重複せず、光１０の照射領域１２が隣接するように光１０を照射することが好ましい。このように光１０を照射していった場合には、以下の現象が生じる。
まず、一番目の光１０の照射によって、一番目の光１０の照射領域１２（図１５の右上の照射領域１２）の矩形の４辺のうち上側の辺と右側の辺とが開放されるため、一番目の光１０の照射によりバッファ層２が熱分解することによって生成した窒素ガスは、当該照射領域１２の上側と右側とから外部に放出される。このように、円滑に放出されるのは、成長用基板を薄膜化することで、照射により円滑に空間形成されるためである。
次に、二番目の光１０の照射領域１２においては、一番目の光１０の照射領域１２によって既に空間が形成されている上側と、元々開放されている右側とから、二番目の光１０の照射によりバッファ層２が熱分解することによって生成した窒素ガスが、当該照射領域１２の上側と右側とから外部に放出される。
このように、一番右側の列における光１０の照射においては、バッファ層２が熱分解することによって生成した窒素ガスは、順次、光１０の照射領域１２毎に照射領域１２の上側と右側とから外部に放出されていく。
また、右から二番目の列における光１０の照射領域１２は、一番右側の列における光１０の照射によって右側が既に開放されているとともに、右から二番目の列における光１０の先の照射により上側も開放されている。そのため、右から二番目の列においても、窒素ガスは、照射領域１２の上側と右側とから外部に放出されていく。
このように、光１０を順次照射していくことによって、光１０の照射領域１２の上側と右側とから窒素ガスが外部に放出されるとともに、光１０の照射領域１２の下側と左側に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が形成されていく。
ここで、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状は、少なくとも一辺の長さが１００μｍ以上の矩形であることが好ましく、一辺の長さＷ１が１００μｍ以上の正方形であることがより好ましい。光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状がすべての辺の長さが１００μｍ以上の矩形である場合、特に一辺の長さＷ１が１００μｍ以上の正方形である場合には、大面積の成長用基板１を剥離するための光１０の照射回数を少なくすることができるため、窒化物半導体発光素子の製造効率を向上させることができる。
また、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状は、少なくとも一辺の長さが２０００μｍ以下の矩形であることが好ましく、一辺の長さＷ１が２０００μｍ以下の正方形であることが好ましい。光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状が、一辺の長さＷ１が２０００μｍ以下の正方形である場合には成長用基板１の剥離に必要な光１０のエネルギー密度を容易に得ることができる。
また、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状を六角形とする場合には、六角形の一辺の長さが５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状が、一辺の長さが５０μｍ以上の六角形である場合、特に一辺の長さが１００μｍ以上の六角形である場合には、大面積の成長用基板１を剥離するための光１０の照射回数を少なくすることができるため、窒化物半導体発光素子の製造効率を向上させることができる。
また、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状を六角形とする場合には、六角形の一辺の長さが２０００μｍ以下であることが好ましい。光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状が、一辺の長さＷ１が２０００μｍ以下の六角形である場合には成長用基板１の剥離に必要な光１０のエネルギー密度を容易に得ることができる。
具体的には、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の好ましい形状としては、たとえば、一辺の長さＷ１が５００μｍ程度の正方形、または一辺の長さ３００μｍ程度の六角形を挙げることができるが、これに特に限定されるものではない。
なお、光１０は、たとえば、図１５に示すように、成長用基板１の第２の表面１ｂの全面を隙間無く埋め尽くすように照射されてもよい。また、光１０の照射領域１２の少なくとも一部を重複させながら照射されてもよい。光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状をたとえば矩形または正方形とした場合には、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状を有効に利用することができる。
また、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状をたとえば円形とすることもできる。この場合に、成長用基板１の第２の表面１ｂの全面を隙間無く埋め尽くすように光１０を照射するためには、光１０の照射領域１２の少なくとも一部を重複させる必要がある。
光１０の照射領域１２を重複させず、一定の間隔をあけて照射することもできる。この場合には、光１０の照射領域１２の間隔は１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。
なお、本明細書において、「矩形」、「正方形」および「六角形」は、厳密に、「矩形」、「正方形」および「六角形」であることを意味しておらず、たとえばメタルマスクまたはフォトマスクなどによって整形可能な程度に変更されていてもよい。たとえば、「矩形」および「正方形」には、光の干渉などにより、４角の少なくとも１つの角が正確に直角ではなく、丸みを帯びているものも含まれる。また、「正方形」には、フォトマスクやメタルマスクが正方形であっても、光学系の調整により、一辺の長さが完全に同一にならないものなども含まれる。
図１６に、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状が正方形であるときの光１０の照射領域１２の配列の一例を図解する模式的な平面図を示す。図１６に示す例においては、光１０の正方形状の照射領域１２が、行方向および列方向のいずれにも揃い、成長用基板１の第２の表面１ｂの全面を隙間無く埋め尽くすようにして、光１０が照射される。この場合には、後述するエッチング工程を経ることにより、図２に示すような形状に、実施の形態の窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層３の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成することができる。
図１６に示す例においては、成長用基板１の第２の表面１ｂに光１０の照射を４回受ける箇所（４点集中箇所５１）が存在する。光１０の照射エネルギーが過剰な場合や光１０の照射エネルギーの揺らぎなどによる悪影響を受けて、歩留まりが低下するのを避ける観点からは、光１０の照射が重複する箇所においては、その重複回数が少ないことが好ましい。
図１７に、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状が正方形であるときの光１０の照射領域１２の配列の他の一例を図解する模式的な平面図を示す。図１７に示す例においては、光１０の照射領域１２が、行方向に揃っている場合には列方向にずれ、列方向に揃っている場合には行方向にずれて、成長用基板１の第２の表面１ｂの全面を隙間無く埋め尽くすようにして、光１０が照射される。この場合には、後述するエッチング工程を経ることにより、図３に示すような形状に、実施の形態の窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層３の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成することができる。
図１７に示す例においては、成長用基板１の第２の表面１ｂに光１０の照射を３回受ける箇所（３点集中箇所５２）を存在させることができる。図１７に示す例においては、３点集中箇所５２における光１０の照射の重複回数が最大となるため、図１６に示す例における４点集中箇所５１と比べて、光１０の照射の重複回数を少なくすることができ、光１０の照射ダメージに起因する悪影響を抑制できることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
図１８に、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状が六角形であるときの光１０の照射領域１２の配列の一例を図解する模式的な平面図を示す。図１８に示す例においては、光１０の照射領域１２が、行方向に揃っている場合には列方向にずれ、列方向に揃っている場合には行方向にずれて、成長用基板１の第２の表面１ｂの全面を隙間無く埋め尽くすようにして、光１０が照射される。この場合には、後述するエッチング工程を経ることにより、図４に示すような形状に、実施の形態の窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層３の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成することができる。
図１８に示す例においても、成長用基板１の第２の表面１ｂに光１０の照射を３回受ける箇所５２（３点集中箇所）を存在させることができ、３点集中箇所５２における光１０の照射の重複回数が最大となるため、図１６に示す例における４点集中箇所５１と比べて、光１０の照射の重複回数を少なくすることができ、光１０の照射ダメージに起因する悪影響を抑制できることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。また、照射領域１２の配置形状が対照となるため、光１０の照射による窒化物半導体への影響を均等に抑制することができることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
成長用基板１の第２の表面１ｂに照射される光１０の波長は、２００ｎｍ以下であることが好ましい。光１０の波長が２００ｎｍ以下である場合には、光１０が大気中の酸素を分解するため、バッファ層２の熱分解時に生成される少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）により多くの酸素を取り込むことができる。これにより、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を所望の形状に形成することができることから、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状領域２１と非凸形状領域２２とを所望の形状に形成することができる。また、光１０の波長が２００ｎｍ以下である場合には、成長用基板１がサファイア基板であるときに、光１０が成長用基板１を好適に透過し、Ａｌを含有する窒化物半導体からなるバッファ層２が光１０を効率的に吸収して熱分解する傾向にある。特に、バッファ層２に光１０をより効率的に吸収させて熱分解させる観点からは、バッファ層２はＡｌＮであることが好ましい。
光１０の照射条件の一例としては、光１０の光源としてＡｒＦエキシマレーザ装置を用い、光１０（波長１９３ｎｍ）の照射エネルギー密度は５００〜８０００ｍＪ／ｃｍ2程度を挙げることができる。照射エネルギーは、光１０の照射形状や、光学系など、装置により様々な可能性が考えられるが、たとえば、照射形状や光学系を変更する毎に、光照射実験を行い、バッファ層２と成長用基板１との剥離を確認することにより、決定することができる。
なお、成長用基板１の第２の表面１ｂをＣＭＰなどによって鏡面研磨した場合でも、成長用基板１の第２の表面１ｂには僅かなスクラッチ傷が残ることがある。たとえば図１９の模式的断面図に示すように、成長用基板１の第２の表面１ｂにスクラッチ傷１４が形成されている場合には、光１０の照射後に成長用基板１に反りが生じるため、成長用基板１と、光１０の照射により熱分解したバッファ層２または多層窒化物半導体層６との間に空間１１が形成されやすくなる。スクラッチ傷１４の深さは５０ｎｍ以下であって、スクラッチ傷１４の開口部の幅は２０μｍ以下であることが好ましい。この場合には、空間１１を容易に形成することができる。また、スクラッチ傷１４の深さは３０ｎｍ以下であって、スクラッチ傷１４の開口部の幅は１０μｍ以下であることがより好ましい。この場合には、光１０の照射による悪影響も少なく、また、成長用基板１の反りも生じるため、空間１１をより好適に形成することができる。
一方、ＣＭＰを行なわずに成長用基板１の第２の表面１ｂが研削および／または研磨されて、成長用基板１の第２の表面１ｂが粗面とされた場合には、成長用基板１の第２の表面１ｂに形成されるスクラッチ傷１４が多くなりすぎるため、成長用基板１の第２の表面１ｂに照射された光１０が散乱する結果、成長用基板１の均一な剥離が困難となる場合がある。
図２０（ａ）に成長用基板１の第２の表面１ｂに対する光１０の照射方法の他の一例を図解する模式的な平面図を示し、図２０（ｂ）に図２０（ａ）の模式的な側面図を示す。ここで、光１０の照射は、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示すように、多層窒化物半導体層６の周縁から光１０の照射領域１２がはみ出るように矢印１３の方向に移動させながら行なうことが好ましい。また、光１０の照射領域１２の一辺の長さＷ１を３００μｍとしたときの多層窒化物半導体層６の周縁からのはみ出し幅Ｗ２が６０μｍ以上となることがより好ましい。さらに、光１０の照射領域１２の一辺の長さをＷ１と、はみ出し幅Ｗ２とが、（（Ｗ１）／５）≦Ｗ２≦（（Ｗ１）／２）の関係を満たすことがさらに好ましい。Ｗ１とＷ２とが上記の関係を満たす場合には、光１０の照射領域１２と、多層窒化物半導体層６との重複領域を十分に確保しつつ、成長用基板１を効率的に剥離することができる。また、光１０の照射領域１２と多層窒化物半導体層６との重複領域の端部においては、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の一端が開放されているため、熱分解により発生する窒素ガスを効果的に外部に逃がすことができる。なお、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の一端が開放されている領域には、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は形成されないが、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の一端の開放は、成長用基板１を剥離する観点からは有効である。
特に、図２１の模式的平面図に示すように、光１０の照射領域１２を矢印１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの方向に移動させながら光１０を照射（ステップアンドリピート法）することが好ましく、照射領域１２の一辺の長さＷ１と、照射領域１２の多層窒化物半導体層６の周縁からのはみ出し幅Ｗ２とが（（Ｗ１）／５）≦Ｗ２≦（（Ｗ１）／２）の関係を満たすようにステップアンドリピート法により光１０を照射することがより好ましい。この場合にも、光１０の照射領域１２と多層窒化物半導体層６との重複領域の端部においては、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の一端が開放されているため、熱分解により発生する窒素ガスを効果的に外部に逃がすことができる。
（保護膜の設置）
また、図２２の模式的断面図に示すように、少なくとも、成長用基板１、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の側壁を覆うようにＳｉＯ2などの保護膜１５を設けることが好ましい。図２３の模式的断面図に示すように、成長用基板１、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の側壁に接合材料８が付着している場合には、成長用基板１の円滑な剥離が阻害される場合がある。しかしながら、図２２に示すように、保護膜１５を設けることによって、たとえば図２４の模式的断面図に示すように、成長用基板１、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の側壁への接合材料８の付着を防止することができる。
また、図２２の模式的断面図に示すように、少なくとも、成長用基板１、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の側壁を覆うようにＳｉＯ2などの保護膜１５を設けることが好ましい。図２３の模式的断面図に示すように、成長用基板１、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の側壁に接合材料８が付着している場合には、成長用基板１の円滑な剥離が阻害される場合がある。しかしながら、図２２に示すように、保護膜１５を設けることによって、たとえば図２４の模式的断面図に示すように、成長用基板１、バッファ層２および多層窒化物半導体層６の側壁への接合材料８の付着を防止することができる。
その後、図２５の模式的断面図に示すように保護膜１５を除去した後に、図２６の模式的断面図に示すように、端部は、バッファ層２および／または多層窒化物半導体層６の一端が開放されているため、熱分解により発生するＡｌおよび窒素ガスを効果的に外部に逃がすことができる。したがって、上述の光１０の照射により、成長用基板１を円滑に剥離することができる。保護膜１５をＳｉＯ2とした場合は、フッ酸により除去できる。
なお、保護膜１５を形成しない場合であっても、成長用基板１の周縁において、バッファ層２および／または多層窒化物半導体層６の一端が開放されていればよい。接合材料８を調整することによって上記の開放を実現することもできるが、保護膜１５を用いることによって、歩留まり良く、上記の開放の構成をより容易に実現することができる。
また、素子を複数枚有するサンプルを支持基板に貼り付けた後、スクライブにより分割することによって、バッファ層２および／または多層窒化物半導体層６の一端を開放することも可能である。
（エッチング工程）
上記のようにして、成長用基板１を剥離した後には、その一部が熱分解したバッファ層２上、若しくは、バッファ層２の全部が熱分解した場合には多層窒化物半導体層６のｎ型窒化物半導体層３上に、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が付着している。この少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度は、その一例として、図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示す分布を有している。なお、ここでの少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、自然酸化膜とは異なる。
上記のようにして、成長用基板１を剥離した後には、その一部が熱分解したバッファ層２上、若しくは、バッファ層２の全部が熱分解した場合には多層窒化物半導体層６のｎ型窒化物半導体層３上に、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が付着している。この少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度は、その一例として、図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示す分布を有している。なお、ここでの少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、自然酸化膜とは異なる。
すなわち、図２７（ａ）に示される光１０の照射領域１２の中心領域４２に対応する箇所に形成された少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度は、図２７（ｂ）に示される光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の周縁領域４１に対応する箇所に形成された少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度よりも低くなっている。
そして、フッ酸などの酸系エッチャント処理を施すことによって光１０の照射領域１２の中心領域４２に形成された少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は除去され、バッファ層２、若しくは多層窒化物半導体層６のｎ型窒化物半導体層３が最表面に現れる。一方、光１０の照射領域１２の周縁領域４１には、凸形状領域２１の形成用として極微量の酸素を含有する少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を残留させることができる。少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、たとえば酸系のエッチング溶液で除去することができる。上述のように、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、酸素濃度勾配を有しているため、光１０の照射領域１２の周縁領域４１にのみ残留させることができる。そして、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、後述するエッチング工程によりマスクとして機能するため、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成することができる。少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素含有率が高い場合には、たとえば、ＮＨ4ＦとＨＦとＨ2Ｏとの混合水溶液、またはＨＦとＨ2Ｏとの混合水溶液を用いたエッチャント処理が有効である。また、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質がさらに窒素を含む場合には、たとえば、リン酸、リン酸と硝酸との混合溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ溶液、またはこれらの処理を複数組み合わせた処理が有効である。
ｎ型窒化物半導体層３の表面を露出させる方法は特に限定されないが、たとえば、ドライエッチングまたはウエットエッチングなどでｎ型窒化物半導体層３の表面の一部までを除去する方法などが挙げられる。また、たとえば研削および／または研磨によってｎ型窒化物半導体層３の表面の一部までを除去することもできる。少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）やＩＣＰ（Inductively coupled plasma）などのドライエッチングに対して、マスクとしての役割を果たす。また、アルカリ系のウエットエッチングにおいても、アルカリ系溶液の温度、濃度およびｐＨなどの条件に応じて、マスクとしての役割を果たす。
上述のエッチング工程によって、たとえば図５〜図７に示されるような斜面を有する凸形状部分を形成することができ、たとえば図２〜図４に示されるような凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた非凸形状領域２２とを含む升目状の構造が形成される。
（ｎ側電極の形成）
ｎ側電極１９としては、たとえば、Ａｌ、Ｔｉ、ＭｏおよびＡｕからなる群から選択された少なくとも１種の金属を蒸着法などによって積層したものなどを用いることができる。ｎ側電極１９は、たとえば、ｎ型窒化物半導体層３の表面の少なくとも一部に形成することができ、ｎ型窒化物半導体層３の全面に形成されていてもよく、光取り出しを向上させる観点から、メッシュ形状などに形成されていてもよい。
ｎ側電極１９としては、たとえば、Ａｌ、Ｔｉ、ＭｏおよびＡｕからなる群から選択された少なくとも１種の金属を蒸着法などによって積層したものなどを用いることができる。ｎ側電極１９は、たとえば、ｎ型窒化物半導体層３の表面の少なくとも一部に形成することができ、ｎ型窒化物半導体層３の全面に形成されていてもよく、光取り出しを向上させる観点から、メッシュ形状などに形成されていてもよい。
また、ｎ型窒化物半導体層３の表面を露出させるエッチング工程において、たとえばドライエッチングまたはウエットエッチングを用いた場合には、エッチングによるダメージを除去するため、熱処理を行なうこともできる。このような熱処理は、たとえば、窒素雰囲気で、４００℃で５分間、加熱することにより行なうことができる。
上述のようにして製造された実施の形態の窒化物半導体発光素子のｐ側電極７とｎ側電極１９との間に電流を流すことによって発光層４から発光する光の波長（発光波長）は３２０ｎｍ未満であることが好ましく、３００ｎｍ以下であることがより好ましい。窒化物半導体発光素子の発光波長が３２０ｎｍ未満である場合、特に３００ｎｍ以下である場合には、窒化物半導体発光素子のｎ型窒化物半導体層３のＡｌ組成比を２５原子％以上と高いものとすることができる。このような高いＡｌ組成比のｎ型窒化物半導体層３を含有する窒化物半導体発光素子において、従来のようにレーザ光の１ショット間隔毎に溝を形成しなくても光の照射領域と多層窒化物半導体層６との境界面におけるクラックの発生を抑制することができ、大面積の成長用基板１を剥離することができる効果をより顕著に発現させることができるため好ましい。
＜作用効果＞
上述のように、実施の形態においては、光１０の１回の照射毎にＡｌを含有するバッファ層２およびｎ型窒化物半導体層３の少なくとも一方の表面に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が形成される。そして、ステップアンドリピート法などにより少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を形成しながら光１０を照射していくことによって、従来のようにレーザ光の１ショット間隔毎に溝を形成しなくても光１０の照射領域１２と多層窒化物半導体層６との境界面におけるクラックの発生を抑制することができ、大面積の成長用基板１を剥離することができる。これは、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が、光１０の照射によってバッファ層２が熱分解することにより発生する衝撃波が面内方向に悪影響を及ぼすのを抑制しているためと推測される。
上述のように、実施の形態においては、光１０の１回の照射毎にＡｌを含有するバッファ層２およびｎ型窒化物半導体層３の少なくとも一方の表面に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が形成される。そして、ステップアンドリピート法などにより少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を形成しながら光１０を照射していくことによって、従来のようにレーザ光の１ショット間隔毎に溝を形成しなくても光１０の照射領域１２と多層窒化物半導体層６との境界面におけるクラックの発生を抑制することができ、大面積の成長用基板１を剥離することができる。これは、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が、光１０の照射によってバッファ層２が熱分解することにより発生する衝撃波が面内方向に悪影響を及ぼすのを抑制しているためと推測される。
そして、成長用基板１を剥離した後のエッチング工程においては、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）はエッチングに対するマスクとしての機能を有していることから、上述のように、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成することができる。このような升目状の構造によって、多層窒化物半導体層６の反り力を抑制することができる。成長用基板１の剥離後の多層窒化物半導体層６は、結晶成長の昇降温時の熱膨張係数の違いなどによって大きな反り力を内包している。多層窒化物半導体層６の反り力を接合材料８を介して支持基板９に接合することによって押さえ込み、平坦にしている。また、成長用基板１の剥離前においては、多層窒化物半導体層６の反り力は成長用基板１でも押さえ込まれているが、成長用基板１を剥離することによって、多層窒化物半導体層６の反り力を押さえ込む力が低減する。しかしながら、窒化物半導体発光素子の表面に凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成することによって、理由は不明であるが、多層窒化物半導体層６の反り力を抑えることができる。多層窒化物半導体層６の反り力は、接合材料８を介した支持基板９への接合から剥れようとする力であり、窒化物半導体発光素子の表面に上記の升目状の構造を設けることによって多層窒化物半導体層６の反り力を抑えることができるため、窒化物半導体発光素子の信頼性の低下要因と考えられる、接合材料８による接着不良の故障などを抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の信頼性向上が可能となる。
以上の理由により、実施の形態においては、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
＜実験例１＞
まず、図２８の模式的断面図に示すように、市販されている厚さ３５０μｍの両面研磨を施したサファイア基板１０１上に、厚さ約５μｍのノンドープＡｌＮバッファ層１０２、厚さ約２μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３、ノンドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ量子井戸層とノンドープＡｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ障壁層とが交互に５ペア積層されてなる発光層１０４、および厚さ約１５ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎキャリアバリア層と厚さ約１０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層と厚さ約２０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層とがこの順序で積層されたｐ型窒化物半導体層１０５をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。ここで、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３、発光層１０４、およびｐ型窒化物半導体層１０５の積層体から多層窒化物半導体層６は構成された。
まず、図２８の模式的断面図に示すように、市販されている厚さ３５０μｍの両面研磨を施したサファイア基板１０１上に、厚さ約５μｍのノンドープＡｌＮバッファ層１０２、厚さ約２μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３、ノンドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ｎ量子井戸層とノンドープＡｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ障壁層とが交互に５ペア積層されてなる発光層１０４、および厚さ約１５ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎキャリアバリア層と厚さ約１０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層と厚さ約２０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層とがこの順序で積層されたｐ型窒化物半導体層１０５をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。ここで、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３、発光層１０４、およびｐ型窒化物半導体層１０５の積層体から多層窒化物半導体層６は構成された。
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層の積層後のウエハを酸素雰囲気下で８００℃で１０分程度熱処理した。これにより、ｐ型窒化物半導体層（ｐ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎキャリアバリア層、ｐ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層）中のｐ型ドーパントであるＭｇを活性化させて、ｐ型の半導体としての機能を発現させた。
次に、レーザスクライブ法を用いて、ウエハから、一辺が８ｍｍの正方形状にチップを切り出した。また、一辺が１５ｍｍの正方形状の表面を有し、厚さ１．０ｍｍのタングステン板を用意し、有機洗浄を行なった。
次に、上記のようにして作製したチップおよびタングステン板を窒素雰囲気中に１２０℃程度の温度で保持して、１０分程度のベーキングを行なった。
次に、ＥＢ蒸着装置により、上記のベーキング後のチップのｐ型ＧａＮコンタクト層の表面上に、Ｎｉを厚さ２０ｎｍで、Ａｕを厚さ５０ｎｍで蒸着することによって、ｐ側電極１０７を形成した。その後、ｐ側電極１０７の形成後のチップを５００℃の窒素雰囲気で、１０分程度放置し、電極アロイを実施した。
次に、図２８に示すように、厚さ１００μｍ程度の熱硬化型の導電性接着剤１０８を用いて、チップの多層窒化物半導体層６上に形成したｐ側電極１０７とタングステン基板からなる支持基板１０９とを接合した。ｐ側電極１０７と支持基板１０９とを接合する際、導電性接着剤１０８のはみ出しの無いように貼り付けを行なった。
次に、図２９の模式的断面図に示すように、サファイア基板１０１の多層窒化物半導体層１０６の積層側の第１の表面１０１ａとは反対側の第２の表面１０１ｂを研削することによって、サファイア基板１０１を５０μｍ程度の厚さまで薄くした。その後、サファイア基板１０１の第２の表面１０１ｂに研削により生じたスクラッチ傷を除去し、研磨することによって、研削後の荒れた第２の表面１０１ｂの鏡面性を向上させた。
次に、図２１に示すステップアンドリピート法で、図２１の矢印１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの方向にレーザ光である光１０を照射していくことによって、サファイア基板１０１の第２の表面１０１ｂの全面に光１０を照射した。このとき、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状は、メタルマスクを用いて、一辺の長さＷ１が５００μｍの正方形に整形した形状であった。光１０の隣り合う照射領域１２の重なりは無く、照射領域１２の多層窒化物半導体層６の周縁からのはみ出し幅Ｗ２は１００μｍであった。
以上の条件により、サファイア基板１０１の剥離の有無についての実験を行なった。その結果、光１０の１回の照射当たりの照射エネルギー密度が１５００ｍＪ／ｃｍ2以上５０００ｍＪ／ｃｍ2以下の範囲である場合に、サファイア基板１０１の剥離が確認された。
図３０の模式的平面図に、サファイア基板１０１の剥離後のチップの表面の光学顕微鏡による表面観察像を示す。図３０に示すように、チップの表面には、光１０の照射に起因して形成された凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた凹状の非凸形状領域２２とを含む升目状の構造が形成されていることが観察された。このような升目状の構造を形成しながら、サファイア基板１０１を剥離することによって、大面積のサファイア基板１０１を用いた場合であっても、光１０の照射領域１２と多層窒化物半導体層６との境界面にクラックを発生させることなく、サファイア基板１０１を剥離できることを見い出した。
なお、サファイア基板１０１を剥離する前の状態で、ｐ型ＧａＮコンタクト層側からＸ線を入射することにより得られたＸ線回折スペクトルと、サファイア基板１０１の剥離後にＡｌＮバッファ層１０２側からＸ線を入射することにより得られたＸ線回折スペクトルの２θ／ωの結果は、ほぼ同等であった。
したがって、上記の方法により、大幅な結晶劣化を引き起こすことなく、大面積のサファイア基板１０１を剥離できることが確認された。また、上記の方法により、最大で直径２インチのサファイア基板１０１の剥離を確認することができた。
＜実験例２＞
実験例１と同一の方法および同一の条件でチップを作製し、チップからサファイア基板１０１を剥離した。そして、サファイア基板１０１の剥離後のチップの表面における凸形状領域２１を構成する凸形状部分の組成分析を行なった。その結果を図３１に示す。
実験例１と同一の方法および同一の条件でチップを作製し、チップからサファイア基板１０１を剥離した。そして、サファイア基板１０１の剥離後のチップの表面における凸形状領域２１を構成する凸形状部分の組成分析を行なった。その結果を図３１に示す。
図３１に、チップの表面の凸形状領域２１を構成する凸形状部分を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により測定した組成分析の結果を示す。図３１に示す結果に基づき、変換ソフトにより、当該凸形状部分を構成する元素の原子数比（原子％）を算出したところ、光１０の照射領域１２の周縁領域においては、Ａｌが２７．５原子％、酸素が４２．６原子％、および窒素が２９．８原子％であった。一方、光１０の照射領域１２の中心領域においては、Ａｌが４１．９原子％、酸素が２３．４原子％、および窒素が３４．５原子％であった。したがって、光１０の照射領域１２の中心領域から周縁領域にかけて、チップの表面の凸形状領域２１を構成する凸形状部分の酸素濃度が高くなる酸素濃度勾配が形成されることが確認された。
すなわち、サファイア基板１０１を研磨した後に、サファイア基板１０１の第２の表面１０１ｂからレーザ光を照射することによって剥離したサファイア基板１０１は、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）に示される形状になる。その結果、光１０の照射領域１２の周縁領域においては、光１０の照射領域１２の中心領域と比較して、サファイア基板１０１とＡｌＮバッファ層１０２との間の間隔が狭いため、ＡｌＮバッファ層１０２がレーザ光を吸収して発熱してその一部が熱分解する際に、サファイア基板１０１の一部も熱分解して、多量の酸素が供給され、当該凸形状部分における酸素濃度が高くなったものと考えられる。その一方、光１０の照射領域１２の中心領域においては、主に大気中の酸素が当該凸形状部分に取り込まれたものと考えられる。
なお、比較のために、同一条件下で、サファイア基板１０１上にＡｌＮを成長したサンプルや、ＧａＮ基板などについてもＳＥＭ−ＥＤＸによる上記の組成分析を行なったが、酸素を検出することができなかった。よって、実験例２で検出された酸素を有する凸形状部分は、自然酸化膜ではないと判断できる。
＜実験例３＞
実験例１と同一の方法および同一の条件でチップを作製し、チップからサファイア基板１０１を剥離した。そして、サファイア基板１０１の剥離後のチップの表面における凸形状領域２１を構成する凸形状部分の酸処理と、エッチングに対するマスクとしての適応性についての検討を行なった。
実験例１と同一の方法および同一の条件でチップを作製し、チップからサファイア基板１０１を剥離した。そして、サファイア基板１０１の剥離後のチップの表面における凸形状領域２１を構成する凸形状部分の酸処理と、エッチングに対するマスクとしての適応性についての検討を行なった。
図３２に、チップを常温で、１０分程度フッ酸に浸漬させた後の、光１０の照射領域１２の中心領域のＳＥＭ−ＥＤＸにより測定した組成分析の結果を示す。図３２に示すように、光１０の照射領域１２の中心領域には、酸素がほとんど存在しないことが確認された。この結果から、図３０に示される光１０の照射領域１２の中心領域に形成された凸形状部分は、フッ酸処理によってほとんど除去できることがわかる。
一方、光１０の照射領域１２の周縁領域についても同様にＳＥＭ−ＥＤＸの組成分析を行なったところ、数原子％以下の酸素が検出された。そして、フッ酸処理後のチップの表面に対して、たとえば塩素系のドライエッチングを行なった場合には、光１０の照射領域１２の周縁領域に残った微量の酸素を含有する凸形状部分が、エッチング初期の段階でマスクとして働くために、図２に示すような凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた凹状の非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成することができた。このようにして形成された升目状の構造の凸形状領域２１の凸形状部分の一例として、高さ４００ｎｍ程度で、横幅が４０μｍ程度の断面形状が三角形のものが形成された。
また、同様に、アルカリ系エッチャントとして、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの２．３８重量％水溶液（現像液「ＮＭＤ−３」）に、上記のフッ酸処理後のチップを５０℃程度で、数分間浸し、エッチングを試みたところ、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた凹状の非凸形状領域２２とを含む升目状の構造を形成できることが確認された。
＜実験例４＞
実験例１と同様にして、ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面上にｐ側電極を形成し、電極アロイを実施した。
実験例１と同様にして、ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面上にｐ側電極を形成し、電極アロイを実施した。
次に、図２８に示すように、厚さ１００μｍ程度の熱硬化型の導電性接着剤１０８を用いて、チップの多層窒化物半導体層１０６上に形成したｐ側電極１０７とＡｌ基板からなる支持基板１０９とを接合した。ｐ側電極１０７と支持基板１０９とを接合する際、導電性接着剤１０８のはみ出しの無いように貼り付けを行なった。
次に、図２９に示すように、サファイア基板１０１の多層窒化物半導体層１０６の積層側の第１の表面１０１ａとは反対側の第２の表面１０１ｂを研削することによって、サファイア基板１０１を６０μｍ程度の厚さまで薄くした。その後、サファイア基板１０１の第２の表面１０１ｂに研削により生じたスクラッチ傷を除去し、研磨することによって、５５μｍ程度の厚さまで薄くし、研削後の荒れた第２の表面１０１ｂの鏡面性を向上させた。
次に、図２１に示すステップアンドリピート法で、図２１の矢印１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの方向にレーザ光である光１０を照射していくことによって、サファイア基板１０１の第２の表面１０１ｂの全面に光１０を照射した。このとき、光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状は、メタルマスクを用いて、一辺の長さＷ１が５００μｍの正方形に整形した形状であった。光１０の隣り合う照射領域１２の重なりは無く、照射領域１２の多層窒化物半導体層６の周縁からのはみ出し幅Ｗ２は１００μｍであった。
以上の条件により、サファイア基板１０１の剥離の有無についての実験を行なった。その結果、光１０の１回の照射当たりの照射エネルギー密度が１５００ｍＪ／ｃｍ2以上５０００ｍＪ／ｃｍ2以下の範囲である場合に、サファイア基板１０１の剥離が確認された。
上記の方法により、光１０として、サファイア基板１０１の剥離が確認できる照射エネルギー密度以上の過剰な照射エネルギー密度を有するレーザ光を照射したところ、一部のチップの表面で図３３に示すような、窒化物半導体の削れ１２３の状態が見られた。この窒化物半導体の削れ１２３は、主に、隣接する照射領域１２の接点に良く見られる現象であることが判明した。その原因としては、窒化物半導体の削れ１２３が発生した箇所は、その付近にレーザ光の照射を４回受けることとなるため、その時の衝撃波や発熱などの影響を受けて、窒化物半導体の削れ１２３が発生する場合があると考えられる。
そこで、レーザ光の照射方法を、図１７に示す方法に変更した。この場合には、１箇所に照射されるレーザ光の照射回数を３回に減らすことができるため、上記と同様の照射エネルギー密度でレーザ光の照射を行なった場合には、窒化物半導体の削れ１２３は発見されなかった。このようなレーザ光の照射方法を用いることによって、エキシマレーザ光のエネルギー揺らぎの許容範囲を広くすることができ、窒化物半導体発光素子の歩留まりの低下を抑制することができることが確認された。
＜実験例５＞
実験例５においては、光１０の１回の照射当たりの形状を図１８に示すような六角形の形状とし、実験例４と同様の実験を行なったところ、実験例４と同様の結果が得られた。この場合にも、１箇所に照射されるレーザ光の照射回数を３回に減らすことができるため上記と同様の照射エネルギー密度でレーザ光の照射を行なった場合には、窒化物半導体の削れ１２３は発見されなかった。このようなレーザ光の照射方法を用いることによって、エキシマレーザ光のエネルギー揺らぎの許容範囲を広くすることができ、窒化物半導体発光素子の歩留まりの低下を抑制することができることが確認された。
実験例５においては、光１０の１回の照射当たりの形状を図１８に示すような六角形の形状とし、実験例４と同様の実験を行なったところ、実験例４と同様の結果が得られた。この場合にも、１箇所に照射されるレーザ光の照射回数を３回に減らすことができるため上記と同様の照射エネルギー密度でレーザ光の照射を行なった場合には、窒化物半導体の削れ１２３は発見されなかった。このようなレーザ光の照射方法を用いることによって、エキシマレーザ光のエネルギー揺らぎの許容範囲を広くすることができ、窒化物半導体発光素子の歩留まりの低下を抑制することができることが確認された。
＜実験例６＞
実験例４でサファイア基板１０１の剥離を行なったチップをフッ酸に１０分間浸漬させ、その後、純水にて１０分間洗浄を行なった。このときのチップの表面の大きさおよび形状は、一辺が３ｍｍの正方形であった。
実験例４でサファイア基板１０１の剥離を行なったチップをフッ酸に１０分間浸漬させ、その後、純水にて１０分間洗浄を行なった。このときのチップの表面の大きさおよび形状は、一辺が３ｍｍの正方形であった。
次に、既存のＲＩＥ法により、厚さ約５μｍのノンドープＡｌＮバッファ層１０２と、厚さ約２μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３のうち５００ｎｍ弱程度の厚さのエッチングを行なうことによって、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３の頭出しを行なった。
次に、エッチング後のチップの表面には、図３４の模式的平面図に示すように、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた凹状の非凸形状領域２２とを含む升目状の構造が形成された。
次に、図３５の模式的断面図に示すように、凸形状領域２１の凸形状部分が上方に開放されるようにして、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３の非凸形状領域２２の表面上にＴｉ／Ａｌのメッシュ電極からなるｎ側電極１１９を形成する。そして、窒素雰囲気で、４００℃で５分間、ｎ側電極１１９を加熱することにより、電極アロイを行なう。これにより、実験例６の窒化物半導体発光素子を作製した。
比較例として、サファイア基板１０１の剥離を行なったチップをフッ酸に１０分間、リン酸に１０分間、水酸化カリウム水溶液に２分間浸漬させることにより処理を行なったこと以外は実験例６と同様にして比較例の窒化物半導体発光素子を作製した。比較例の窒化物半導体発光素子においては、エッチングに対するマスクとなる少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が除去されていたため、升目状の構造は出現しなかった。
実験例６と比較例の窒化物半導体発光素子の電流光出力特性を比較した結果、同一の電流注入条件において、実験例６の窒化物半導体発光素子は、比較例の窒化物半導体発光素子と比べて、光出力が１．２倍高くなる結果となった。これは、実験例６の窒化物半導体発光素子の表面には、比較例の窒化物半導体発光素子の表面には形成されていない、凸形状部分を有する凸形状領域２１と、凸形状領域２１に取り囲まれた凹形状の非凸形状領域２２とを含む升目状の構造が形成されているため、光取り出し効率が向上したことによるものと考えられる。
また、実験例６の窒化物半導体発光素子の発光層１０４から発光して、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３の表面の凸形状領域２１の凸形状部分を通過する光は、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３からＡｌＮバッファ層１０２を介して空気を通ることになるため、屈折率変化が段階的となる。したがって、ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層１０３から直接空気に光が放出される比較例の場合と比べて界面での反射の影響が抑制され、光を効率的に取り出すことができる考えられる。
＜実験例７＞
光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状およびサイズを、一辺が２００μｍの正方形としたこと以外は実験例６と同様にして、実験例７の窒化物半導体発光素子を作製した。そして、実験例６と同様にして、実験例７の窒化物半導体発光素子の電流光出力特性を測定した。その結果、実験例７においても、実験例６と同様の結果が得られた。また光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状およびサイズを、一辺が５００μｍの正方形から一辺が２００μｍの正方形まで変化させたが、実験例６と同様の結果が得られた。
光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状およびサイズを、一辺が２００μｍの正方形としたこと以外は実験例６と同様にして、実験例７の窒化物半導体発光素子を作製した。そして、実験例６と同様にして、実験例７の窒化物半導体発光素子の電流光出力特性を測定した。その結果、実験例７においても、実験例６と同様の結果が得られた。また光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状およびサイズを、一辺が５００μｍの正方形から一辺が２００μｍの正方形まで変化させたが、実験例６と同様の結果が得られた。
＜実験例８＞
光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状およびサイズを、一辺が２５０μｍの六角形としたこと以外は実験例６と同様にして、実験例８の窒化物半導体発光素子の電流光出力特性を測定した。その結果、実験例８においても、実験例６と同様の結果が得られた。
光１０の１回の照射当たりの照射領域１２の形状およびサイズを、一辺が２５０μｍの六角形としたこと以外は実験例６と同様にして、実験例８の窒化物半導体発光素子の電流光出力特性を測定した。その結果、実験例８においても、実験例６と同様の結果が得られた。
＜実験例９＞
チップの表面の形状および大きさを、一辺が５ｍｍの正方形、一辺が１０ｍｍの正方形、一辺が３０ｍｍの正方形、および一辺が２インチの正方形とし、実験例１〜８と同様にして、サファイア基板１０１を剥離したところ、クラックが形成することなく、サファイア基板１０１を剥離させることができた。
チップの表面の形状および大きさを、一辺が５ｍｍの正方形、一辺が１０ｍｍの正方形、一辺が３０ｍｍの正方形、および一辺が２インチの正方形とし、実験例１〜８と同様にして、サファイア基板１０１を剥離したところ、クラックが形成することなく、サファイア基板１０１を剥離させることができた。
＜付記＞
（付記１）
付記１に記載の窒化物半導体発光素子は、第１導電型窒化物半導体層と、発光層と、第２導電型窒化物半導体層とをこの順序で含む多層窒化物半導体層を含む窒化物半導体発光素子であって、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と、凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造を有している。このような升目状の構造によって、多層窒化物半導体層の反り力を抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の繰り返し動作による接着不良の故障などを抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の信頼性向上が可能となる。
（付記１）
付記１に記載の窒化物半導体発光素子は、第１導電型窒化物半導体層と、発光層と、第２導電型窒化物半導体層とをこの順序で含む多層窒化物半導体層を含む窒化物半導体発光素子であって、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と、凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造を有している。このような升目状の構造によって、多層窒化物半導体層の反り力を抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の繰り返し動作による接着不良の故障などを抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の信頼性向上が可能となる。
（付記２）
付記２に記載の窒化物半導体発光素子は、凸形状領域が窒化物半導体発光素子の表面の全領域の面積の５％以上４０％以下を占める付記１に記載の窒化物半導体発光素子である。凸形状領域が、窒化物半導体発光素子の表面であるｎ型窒化物半導体層の表面の全領域の面積の５％以上４０％以下を占める場合には、凸形状領域と非凸形状領域とを含む升目状の構造を形成したことによる大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができるという効果をより効果的に発現させることができるとともに、ｎ型窒化物半導体層の表面上にｎ側電極をメッシュ状に形成した場合のｎ側電極の断線もより効果的に抑制することができる。
付記２に記載の窒化物半導体発光素子は、凸形状領域が窒化物半導体発光素子の表面の全領域の面積の５％以上４０％以下を占める付記１に記載の窒化物半導体発光素子である。凸形状領域が、窒化物半導体発光素子の表面であるｎ型窒化物半導体層の表面の全領域の面積の５％以上４０％以下を占める場合には、凸形状領域と非凸形状領域とを含む升目状の構造を形成したことによる大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができるという効果をより効果的に発現させることができるとともに、ｎ型窒化物半導体層の表面上にｎ側電極をメッシュ状に形成した場合のｎ側電極の断線もより効果的に抑制することができる。
（付記３）
付記３に記載の窒化物半導体発光素子は、凸形状部分は下面を有しており、下面の幅が５μｍ以上１００μｍ以下であり、凸形状部分の高さが１０００ｎｍ以下である付記１または付記２に記載の窒化物半導体発光素子である。この場合には、凸形状領域の凸形状部分を跨ぐようにしてｎ側電極を形成した場合であっても、ｎ側電極における断線の発生を抑えることができるとともに、ｎ側電極の形成などのプロセス工程における悪影響（レジスト塗布の不均一性やフォトリソグラフィ工程における不具合など）を抑制することができる。また、この場合には、大面積の窒化物半導体発光素子をより安定して製造することができる。さらに、この場合には、窒化物半導体発光素子の最表面にｎ型窒化物半導体層が露出している場合は、ｎ側電極の形成面積を拡大させることができるため、ｎ側電極のコンタクト抵抗を抑制することができる。
付記３に記載の窒化物半導体発光素子は、凸形状部分は下面を有しており、下面の幅が５μｍ以上１００μｍ以下であり、凸形状部分の高さが１０００ｎｍ以下である付記１または付記２に記載の窒化物半導体発光素子である。この場合には、凸形状領域の凸形状部分を跨ぐようにしてｎ側電極を形成した場合であっても、ｎ側電極における断線の発生を抑えることができるとともに、ｎ側電極の形成などのプロセス工程における悪影響（レジスト塗布の不均一性やフォトリソグラフィ工程における不具合など）を抑制することができる。また、この場合には、大面積の窒化物半導体発光素子をより安定して製造することができる。さらに、この場合には、窒化物半導体発光素子の最表面にｎ型窒化物半導体層が露出している場合は、ｎ側電極の形成面積を拡大させることができるため、ｎ側電極のコンタクト抵抗を抑制することができる。
（付記４）
付記４に記載の窒化物半導体発光素子は、平面視において、凸形状領域が、３方向から合流する１点を有する付記１または付記２に記載の窒化物半導体発光素子である。この場合には、光の照射の重複回数を少なくすることができ、光の照射ダメージに起因する悪影響を抑制できることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
付記４に記載の窒化物半導体発光素子は、平面視において、凸形状領域が、３方向から合流する１点を有する付記１または付記２に記載の窒化物半導体発光素子である。この場合には、光の照射の重複回数を少なくすることができ、光の照射ダメージに起因する悪影響を抑制できることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
（付記４−１）
付記４−１に記載の窒化物半導体発光素子は、凸形状部分を有する凸形状領域で取り囲まれた非凸形状領域は矩形状または正方形状であって、行方向に揃っている場合には列方向にずれ、列方向に揃っている場合には行方向にずれている付記４に記載の窒化物半導体発光素子である。これにより、光の照射の重複回数を少なくすることができ、光の照射ダメージに起因する悪影響を抑制できることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
付記４−１に記載の窒化物半導体発光素子は、凸形状部分を有する凸形状領域で取り囲まれた非凸形状領域は矩形状または正方形状であって、行方向に揃っている場合には列方向にずれ、列方向に揃っている場合には行方向にずれている付記４に記載の窒化物半導体発光素子である。これにより、光の照射の重複回数を少なくすることができ、光の照射ダメージに起因する悪影響を抑制できることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
（付記４−２）
付記４−２に記載の窒化物半導体発光素子は、凸形状部分を有する凸形状領域で取り囲まれた非凸形状領域は六角形状であって、行方向に揃っている場合には列方向にずれ、列方向に揃っている場合には行方向にずれている付記４に記載の窒化物半導体発光素子である。これにより、光の照射の重複回数を少なくすることができ、光の照射ダメージに起因する悪影響を抑制できることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。また、照射領域の配置形状が対照となるため、光の照射による窒化物半導体への影響を均等に抑制することができることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
付記４−２に記載の窒化物半導体発光素子は、凸形状部分を有する凸形状領域で取り囲まれた非凸形状領域は六角形状であって、行方向に揃っている場合には列方向にずれ、列方向に揃っている場合には行方向にずれている付記４に記載の窒化物半導体発光素子である。これにより、光の照射の重複回数を少なくすることができ、光の照射ダメージに起因する悪影響を抑制できることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。また、照射領域の配置形状が対照となるため、光の照射による窒化物半導体への影響を均等に抑制することができることから、大面積の窒化物半導体発光素子を歩留まり良く製造することができる。
（付記５）
付記５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板の第１の表面上にＡｌを含有する窒化物半導体層を形成する工程と、Ａｌを含有する窒化物半導体層上に、第１導電型窒化物半導体層と、発光層と、第２導電型窒化物半導体層とがこの順序で配置された多層窒化物半導体層を形成する工程と、多層窒化物半導体層を支持基板の表面上に接合する工程と、支持基板の表面上に接合する工程の後に、成長用基板の第１の表面とは反対側の第２の表面側から成長用基板を薄型化する工程と、成長用基板の第２の表面側から光を照射し、光の少なくとも一部をＡｌを含有する窒化物半導体からなる層に吸収させることによって成長用基板を剥離する工程と、成長用基板を剥離する工程の後にエッチングする工程とを含み、成長用基板を剥離する工程においては、Ａｌを含有する窒化物半導体層および第１導電型窒化物半導体層の少なくとも一方の表面に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が形成され、エッチングする工程においては、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）をマスクとして、第１導電型窒化物半導体層の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造が形成される窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、ステップアンドリピート法などにより少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を形成しながら光を照射していくことによって、従来のようにレーザ光の１ショット間隔毎に溝を形成しなくても光の照射領域と多層窒化物半導体層との境界面におけるクラックの発生を抑制することができ、大面積の成長用基板を剥離することができる。そして、成長用基板を剥離した後のエッチング工程においては、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）はエッチングに対するマスクとしての機能を有していることから、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と、凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造を形成することができる。このような升目状の構造によって、多層窒化物半導体層の反り力を抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の繰り返し動作による接着不良の故障などを抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の信頼性向上が可能となる。
付記５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板の第１の表面上にＡｌを含有する窒化物半導体層を形成する工程と、Ａｌを含有する窒化物半導体層上に、第１導電型窒化物半導体層と、発光層と、第２導電型窒化物半導体層とがこの順序で配置された多層窒化物半導体層を形成する工程と、多層窒化物半導体層を支持基板の表面上に接合する工程と、支持基板の表面上に接合する工程の後に、成長用基板の第１の表面とは反対側の第２の表面側から成長用基板を薄型化する工程と、成長用基板の第２の表面側から光を照射し、光の少なくとも一部をＡｌを含有する窒化物半導体からなる層に吸収させることによって成長用基板を剥離する工程と、成長用基板を剥離する工程の後にエッチングする工程とを含み、成長用基板を剥離する工程においては、Ａｌを含有する窒化物半導体層および第１導電型窒化物半導体層の少なくとも一方の表面に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）が形成され、エッチングする工程においては、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）をマスクとして、第１導電型窒化物半導体層の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造が形成される窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、ステップアンドリピート法などにより少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を形成しながら光を照射していくことによって、従来のようにレーザ光の１ショット間隔毎に溝を形成しなくても光の照射領域と多層窒化物半導体層との境界面におけるクラックの発生を抑制することができ、大面積の成長用基板を剥離することができる。そして、成長用基板を剥離した後のエッチング工程においては、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）はエッチングに対するマスクとしての機能を有していることから、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と、凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造を形成することができる。このような升目状の構造によって、多層窒化物半導体層の反り力を抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の繰り返し動作による接着不良の故障などを抑制することができるため、窒化物半導体発光素子の信頼性向上が可能となる。
（付記６−１）
付記６−１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の１回の照射当たりの照射領域の形状が、少なくとも一辺の長さが１００μｍ以上２０００μｍ以下の矩形、若しくは一辺の長さが１００μｍ以上２０００μｍ以下の正方形である付記５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、大面積の成長用基板を剥離するための光の照射回数を少なくすることができるため窒化物半導体発光素子の製造効率を向上させることができるとともに、成長用基板の剥離に必要な光のエネルギー密度を容易に得ることができる。
付記６−１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の１回の照射当たりの照射領域の形状が、少なくとも一辺の長さが１００μｍ以上２０００μｍ以下の矩形、若しくは一辺の長さが１００μｍ以上２０００μｍ以下の正方形である付記５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、大面積の成長用基板を剥離するための光の照射回数を少なくすることができるため窒化物半導体発光素子の製造効率を向上させることができるとともに、成長用基板の剥離に必要な光のエネルギー密度を容易に得ることができる。
（付記６−２）
付記６−２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の１回の照射当たりの照射領域の形状が一辺の長さが５０μｍ以上２０００μｍ以下の六角形である付記５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、大面積の成長用基板を剥離するための光の照射回数を少なくすることができるため窒化物半導体発光素子の製造効率を向上させることができるとともに、成長用基板の剥離に必要な光のエネルギー密度を容易に得ることができる。
付記６−２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の１回の照射当たりの照射領域の形状が一辺の長さが５０μｍ以上２０００μｍ以下の六角形である付記５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、大面積の成長用基板を剥離するための光の照射回数を少なくすることができるため窒化物半導体発光素子の製造効率を向上させることができるとともに、成長用基板の剥離に必要な光のエネルギー密度を容易に得ることができる。
（付記７）
付記７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の１回の照射当たりの照射領域の形状に起因して発生する少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度において、光の１回の照射当たりの照射領域の周縁領域の酸素濃度が、中心領域の酸素濃度よりも高い付記５、付記６−１または付記６−２のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。酸系エッチャント処理を行なうことによって、光の１回の照射当たりの照射領域の中心領域の少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を除去し、周縁領域の少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）のみを残すことができ、周縁領域の少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）をエッチングに対するマスクとして機能させることができる。
付記７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の１回の照射当たりの照射領域の形状に起因して発生する少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の酸素濃度において、光の１回の照射当たりの照射領域の周縁領域の酸素濃度が、中心領域の酸素濃度よりも高い付記５、付記６−１または付記６−２のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。酸系エッチャント処理を行なうことによって、光の１回の照射当たりの照射領域の中心領域の少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を除去し、周縁領域の少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）のみを残すことができ、周縁領域の少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）をエッチングに対するマスクとして機能させることができる。
（付記８）
付記８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、Ａｌを含有する窒化物半導体層がＡｌＮである付記５、付記６−１、付記６−２または付記７のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）をエッチング工程においてマスクとして効果的に機能させることができる。
付記８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、Ａｌを含有する窒化物半導体層がＡｌＮである付記５、付記６−１、付記６−２または付記７のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）をエッチング工程においてマスクとして効果的に機能させることができる。
（付記９）
付記９に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板の第１の表面上に形成されたＡｌを含有する窒化物半導体層と多層窒化物半導体層との合計の厚さが３μｍ以上である付記５、付記６−１、付記６−２、付記７または付記８のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、成長用基板を剥離する工程において、光の照射によりＡｌを含有する窒化物半導体層が熱分解して成長用基板と全部またはその一部が分解されたＡｌを含有する窒化物半導体層とが剥離される時に発生すると考えられる衝撃波の発光層への悪影響を抑制することできる。
付記９に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板の第１の表面上に形成されたＡｌを含有する窒化物半導体層と多層窒化物半導体層との合計の厚さが３μｍ以上である付記５、付記６−１、付記６−２、付記７または付記８のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、成長用基板を剥離する工程において、光の照射によりＡｌを含有する窒化物半導体層が熱分解して成長用基板と全部またはその一部が分解されたＡｌを含有する窒化物半導体層とが剥離される時に発生すると考えられる衝撃波の発光層への悪影響を抑制することできる。
（付記１０）
付記１０に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板がサファイア基板である付記５、付記６−１、付記６−２、付記７、付記８または付記９のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。サファイア基板は、たとえば１５０ｎｍ〜１０００ｎｍにわたる広い波長領域の光に対して高い透過率を有していることから、成長用基板の材料として好適である。
付記１０に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板がサファイア基板である付記５、付記６−１、付記６−２、付記７、付記８または付記９のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。サファイア基板は、たとえば１５０ｎｍ〜１０００ｎｍにわたる広い波長領域の光に対して高い透過率を有していることから、成長用基板の材料として好適である。
（付記１１）
付記１１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の波長が２００ｎｍ以下である付記５、付記６−１、付記６−２、付記７、付記８、付記９または付記１０のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。光の波長が２００ｎｍ以下である場合には、光が大気中の酸素を分解するため、Ａｌを含有する窒化物半導体層の熱分解時に生成される少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）により多くの酸素を取り込むことができる。これにより、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を所望の形状に形成することができることから、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状領域と非凸形状領域とを所望の形状に形成することができる。また、光の波長が２００ｎｍ以下である場合には、成長用基板がサファイア基板であるときに、光が成長用基板を好適に透過し、Ａｌを含有する窒化物半導体からなるバッファ層が光を効率的に吸収して熱分解する傾向にある。
付記１１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、光の波長が２００ｎｍ以下である付記５、付記６−１、付記６−２、付記７、付記８、付記９または付記１０のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。光の波長が２００ｎｍ以下である場合には、光が大気中の酸素を分解するため、Ａｌを含有する窒化物半導体層の熱分解時に生成される少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）により多くの酸素を取り込むことができる。これにより、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を所望の形状に形成することができることから、窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状領域と非凸形状領域とを所望の形状に形成することができる。また、光の波長が２００ｎｍ以下である場合には、成長用基板がサファイア基板であるときに、光が成長用基板を好適に透過し、Ａｌを含有する窒化物半導体からなるバッファ層が光を効率的に吸収して熱分解する傾向にある。
（付記１２）
付記１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、フッ酸処理により、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の一部を除去する付記５、付記６−１、付記６−２、付記７、付記８、付記９、付記１０または付記１１のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、光の照射領域の中心領域における少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を除去して、光の照射領域の周縁領域に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を残してエッチングマスクとすることができる。
付記１２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、フッ酸処理により、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の一部を除去する付記５、付記６−１、付記６−２、付記７、付記８、付記９、付記１０または付記１１のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、光の照射領域の中心領域における少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を除去して、光の照射領域の周縁領域に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を残してエッチングマスクとすることができる。
（付記１３）
付記１３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、リン酸処理により、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の一部を除去する付記５、付記６−１、付記６−２、付記７、付記８、付記９、付記１０、付記１１または付記１２のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、光の照射領域の周縁領域に残された少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を完全に除去することができる。
付記１３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、リン酸処理により、少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）の一部を除去する付記５、付記６−１、付記６−２、付記７、付記８、付記９、付記１０、付記１１または付記１２のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法である。この場合には、光の照射領域の周縁領域に残された少なくともＡｌと酸素とを含有する物質（たとえばＡｌと酸素と窒素とを含有する物質）を完全に除去することができる。
以上のように本発明の実施の形態および実験例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および各実験例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実験例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。
本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に利用できる可能性がある。
１ 成長用基板、１ａ 第１の表面、１ｂ 第２の表面、２ バッファ層、３ ｎ型窒化物半導体層、４ 発光層、５ ｐ型窒化物半導体層、６ 多層窒化物半導体層、７ ｐ側電極、８ 接合材料、９ 支持基板、１０ 光、１１ 空間、１２ 照射領域、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 矢印、１４ スクラッチ傷、１５ 保護膜、１９ ｎ側電極、２１ 凸形状領域、２２ 非凸形状領域、２３ 合流点、３１ 上面、３２ 下面、３３ 斜面、４１ 周縁領域、４２ 中心領域、５１ ４点集中箇所、５２ ３点集中箇所、１０１ サファイア基板、１０１ａ 第１の表面、１０１ｂ 第２の表面、１０２ ＡｌＮバッファ層、１０３ ｎ型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ｎ層、１０４ 発光層、１０５ ｐ型窒化物半導体層、１０６ 多層窒化物半導体層、１０７ ｐ側電極、１０８ 導電性接着剤、１０９ 支持基板、１１９ ｎ側電極、１２３ 窒化物半導体の削れ。
Claims (5)
- 第１導電型窒化物半導体層と、発光層と、第２導電型窒化物半導体層とをこの順序で含む多層窒化物半導体層を含む窒化物半導体発光素子であって、
前記窒化物半導体発光素子の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と、前記凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造を有する、窒化物半導体発光素子。 - 前記凸形状領域は、前記窒化物半導体発光素子の前記表面の全領域の面積の５％以上４０％以下を占める、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記凸形状部分は、下面を有しており、
前記下面の幅が５μｍ以上１００μｍ以下であり、
前記凸形状部分の高さが１０００ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。 - 平面視において、前記凸形状領域が、３方向から合流する１点を有する、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
- 成長用基板の第１の表面上に、Ａｌを含有する窒化物半導体層を形成する工程と、
前記Ａｌを含有する窒化物半導体層上に、第１導電型窒化物半導体層と、発光層と、第２導電型窒化物半導体層とがこの順序で配置された多層窒化物半導体層を形成する工程と、
前記多層窒化物半導体層を支持基板の表面上に接合する工程と、
前記支持基板の表面上に接合する工程の後に、前記成長用基板の前記第１の表面とは反対側の第２の表面側から前記成長用基板を薄型化する工程と、
前記成長用基板の前記第２の表面側から光を照射し、前記光の少なくとも一部を前記Ａｌを含有する窒化物半導体からなる層に吸収させることによって前記成長用基板を剥離する工程と、
前記成長用基板を剥離する工程の後にエッチングする工程とを含み、
前記成長用基板を剥離する工程においては、前記Ａｌを含有する窒化物半導体層および前記第１導電型窒化物半導体層の少なくとも一方の表面に少なくともＡｌと酸素とを含有する物質が形成され、
前記エッチングする工程においては、前記少なくともＡｌと酸素とを含有する物質をマスクとして、前記第１導電型窒化物半導体層の表面に、凸形状部分を有する凸形状領域と、前記凸形状領域に取り囲まれた非凸形状領域とを含む升目状の構造が形成される、窒化物半導体発光素子の製造方法。
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