JP3737494B2 - 半導体発光素子及びその製造方法並びに半導体発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法並びに半導体発光装置に関し、特に、電流を注入することにより発光層において生じた光を高い効率で外部に取り出すことができる発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）としての半導体発光素子及びその製造方法並びにこの半導体発光素子を用いた半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子は、低消費電力、高効率、高信頼性などの利点を有することから、各種の表示装置や液晶のバックライトなどの用途において従来の白熱電球などの代替用の光源としての利用が進められている。
特に、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体は、直接遷移型であり、赤色から緑色の波長領域において高効率で発光できる材料である。このため、車載用の赤色ストップランプや黄色の方向指示ランプ、交通信号の赤色ランプや黄色ランプなどにも利用が拡大している。
【０００３】
半導体発光素子の場合、素子内部に設けられた発光層となる活性層に電流を注入することにより生ずるホール（正孔）と電子との再結合により発光が実現される。そして、活性層で発生した光の一部が半導体発光素子の表面から外部に取り出される。通常、半導体発光素子は、反射板が形成されたリード上にマウントされ、レンズ形状をしたエポキシ等の樹脂で封止モールドされている。半導体発光素子から出てきた光を反射板で反射し、レンズで集光することで発光特性を制御している。
【０００４】
上述したＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を結晶成長するための基板としては、通常は、ＧａＡｓ基板が用いられる。しかし、ＧａＡｓは、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体から得られる発光に対して不透明であるため、そのまま残しておくと光吸収が生ずる。そこで、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体をまずＧａＡｓ基板の上に形成し、しかる後に、透明なＧａＰ基板を接着して、不透明なＧａＡｓ基板を除去することにより、比較的高輝度の半導体発光素子を得る方法が開発されている。なおここで、「透明」とは、発光層（活性層）において生ずる光に対して実質的に透光性を有することをいうものとする。
【０００５】
しかし、このように透明基板を接着して得られた半導体発光素子においても、光の取り出し効率は十分に高いとは言えず、未だ改善の余地があった。すなわち、素子の内部の発光層において生じた光は、３６０°あらゆる方向に放射されるが、半導体結晶とそれを封止するエポキシ樹脂とに屈折率差があるため、発光素子と樹脂との界面で反射され、発光素子の外部に取り出せない光成分が存在する。
ここで、半導体結晶の屈折率を３．３、封止モールド材のエポキシの屈折率を１．５とすると、その臨界角θｃは、スネルの法則により、、θｃ＝ｓｉｎ−１（１．５／３．３）＝２７°となる。つまり、発光素子と樹脂との界面の垂線に対して２７°より大きい角度で界面に入射した光は全反射され、発光素子内部から取り出すことができない。半導体発光素子は、通常、立方体（六面体）状に形成されるので、理想的に全ての面から光が取り出せたとすると約２８％の光を外部に取り出すことができる。しかし、発光素子の表面には、ｎ側及びｐ側の２つの電極が形成されていること、ｎ側或いはｐ側のいずれかの電極が接着材で反射板などに取付けられていること、またこれら電極面に入射した光が電極アロイ層で吸収されることなどから外部に光を取り出すことができる光の割合は２８％を下回る。
【０００６】
本問題を解決し、光取り出し効率を高くできる構造として、透明基板を用い、且つ、透明基板を適当な形状に加工する方法が検討されている。この方法は、例えば、特開平１０−３４１０３５号公報に記載されている。
図３８は、同公報に記載されている構造を表した模式図である。すなわち、透明なｐ型のＧａＰ基板１３００の第１の面１３０１の上には発光層１３１４が形成されている。発光層１３１４は、ｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層、が順次積層された構造を有する。この発光層１３１４には、ｐ側電極１３０９とｎ側電極１３１０と、を介して電流が注入される。この電流注入により、発光層１３１４の活性層が光を放射し、この光は基板１３００の第２の面１３０２側から取り出される。
【０００７】
図３８の素子では、透明基板１３００の側面１３０３の向きが、発光層１３１４の垂直方向に対してオフセットした角度をなすように、半導体発光素子を整形することによって、全光抽出量の増大が図られている。この素子形状によれば、透明基板１３００の整形側面１３０３が、発光層１３１４からの光を第２の面１３０２に向かって反射する。このため、第２の面１３０２から多くの光を取り出すことも可能となり、光の取り出しが増大する。また、この整形側面１３０３によって、内部で発生した光が結晶界面で多重反射されることなく外部に取り出せるため、発光層１３１４の活性層やオーム性接触部における光吸収を低減できる。このように、図３８の構造によれば、基板１３００の第２の面１３０２を光取り出し面とし、基板１３００を適当な形状に加工することによって、光取り出し効率を高くしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３４１０３５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３８の半導体発光素子やそれを用いた半導体発光装置は、光取り出し効率は改善されたものの、製造歩留まりが低下したり、寿命が短くなったりするという問題を有する。
【００１０】
すなわち、図３８の素子は、基板１３００の第２の面１３０２を光取り出し面としているため、発光層１３１４中のｐｎ接合が、図中下側のマウント面１３０４に近い。このため、リードフレームなどに素子のマウント面１３０４を導電性のマウント剤（接着剤）を用いてマウントする際、発光層１３１４中のｐｎ接合の端面１３０５がショートして、製造歩留まりが低下する問題が発生する。この対応策としてマウント剤を半導体発光素子の側面に付着しないように少量にすれば、接着強度が弱く、長期通電時に発光素子のマウント面１３０４がリードフレームから剥がれやすくなり、寿命が短くなる問題が発生する。
【００１１】
また、さらに、整形側面１３０３を、マウント面１３０４から見て上方に単一に広がるように傾斜させて形成すると、半導体発光素子を樹脂で封止した場合に、樹脂がこの側面１３０３を上方に持ち上げようとする応力が作用しやすくなる。その結果として、発光素子がリードフレームなどの部材から剥離しやすくなり、製造歩留まりが低下したり、長期信頼性が低下するなどの問題が発生しやすい。
【００１２】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、発光層からの光の取り出し効率を上げるとともに、製造歩留まりも高く、信頼性も優れた半導体発光素子及びその製造方法並びに、この半導体発光素子を用いた半導体発光装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の半導体発光素子は、｛１００｝から〈０１１〉方向に傾斜した主面と、前記主面と対向する裏面と、高低差が１マイクロメータ以上の凹凸を有する側面と、を有するＧａＰ基板と、
前記主面の上に設けられＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を有するメサ部と、
を備え、
前記側面は、前記裏面側から前記主面に向かう第１の傾斜部と、前記第１の傾斜部から前記主面に向かう第２の傾斜部と、を有し、
前記第１の傾斜部は、前記裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜し、
前記第２の傾斜部は、前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜し、
前記発光層から放出された光の一部を前記ＧａＰ基板の前記側面から取り出し可能としたことを特徴とする。
【００１４】
または、本発明の半導体発光素子は、｛１００｝から〈０１１〉方向に傾斜した主面と、前記主面と対向する裏面と、凹凸により実質的に覆われた側面と、を有するＧａＰ基板と、
前記主面の上に設けられＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を有するメサ部と、
を備え、
前記側面は、前記裏面側から前記主面に向かう第１の傾斜部と、前記第１の傾斜部から前記主面に向かう第２の傾斜部と、を有し、
前記第１の傾斜部は、前記裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜し、
前記第２の傾斜部は、前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜し、
前記発光層から放出された光の一部を前記ＧａＰ基板の前記側面から取り出し可能としたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体発光装置は、リードと、前記リードの上にマウントされた上記のいずれかの半導体発光素子と、前記半導体発光素子を封止した樹脂と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部と、前記複数のメサ部のそれぞれの周囲を取り囲む周壁部と、を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記メサ部及び前記周壁部を保護膜により被覆する工程と、
前記メサ部及びそれを取り囲む前記周壁部とそれに隣接するメサ部及びそれを取り囲む周壁部とを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
または、本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記複数のメサ部のそれぞれを取り囲むようにその周囲の前記ＧａＰ基板にトレンチを形成する工程と、
前記メサ部及びそれを取り囲む前記トレンチとそれに隣接するメサ部及びそれを取り囲むトレンチとを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
または、本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記複数のメサ部を被覆するようにＧａＰ層を形成する工程と、
前記複数のメサ部のそれぞれを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
なお、本明細書において「ＩｎＧａＡｌＰ系半導体」とは、組成式ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰにおける組成比ｘおよびｙを、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、但し（ｘ＋ｙ）≦１の範囲で変化させたあらゆる組成の半導体を含むものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。
すなわち、同図に表した半導体発光素子は、ＧａＰ基板１００と、その主面上に設けられたＩｎＧａＡｌＰ系材料を含むメサ部１２０と、を有する。
ｐ型ＧａＰからなるＧａＰ基板１００は、その側面１００Ｓに、高低差が数マイクロメータ程度の微細な凹凸Ｃが形成されている。このような凹凸Ｃを設けることにより、光の全反射を防いで素子内部からの光の取り出し効率を改善することができる。
一方、メサ部１２０は、ｐ型不純物が添加されたＧａＰからなる接着層１０１、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＰからなる接着歪緩和層１０２、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層１０３、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなる不純物拡散阻止層１０４、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなる発光層１０６、ｎ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層１０７、ｎ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなる電流拡散層１０８を有する。なお、接着層１０１は、メサ部１２０のみならず、ＧａＰ基板１００の主面の上の全面にわたって設けられていてもよい。
【００２２】
このメサ部１２０の積層体は、ＧａＡｓなどの別の基板上にエピタキシャル成長により形成され、しかる後にＧａＰ基板１００に接着される。この製造プロセスについては、後に詳述する。
メサ部１２０の上には、ｎ型不純物が添加されたＧａＡｓからなるコンタクト層１０９と、少なくとも金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とを含む金属からなるｎ側電極１１０が設けられている。
一方、ｐ型ＧａＰ基板１００の裏面側には、少なくとも金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む金属からなるｐ側電極１４０が設けられている。
ｐ側電極１１０にプラス、ｎ側電極１４０にマイナスの電圧を加えることで活性層となる発光戸層１０６で光が発生し、その光が半導体結晶から外部に取り出される発光素子が実現できる。
【００２３】
素子に流すことができる電流値は、発熱による熱飽和に制限され、素子の平面サイズによりほぼ決まる。すなわち、素子サイズが概ね１５０μｍ角では動作電流は２０ｍＡまで、２５０μｍ角では７０ｍＡまで、４００μｍ角では１２０ｍＡまで、５５０μｍ角では２００ｍＡまで、１０００μｍ角では１Ａまで可能となる。
【００２４】
以下、本実施形態の半導体発光素子を構成する各要素についてさらに詳細に説明する。
（基板１００）
ｐ型ＧａＰ基板１００は、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）などが添加されている。また、前述したように、基板１００の主面上には、ＧａＰからなる接着層１０１が全面にわたって設けられていてもよい。
【００２５】
そして、ｐ型ＧａＰ基板１００の主面は、｛１００｝から〈０１１〉方向に傾斜している。具体的には、例えば、（−１００）面から［０−１−１］方向に５°以上３０°以下の範囲で傾斜している。
【００２６】
この傾斜角のＧａＰ基板１００の用いた場合、基板上に成長したＧａＰ接着層１０１の表面モフォロジーが良好で、ピット密度やヒロック密度が（−１００）基板に比べて１桁以上少なく、接着時のピット及びヒロックが原因で発生するボイド（気泡）が少なく、ボイド歩留が高い。ボイドは、接着面となるＧａＰ接着層１０１とＩｎＧａＰ接着層１０２との未接着部分となり、電流が流れない、アセンブリ時に剥れる等の不具合の原因となるが、上述の傾斜角の基板を用いることにより、このようなボイドの発生を防ぐことができる。
【００２７】
さらに望ましくは、基板１００の主面は、（−１００）面から［０−１−１］方向に１５°プラスマイナス１°の範囲で傾斜している。後に詳述するように、このような面方位を与えると、基板の側面１００Ｓにおける凹凸Ｃを確実且つ容易に形成することが可能となる。１５°プラスマイナス１°の傾斜基板を用いた場合、上述したＧａＰ接着層１０１でのピットやヒロックがさらに半減することが実験にて判明しており、さらに望ましい。
【００２８】
一方、基板１００の厚さは１００μｍ以上、５００μｍ以下とすることが望ましい。さらに望ましくは、基板１００の厚さは、１５０μｍ以上、３００μｍ以下である。基板１００が５００μｍより厚くなると、活性層を含む発光層１０６で発生した光の、ＧａＰ基板１００のｐ型不純物での吸収が増加し、外部に取り出される光の量が低下する。さらに、交通信号や車載用のテールランプ等に使用する場合、発光素子の駆動電流を数アンペア等の大電流が必要になる。大電流では基板の厚さの素子抵抗分による発熱が増加し、封止している樹脂を熱劣化させるため、基板厚さは５００μｍ以下とすることが望ましく、さらに３００μｍ以下とすることが望ましい。
一方、ＧａＰ基板１００の厚さが薄くなると、発光素子の上面と下面に形成された電極１１０、１４０が、発光層１０６で発光した光を遮蔽するため光の取り出しが低下する。従って、基板１００の厚みは１００μｍ以上とすることが望ましく、１５０μｍ以上とすることがさらに望ましい。
【００２９】
（基板側面１００Ｓ）
基板側面１００Ｓの表面には、高低差が数マイクロメータ程度の凹凸Ｃが形成されている。後に詳述するように、この凹凸Ｃは、基板側面をフッ酸（ＨＦ）によりエッチング処理することで形成される。そして、特に基板１００の主面が（−１００）から［０−１−１］方向に傾いた基板を用いると、凹凸Ｃを一様に形成することができる。形成された凹凸Ｃにより側面１００Ｓの表面積が拡大し、界面に対して素子内部から入射する光の入射角度を変化させることができるため、全反射が抑制されて素子内部からの光取り出しが増加する。
【００３０】
例えば、図１に例示したように、メサ部１２０の発光層から放出された光Ｌ１を全反射させず側面１００Ｓから外部に放出させることができる。同様に、ｐ側電極１４０において反射された光Ｌ２も全反射させずに側面１００Ｓから外部に放出させることができる。なお、電極１４０において反射され、素子の上面１００Ｕに向かう光Ｌ３は、上面１００Ｕに対して垂直に近い方向に入射するので、全反射されずに外部に放出させることが容易である。但し、この上面１００Ｕも、側面１００Ｓと同様に凹凸Ｃを設ければ、さらに光の取り出し効率を高くすることができる。
【００３１】
また一方、このような半導体発光素子を樹脂で封止して半導体発光装置を形成する場合、基板側面１００Ｓに設けられた凹凸Ｃにより、封止樹脂との接触面積が広くなり接着強度が強固になり、樹脂と半導体発光素子との剥離を防止することができる。
また、ＧａＰ基板の側面１００Ｓは、半導体と空気或いは樹脂との界面になるため発光層１０５から放射された光がこの界面で吸収され熱に変化する。この発熱は発光素子の光出力を低下させ、また樹脂を熱劣化させるため望ましくない。側面１００Ｓに形成された凹凸Ｃは、この界面吸収を低減させる働きがあるため発光素子の発熱を抑える効果が得られる。
またさらに、このような半導体発光素子をリードフレームなどの部材にマウントする際に、ｐ側電極１４０の側に銀ペーストなどの導電性接着剤を塗布する。この導電性接着剤が半導体発光素子の側面１００Ｓを這い上がると、側面１００Ｓからの光の取り出しが阻止され、また、さらにメサ部１２０に至ると、電気的な短絡が生ずるおそれもある。これに対して、本実施形態によれば、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃを設けることにより、導電性接着剤の這い上がりを抑止し、製造歩留まりや信頼性の低下を防ぐことができる。
【００３２】
凹凸Ｃは、ＧａＰ基板をダイシングにより分離した後に、その側面１００Ｓをフッ酸（ＨＦ）によりエッチングすることによって形成することができる。まず、ダイシングにより側面１００Ｓに形成された破砕層を除去するために、例えば、マイナス５０℃から室温の間に温度制御された過酸化水素水と水と塩酸の混合液に数分から１０数分間、浸す。その後、ＨＦを用い室温から７０℃の間に温度制御して数分から１０数分間、浸して揺動することにより、凹凸Ｃを形成できる。但し、破砕層の除去や凹凸Ｃの形成の方法は、この具体例には限定されない。破砕層を除去する工程は、少なくても塩素を含む溶液又はガスを用いるにより実現できる。また、凹凸Ｃを形成する工程は、ＨＦまたはフッ素を含む溶液又はガスを用いることにより実現できる。
【００３３】
（ｐ型ＧａＰ接着層１０１）
ｐ型ＧａＰ接着層１０１は、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）などが添加されたＧａＰからなる。その厚みは、１ｎｍから１μｍの範囲であり、不純物濃度は１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３の範囲であることが望ましい。不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３から１×１０１９ｃｍ−３の範囲であることがさらに望ましい。
【００３４】
この接着層１０１は、ＧａＰ基板１００の基板濃度に影響を受けずに接着界面での電圧降下を一定にする作用も有する。例えば、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からの発光に対して高い透過率を有する低キャリア濃度（２×１０１７ｃｍ−３程度）のＧａＰ基板１００を用いた場合でも、接着界面での電圧降下量を一定の範囲に維持することができる。
また接着層１０１は、ＧａＰ基板１００の表面状態が接着界面に及ぼす影響を小さくするバッファ的な働きも有する。ＧａＰ基板を直接接着した発光素子においては、動作電圧の「ばらつき」が生ずることがある。これに対して、接着層１０１を設けることにより、このような動作電圧の「ばらつき」を小さくできる。
【００３５】
（ｐ型ＩｎＧａＰ接着歪緩和層１０２）
接着歪緩和層１０２は、ｐ型不純物のＺｎ、Ｍｇが添加されたｐ型のＩｎＧａＰからなり、厚さは１ｎｍから１μｍの範囲、さらに望ましくは１ｎｍから０．５μｍの範囲である。またその不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２１ｃｍ−３の範囲、さらに望ましくは、１×１０１８ｃｍ−３から１×１０１９ｃｍ−３の範囲である。
この緩和層１０２は、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に形成された発光層を含むＩｎＧａＡｌＰ材料からなる多層膜をＧａＰ基板１００に接着する際に発生する結晶歪を低減する作用を有する。特に、インジウム（Ｉｎ）を含む半導体材料はやわらかく、結晶欠陥の膜面に垂直な方向への進行を抑制する特徴がある。このため、ＩｎＧａＰ接着歪緩和層１０２を設けることにより、基板１００と薄膜半導体多層膜とを接着するときに発生する、格子定数が異なることによる結晶歪と、熱膨張係数による熱歪を低減でき、発光層への結晶歪の進行が抑えられ発光層が劣化しない。
後に詳述するように、接着の温度は４００℃から８００℃であり、温度が低い場合は接着界面の電圧降下が大きくなるため、７００℃以上とすることが望ましい。また、柔らかなインジウム（Ｉｎ）の効果を硬いアルミニウム（Ａｌ）が阻害するので、アルミニウム（Ａｌ）を含まないＩｎＧａＰが緩和層１０２として最適である。また、この緩和層１０２は、発光層の波長によっては光吸収層として作用するので、発光層１０６の井戸層のバンドギャップが緩和層１０２のバンドギャップより大きい場合は緩和層１０２の厚さを数１０ｎｍ以下とすることが望ましい。結晶性は必ずしも良い必要はなく、必要とされる電流が流れれば良い。
【００３６】
（ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０３）
クラッド層１０３は、ｐ型不純物のＭｇ、Ｚｎが添加されたｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなり、その厚さが０．１μｍから２μｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３の範囲である。このクラッド層１０３は、発光層１０６の井戸層のバンドギャップより広いバンドギャップを有し、発光領域に電流注入された電子と正孔を発光層（１０６）に閉じ込める作用を有する。基板接着時の熱処理により、ｐ型不純物であるＺｎ、Ｍｇが熱拡散するため、その不純物の添加量は、５×１０１９ｃｍ−３以下とすることが望ましい。
【００３７】
（ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ不純物拡散阻止層１０４）
不純物拡散阻止層１０４は、ｐ型不純物のＭｇ、Ｚｎが添加されたｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなり、その厚さは０．１μｍから１μｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１７から１×１０２１ｃｍ−３の範囲であることが望ましい。この拡散阻止層１０４は、接着熱処理工程においてｐ型クラッド層１０３のｐ型不純物が発光層１０６の井戸層に拡散することを阻止する働きを有する。すなわち、接着面での電圧降下を低減するためには７００℃以上での高温熱処理が必要である。この熱処理を、従来の阻止層１０４がない構造で実施するとｐ型クラッド層１０３のｐ型不純物が井戸層に拡散して深いレベルを形成し非発光のセンターとして光出力を低下させる。これに対して、阻止層１０４を設けた構造では光出力が低下することなく動作させることが可能となる。
【００３８】
また、阻止層１０４は、クラッド層１０３と発光層１０６の井戸層との中間的なバンドギャップを有する材料からなることから、発光層１０６で発生した光を屈折率が大きい量子井戸層内に閉じ込める作用も有する。このことは、電流が注入されていない量子井戸層では発光が再吸収される可能性を有していることを意味する。この量子井戸層に閉じ込められる光を、屈折率差の小さな阻止層１０４を隣接させることによりｐ型クラッド層１０３とｐ型ＧａＰ基板１００の側に引き出すことができる。このため、ＧａＰ基板１００の方向に向う光量が増大し、ＧａＰ基板１００から多くの光を取り出すことができる。特に、ｐ型クラッド層とｎ型のクラッド層とに挟まれた量子井戸構造では、クラッド層と量子井戸層の中間的な屈折率を有する阻止層１０４の効果は大きく、活性層（発光層）１０６を素子の端面方向に伝播する光成分の再吸収を低減することができる。
【００３９】
なお、ｐ型クラッド層１０３を多層構造にすることでＧａＰ基板１００側に取り出す光をさらに増加することができる。すなわち、阻止層１０４に接する第１のｐ型クラッド層１０３Ａを阻止層１０４よりも大きな屈折率を有するＩｎＧａＡｌＰにより形成し、さらに、第１のｐ型クラッド層１０３Ａに接する第２のｐ型クラッド層１０３Ｂを井戸層と阻止層１０４の中間的な屈折率を有するＩｎＧａＡｌＰにより形成する。このようにすれば、発光層１０６で発生した光をＧａＰ基板１００側にさらに効率的に引き出すことができる。また、ｐ型クラッド層１０３の組成を段階的に変化させると、さらに引き出し効果は向上する。
【００４０】
（ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ発光層１０６）
発光層１０６は、ｐ型不純物のＭｇ、Ｚｎが添加されたｐ型のＩｎＧａＡｌＰ井戸層と、やはりｐ型不純物のＭｇ、Ｚｎが添加されたｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなる障壁層と、を交互に積層させた構造を有する。これら井戸層と障壁層の厚みは、量子効果が発生するように、１ｎｍから２０ｎｍの範囲とすることが望ましい。井戸層の不純物の添加量は、１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２１ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。また、障壁層の不純物の添加量は、１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。
【００４１】
これら井戸層と障壁層を交互に１０対から８０対程度積層することにより、電流注入による光出力の直線性がよく、数ｍＡから数Ａまで光出力の飽和が見られない発光素子が実現できる。なお、量子井戸層の両端は、障壁層とすることが望ましい。
【００４２】
またＧａＰ基板１００を接着、整形した発光素子では、結晶界面で反射された光が吸収層となる井戸層で再吸収される問題が顕著になる。これに対して、井戸層の厚さ１０ｎｍ以下の薄膜にすることで、発光層１０６を光が横断したときの吸収を低減できる。さらに、井戸層の薄膜化によって、井戸層での光閉じ込め効果が低下し井戸層に存在する光の割合を小さくできるため、井戸層での再吸収を低減できる。このため、井戸層で発生した光を有効に外部に取り出すことができる。
【００４３】
一方、障壁層のバンドギャップは、井戸層とクラッド層１０３の中間の大きさを有する。これは、井戸層への電子と正孔の閉じ込めと井戸層からの光のしみ出しを顕著にするためである。障壁層に不純物を多く添加すると不純物の準位により光の吸収が顕著になるため、ｐ型不純物の添加量は、５×１０１９ｃｍ−３以下とすることが望ましい。
【００４４】
（ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０７）
クラッド層１０７は、ｎ型不純物のシリコン（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｌＰからなり、その厚さは０．１μｍから２μｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１７から１×１０２１ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。このクラッド層１０７は、発光層１０６を構成する井戸層及び障壁層よりも広いバンドギャップを有し、電流注入された電子と正孔を多重量子井戸層を含む発光層に閉じ込める作用を有する。
【００４５】
（ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１０８）
電流拡散層１０８は、ｎ型不純物のＳｉ、Ｓｅが添加されたｎ型のＩｎＧａＡｌＰからなり、その厚さは０．５μｍから４μｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１７から１×１０２１ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。この電流拡散層１０８は、クラッド層１０７のバンドギャップより狭く、多重量子井戸層を含む発光層の光を吸収しない程度に大きなバンドギャップを有する。
【００４６】
電流拡散層１０８は、電極１１０を介して注入された電流を、電極よりも大きな発光層（多重量子井戸層を含む）１０６の全体に拡げる作用を有する。さらに、電流拡散層１０８は、発光層１０６との屈折率差が小さく、ｎ型クラッド層１０７の方向に放出された光を結晶表面に取り出す作用も有する。電流拡散層１０８に不純物を高濃度に添加すると格子不整合率が大きくなり結晶性が悪くなるため、不純物添加量は、厚さが２μｍ以下の場合は１×１０２１ｃｍ−３以下とし、厚さが２μｍから４μｍの場合は１×１０１９ｃｍ−３以下とすることが望ましい。
【００４７】
（ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０９）
コンタクト層１０９は、ｎ型不純物のＳｉ、Ｓｅが添加されたｎ型のＧａＡｓからなり、その厚さは１ｎｍから１００ｎｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１８ｃｍ−３から１×１０２１ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。
このコンタクト層１０９は、ｎ側電極１１０に対する接触抵抗を低減する役割を有する。但し、コンタクト層１０９は、発光層（多重量子井戸を含む）１０６からの発光を吸収する材料からなるため、その厚さは吸収の影響が少なくなるよう、数１０ｎｍ以下とすることが望ましい。コンタクト層１０９をＩｎＧａＰにより形成すれば、発光層１０６からの発光を吸収する割合が低下するためさらに望ましい。コンタクト層１０９を、メサ部１２０の全面に形成する場合は、コンタクト層１０９の厚さを０．０５μｍ〜０．０１μｍにすることでコンタクト層１０９を電流拡散層１０８の全面に形成した構造において光吸収が少なく、電流広がり効果により素子抵抗が低減し動作電圧の低い発光素子が実現できる。
【００４８】
（ｎ側電極１１０）
ｎ側電極１１０は、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とを含む材料からなり、電極材料のマイグレーション（migration）を抑えるために、モリブデン（Ｍｏ）を含有させる場合もある。電極１１０は、厚さが１μｍから数μｍのボンディングパッドと、厚さ数１００ｎｍでその周辺に伸びた複数の直線部とから形成することができる。ＧａＰ基板１００を接着した構造では金（Ａｕ）ワイヤをボンディングする工程でのボンディング加重と超音波により接着界面にクラックが発生する問題が発生する場合があるが、コンタクト層１０９の厚さを０．１μｍから０．５μｍとし、電流拡散層１０８の厚さを０．５μｍから２μｍとすることで、ボンディング時にクラックが発生することがなく長期動作ができるようになった。
【００４９】
（ｐ側電極１４０）
ｐ側電極１４０は、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む材料からなり、亜鉛（Ｚｎ）の一部がＧａＰ基板１００に拡散していくことにより、良好なオーミック特性を示す。図示しないマウント部材に素子を接着するための接着材との密着性を強固にするためには、ｐ側電極１４０の厚さは、０．１μｍから数μｍとすることが望ましい。
【００５０】
（ＩｎＧａＡｌＰ材料からなるメサ部１２０）
発光層１０６を含む複数層を、ＧａＰ基板１００よりも小さなメサ形状に形成することで、ＧａＰ基板１００の側面１００Ｓの形成や凹凸Ｃの形成の際に発生するダメージ層の影響を少なくでき、結晶欠陥による劣化を抑えることができる。また、メサ部の面積は、ＧａＰ基板１００の主面の面積の概ね６０〜９０％の範囲とすることで、電流が適度に集中し発光効率が高くなり光出力が増加する。
【００５１】
次に、本実施形態の半導体発光素子の製造方法について説明する。
最初に、ＧａＰ基板を貼り合わせるまでの工程について説明する。
【００５２】
図２乃至図４は、本実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１００を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【００５３】
まず、図２に表したように、ｎ型のＧａＡｓからなる第１の半導体基板３００の上に、ＭＯＣＶＤ（metal-organic chemical vapour deposition：有機金属化学気相成長）法などの方法により、ｎ型コンタクト層１０９〜接着歪緩和層１０２までの各半導体層をこの順にエピタキシャル成長させて積層体２００を形成する。
例えば、クラッド層１０７を形成する工程について説明すると、ＭＯＣＶＤ反応室内に、反応ガスのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）およびホスフィン（ＰＨ３）を、ｎ形ドーパントガスのＳｉＨ４およびキャリアガスの水素（Ｈ２）と共に導入し、５００〜９００℃程度でエピタキシャル成長することにより、キャリア濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度のＩｎ０．４９（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５１Ｐからなるｎ形クラッド層１０７を０．５μｍ程度、成長することができる。また、ｐ型のドーパントガスとしては、例えば、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を用いることができる。
【００５４】
次に、図３に表したるように、ＧａＡｓ基板３００の上に成長した積層体２００（１０９〜１０２）の表面に、ＧａＰ基板１００を接着する。この際に、ＧａＰ基板１００の上には、予め、ＭＯＣＶＤ法によりＺｎドープのＧａＰ接着層１０１を１ｎｍ〜１μｍ程度の厚みに成長しておく。この場合、ＴＭＧ、ＴＭＺｎ、ＰＨ３を、キャリアガスの水素（Ｈ２）と共に反応室に導入し、５００〜９００℃程度でエピタキシャル成長することができる。
図３に表した接着工程においては、積層体２００とＧａＰ接着層１０１の表面を重ね合せ、０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で圧接しながら７００℃程度に加熱して圧着することにより接合する。
その後、Ｈ２Ｏ２とアンモニア水との混合液により１０〜６０分間のエッチングを行なうことで、図４に表したように、ＧａＡｓ基板３００を除去する。
【００５５】
このようにして、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体層１０２〜１０９からなる積層体２００をＧａＰ基板１００に貼り合わせたら、素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのエッチング処理を行う。
図５乃至図１３は、これらの工程を表す工程図である。
まず、図５に表したように積層体の表面に、ｎ側電極１１０を形成し、ＧａＰ基板１００の裏面にｐ側電極１４０を形成する。
次に、図６に表したように、積層体２００をパターニングしてメサ部１２０を形成する。この時、それぞれのメサ部１２０の周囲を取り囲むように積層体２００を残すことにより、周壁部１５０を形成する。図７は、メサ部１２０及び周壁部１５０を上方から眺めた平面図である。
【００５６】
次に、図８に表したように、ウェーハのｎ側とｐ側をそれぞれレジスト３２０、３３０により保護する。そして、図９に表したように、ｎ側電極１１０を下にしてウェーハをテープ３４０に貼り付け、ダイシングしてチップ毎に分離する。この際に、半導体発光素子の発光部分であるメサ部１２０は、ダイシングラインＤＬよりも内側に後退して設けられているので、ダイシングによる破砕層や結晶の劣化の影響を受けることがない。つまり、ダイシングによる発光特性の劣化を避けることができる。
【００５７】
その後、図１０に表したように、テープ３４０を水平方向に引き伸ばしてチップ同士の間隔を拡げる。そして、ダイシングにより生じたＧａＰ基板１００の側面１００Ｓの破砕層をエッチングにより除去し、さらに凹凸Ｃを形成する。破砕層のエッチングは、例えば、過酸化水素水と水と塩酸との混合液に１０数分間、浸すことにより行うことができる。また、凹凸Ｃは、例えば、フッ酸に５分間程度、浸して揺動することにより形成できる。
【００５８】
ここで、本実施例によれば、メサ部１２０の周囲に周壁部１５０を設けることにより、フッ酸による浸食を阻止できる。
図１１は、凹凸Ｃを形成するエッチング工程を表す一部拡大断面図である。すなわち、ＧａＰ基板１００の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成するために、フッ酸に浸すと、ＧａＰ基板１００とレジスト３２０との界面Ｓからフッ酸が内部に侵入する。本発明者の試作検討によれば、周壁部１５０を設けない場合、メサ部１２０の端とＧａＰ基板の側面１００Ｓとの距離Ｌを５０マイクロメータ以上に設定した場合でも、界面Ｓを介して侵入するフッ酸によってメサ部１２０が浸食される場合があることが判明した。このように、メサ部１２０がフッ酸により浸食されると、発光特性の低下や劣化が生ずる。
【００５９】
これに対して、本実施例の場合、メサ部１２０の周囲にメサ部１２０と同質の半導体からなる周壁部１５０を設けることより、界面Ｓを介したフッ酸の侵入を阻止できる。本発明者の試作検討によれば、周壁部１５０の幅Ｗを５〜１０マイクロメータ程度とすれば、側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成するエッチング工程においてフッ酸の侵入を阻止して、メサ部１２０の浸食を解消できることが判明した。
【００６０】
このようにして、メサ部１２０の浸食を防ぎつつＧａＰ基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成した後、ｐ側のレジスト３３０を剥離して、図１２に表したように、新たなテープ３５０にチップを転写する。しかる後に、図１３に表したように、ｎ側のレジスト３２０を剥離すると、本実施形態の半導体発光素子が完成する。 なおこの時、周壁部１５０は、レジスト３２０とともにＧａＰ基板１００から剥離する場合もあり、また、そのまま基板１００の上に残ることもある。また、周壁部１５０の一部のみが基板１００の上に残る場合もある。すなわち、図１０及び図１１に関して前述したエッチング工程において、界面Ｓを介して侵入したフッ酸により周壁部１５０もある程度エッチングされるため、そのエッチングの「度合い」に応じて、周壁部１５０が基板１００の上に残るか否かが決定される。また、周壁部１５０の幅Ｗが大きい場合には、エッチングされずに基板１００の上に残るケースが多くなる。
【００６１】
図１４は、周壁部１５０が維持された半導体発光素子を表す模式断面図である。
【００６２】
同図に例示したように、周壁部１５０を残した場合、メサ部１２０の端面１２０Ｅに対する樹脂の応力を低下させるという作用効果が得られる。すなわち、後に詳述するように、このような半導体発光素子は、リードフレームなどの部材に適宜マウントされ、樹脂のモールドされて用いられる場合が多い。
ところが、このように半導体発光素子を樹脂にモールドした場合、材料の熱膨張係数の違いなどによるストレス（応力）がメサ部１２０の端面１２０Ｅに集中しやい。メサ部１２０の端面１２０Ｅに応力が集中すると、端面近傍での電流注入による再結合が促進され、端面近傍での温度が上昇し半導体発光素子がメサ部１２０の端面１２０Ｅから劣化する場合がある。
【００６３】
これに対して、図１４に例示した如く周壁部１５０を形成することにより、発光素子を樹脂封止した際に発生するメサ部１２０の端面１２０Ｅでの応力集中を緩和できる。その結果として、メサ部１２０の端面１２０Ｅの近傍に電流を注入しても素子の劣化が生じることはなくなる。また、端面１２０Ｅ近傍での光吸収も抑制され、温度上昇も抑制され、光出力を増加させることができる。
【００６４】
また、本発明においては、複数の周壁部１５０を設けてもよい。
図１５は、複数の周壁部１５０が設けられた半導体発光素子を例示する模式断面図である。このように、メサ部１２０を取り囲むように複数の周壁１５０を設けることにより、フッ酸の侵入を抑止する効果や、封止樹脂のストレスを緩和する効果をさらに顕著なものとすることができる。
【００６５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、メサ部１２０の周囲のＧａＰ基板の表面にトレンチを形成した半導体発光素子について説明する。
【００６６】
図１６は、本実施形態の半導体発光素子を表す模式断面図である。
また、図１７は、この半導体発光素子をｎ側から眺めた平面図である。これらの図については、図１乃至図１４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
すなわち、本実施形態の半導体発光素子も、ＧａＰ基板１００の上にメサ部１２０が設けられ、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃが設けられることにより、光の取り出し効率が改善された構造を有する。
そしてさらに、本実施形態においては、メサ部１２０の周囲を取り囲むように、ＧａＰ基板１００の表面にトレンチ１００Ｔが設けられている。このトレンチ１００Ｔは、凹凸Ｃの形成工程におけるフッ酸の侵入を抑止する作用を有する。
図１８は、基板１００の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成する工程を表す一部拡大断面図である。すなわち、同図は、図１０及び図１１に関して前述したものと同様の工程を表す。基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成するために、ウェーハをフッ酸に浸すと、前述したように、基板１００とレジスト３２０との界面Ｓに沿ってフッ酸が侵入する。これに対して、本実施形態によれば、基板１００にトレンチ１００Ｔを設けることにより、レジスト３２０との界面長を長くすることができる。すなわち、図１８に矢印Ｐで表したように、基板の側面１００Ｓからフッ酸が界面Ｓに沿って侵入する際に、トレンチ１００Ｔを設けることにより、フッ酸の侵入経路長を長くすることができる。その結果として、フッ酸によるメサ部１２０の浸食を抑制することができる。
【００６８】
またさらに、メサ部１２０を取り囲むようにトレンチ１００Ｔを設けることにより、樹脂によるストレスを低減することができる。すなわち、図１４に関して前述した如く、半導体発光素子を樹脂に封止した場合、メサ部１２０の端面１２０Ｅにストレスが負荷され、発光特性の低下や劣化が生ずる場合がある。これに対して、本実施形態によれば、トレンチ１００Ｔを設けることにより、樹脂がトレンチ１００Ｔの中に食い込んで固定されるため、メサ部１２０の端面１２０Ｅに与えるストレスを低減できる。例えば、図１６において、樹脂がトレンチ１００Ｔの中に入り込んで硬化すると、このトレンチ１００Ｔの部分で樹脂が固定されることとなる。その結果として、メサ部の端面１２０Ｅに対して、同図に矢印Ｘで表した方向に沿って樹脂が与えるストレスを大幅に軽減することができる。その結果として、図１４に関して前述した場合と同様に、端面１２０Ｅのストレスに起因する発光特性の低下や劣化を抑制し、端面１２０Ｅ付近での発光を促進させて従来よりも効率の改善された半導体発光装置を提供することができる。
【００６９】
本実施形態におけるこれらの効果を得るためには、トレンチ１００Ｔの内部に、レジスト３２０や樹脂が入り込めるように、その幅Ｗや深さＤを適宜決定すればよい。例えば、トレンチ１００Ｔに中にレジストや樹脂が入り込める限りにおいて、深さＤを大きくすれば、上述の効果はさらに顕著になる。
【００７０】
図１９は、本実施形態の変型例の半導体発光素子を表す模式断面図である。 すなわち、本変型例においては、メサ部１２０を取り囲むように、基板１００の表面に複数のトレンチ１００Ｔが設けられている。このように、複数のトレンチ１００Ｔを設ければ、フッ酸の侵入を抑制する効果や、樹脂がメサ部の端面１２０Ｅに与えるストレスを軽減する効果をさらに顕著なものとすることができる。
【００７１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態として、メサ部の周囲をＧａＰ層により覆った半導体発光素子について説明する。
図２０は、本実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図１９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７２】
すなわち、本実施形態の半導体発光素子も、ＧａＰ基板１００の上にメサ部１２０が設けられ、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃが設けられることにより、光の取り出し効率が改善された構造を有する。
そしてさらに、本実施形態においては、メサ部１２０の周囲がｎ型ＧａＰ層１１５により覆われている。このように、ｎ型ＧａＰ層１１５によりメサ部１２０を被覆することにより、凹凸Ｃを形成する工程におけるフッ酸によるメサ部１２０の浸食を阻止できるという効果が得られる。またさらに、この発光素子を樹脂により封止した時に、樹脂がメサ部１２０の端面１２０Ｅに与えるストレスを軽減し、発光特性の低下や劣化を防ぐこともできる。
【００７３】
図２１は、本実施形態の半導体発光素子の製造工程を表す一部拡大断面図である。すなわち、同図は、図１１及び図１８と同様に、レジスト３２０により被覆されテープ３４０の上に貼り付けられた状態で、フッ酸に浸され、基板１００の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成する工程を表す。この状態において、ＧａＰ基板１００（またはＧａＰ接着層１０１）とｎ型ＧａＰ層１１５との界面Ｓ１は、同質の半導体の界面であり、フッ酸の侵入は殆ど生じない。従って、矢印Ｐ１の経路からのフッ酸の侵入は阻止され、メサ部１２０はフッ酸から保護される。また、ｎ型ＧａＰ層１１５とレジスト３２０との界面Ｓ２は、フッ酸の侵入が生ずる場合がある。しかし、この経路Ｐ２によりフッ酸が侵入しても、ｎ型ＧａＰ層１１５により、メサ部１２０は保護される。
【００７４】
このように、ｎ型ＧａＰ層１１５により覆うことによって、メサ部１２０をフッ酸から強固に保護することができる。
【００７５】
以下、本実施形態の半導体発光素子の製造方法について、具体例を参照しつつ詳述する。
図２２乃図２９は、本実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。すなわち、これらの図は、積層体２００をＧａＰ基板１００に接着した後の工程を表す。
【００７６】
まず、図２２に表したように積層体２００をＧａＰ基板１００に接着した後、積層体２００の表面にダイシングラインＤＬを形成する（図２３）。所定のパターニングプロセスによりレジスト３６０をパターニングし、幅４０〜５０μｍ、ＧａＰ層の深さ１０〜２０μｍまでハーフダイシング処理を行う。この後、ＨＣｌ：Ｈ２０２：Ｈ２Ｏ＝９５：２：３の混合液により１０〜３０分間処理することにより破砕層を除去する（図２４）。
【００７７】
この後、レジスト剥離液により剥離処理を行う。ダイシングライン形成はＲＩＥエッチングによって行なうことも可能である。例えば所定のレジストパターニングを行ない、エッチングガスをＣｌ２，ＢＣｌ３，Ａｒ、Ｏ２の混合ガス、ＲＦパワーを１００〜５００Ｗ、圧力１０〜１００ｍＴｏｒｒ、処理時間１０〜３０ｍｉｎで行なうことにより、幅４０〜５０μｍ、ＧａＰ層の深さ１０〜２０μｍの形状を得ることができるる。
【００７８】
次に、積層体２００およびダイシングライン上にＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＰ層１１５のエピタキシャル成長を行う（図２５）。積層体２００とｎ型ＧａＰ層１１５は格子定数のミスマッチが大きいため、グレーデッド（graded）層（格子不整合緩和層）を追加することでモフォロジーの良好なＧａＰ層１１５が得られる。ＭＯＣＶＤ法は前述の積層体２００の製造方法と同様である。たとえばＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなり、キャリア濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度、厚さが０．１〜２．０μｍ程度のＩｎ０．４９（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５１Ｐからなる層と、ＭＦＣのランピング機能を使用してＡｌ組成とＩｎ組成を徐々に減少させてＩｎ０．４９（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５１ＰからＧａＰ層へとするＧｒａｄｅｄ層と、キャリア濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度、厚さが２．０μｍ〜１０．０μｍ程度のｎ型ＧａＰ層１１５をそれぞれエピタキシャル成長する。
【００７９】
次に、ｎ型ＧａＰ層１１５面の表面にＡｕ−Ｔｉ合金、またはＡｕ−Ｇｅ合金などを真空蒸着などにより成膜してパターニングをすることによりｎ側電極１１０を形成する。またＧａＰ基板１００の裏面側にＡｕ−Ｚｎ合金などを全面に設けてｐ側電極１４０を形成する。
【００８０】
次に、処理中のｐ、ｎ両側電極保護用としてレジスト３７０、３６０を塗布（図２６）し、ｎ側電極面をテープ３８０で固定する。この後、ＧａＰ基板１００の裏面側をストレートにダイシングし、略直方体型に形成（図２７）した後、テープの引き伸ばしを行ない、ＨＣｌ：Ｈ２０２：Ｈ２Ｏ＝９５：２：３の混合液により破砕層を除去する。
【００８１】
次に、前処理としてＮＨ４Ｆ処理を処理時間１０〜３０分間行う。従来技術では不均一に形成されていたフロスト形状であったものが、ＮＨ４Ｆ処理を行なうことでフロスト形状を均一に形成することが可能となる。
【００８２】
次に、前処理後１０秒以内に１０〜４９％ＨＦ液でＨＦフロスト処理を処理時間１０〜３０分間行ない、ＧａＰ基板１００の側面１００Ｓに高低差１．０μｍ程度、周期が０．５〜１．０μｍ程度の凹凸Ｃを均一に形成する（図２８）。その後、ｐ、ｎ両側電極面のレジスト３６０、３７０を剥離液により剥離処理を行い、テープ３９０に転写してＬＥＤチップが完成する。
【００８３】
本実施形態によれば、ｎ型ＧａＰ層１１５でメサ部１２０を覆うことにより、ＨＦフロスト処理におけるメサ部１２０の浸食を防ぎ、安定なフロスト形成を可能とした。
【００８４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態として、基板１００の側面に傾斜を設けた半導体発光素子について説明する。
図３０は、本実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図２９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８５】
すなわち、本実施形態の半導体発光素子も、ＧａＰ基板１００の上にメサ部１２０が設けられ、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃが設けられることにより、光の取り出し効率が改善された構造を有する。
そしてさらに、本実施形態においては、基板１００の側面１００Ｓは、第１の傾斜部１００Ｓ１と、第２の傾斜部１００Ｓ２と、を有する。
第１の傾斜部１００Ｓ１は、同図において、上方に向かって素子の幅が広がるように設けられている。このように上方に向けて広がるような傾斜部１００Ｓ１を設けることにより、メサ部１２０からこの傾斜部１００Ｓ１に入射する光Ｌ１の入射角度を変化させ、全反射をさらに抑制することができる。
【００８６】
一方、第２の傾斜部１００Ｓ２は、これとは逆に上方に向かって素子の幅が狭くなるように設けられている。このように、上方に向かって素子の幅が狭くなるように傾斜した傾斜部１００Ｓ２を設けることにより、封止樹脂が発光素子をその側面から圧迫するようにストレスが負荷された場合でも、発光素子を持ち上げて、リードフレームなどのマウント部材から発光素子が剥離するという問題を抑制できる。
【００８７】
すなわち、このように、互いに反対に方向に傾斜した第１及び第２の傾斜部１００Ｓ１、１００Ｓ２を設けることにより、光の取り出し効率を改善しつつ、樹脂と発光素子との密着性を改善し、発光素子と樹脂との剥離を防ぐことができる。さらにまた、樹脂が発光素子に与えるストレスを上下方向に分散させ、樹脂からのストレスに起因する発光素子の劣化を抑制できる。
【００８８】
ここで、第１の傾斜部１００Ｓ１が形成される部分の高さＨ１は、６０μｍ以上２６０μｍ以下であり、基板１００の主面に対する傾斜角度θ１は、２°以上１５°以下とすることが望ましい。 傾斜角度θ１が大きくなると、発光素子を封止する樹脂の応力によって、発光素子がリードフレームなどの部材から剥れ、オープン不良が発生する場合がある。この点や、素子の作成容易性、組み立て性、さらにコストなどを考慮すると、第１の傾斜部１００Ｓ１が設けられる部分の高さＨ１は、１００μｍ以上２２０μｍ以下とし、傾斜角度θ１は、３°以上１０°以下とすることがさらに望ましい。
【００８９】
一方、第２の傾斜部１００Ｓ２が形成される高さＨ２は１０μｍから９０μｍ、その傾斜角度θ２は５°以上８０°以下とすることが望ましい。また。高さＨ２は４０μｍ以上７０μｍ以下、傾斜角度θ２は３０°以上６０°以下とすることがさらに望ましい。この第２の傾斜部１００Ｓ２は、前述したように、素子を封止する樹脂のストレスによる発光素子の「剥れ」を低減する効果を有する。またさらに、メサ部１２０から放出され、ｐ側電極１４０により反射された光Ｌ２の入射角度を変化させて光の取り出し効率をさらに改善する作用も有する。
【００９０】
本実施形態における第１及び第２の傾斜部１００Ｓ１、１００Ｓ２は、ダイシングによりそれぞれ形成することができる。例えば、図８に表した工程において、ｎ側から所定の深さまでダイシングすることにより、第２の傾斜部１００Ｓ２を形成することができる。この時、ダイシング・ブレードの刃先の角度を適宜選択することにより、傾斜角度θ２を制御できる。
【００９１】
また、図９に表した工程において、ｐ側から所定の深さまでダイシングすることにより、第１の傾斜部１００Ｓ１を形成できる。この際にも、ダイシング・ブレードの刃先の角度を適宜選択することにより、傾斜角度θ１を制御できる。
【００９２】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態として、反射手段や電流ブロック手段を設けた半導体発光素子について説明する。
図３１は、本実施形態にかかる半導体発光素子の一部拡大断面図である。すなわち、同図は、メサ部１２０の付近を拡大した模式断面図である。
また、図３２は、その全体構造を表した模式断面図である。これらの図についても、図１乃至図３０に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９３】
すなわち、本実施形態の半導体発光素子も、ＧａＰ基板１００の上にメサ部１２０が設けられ、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃが設けられることにより、光の取り出し効率が改善された構造を有する。
そしてさらに、本実施形態においては、ｎ側のコンタクト層１０９の下に、反射鏡１１１が設けられている。反射鏡１１１は、例えば、発光層１０６から放出される光の波長の１／４の光学的膜厚を有する２種類の半導体層を交互に積層させた、ブラッグ反射鏡とすることができる。具体的には、例えば、ＩｎＡｌＰ層と、ＧａＡｓ層とを交互に積層させた構造を用いることができる。
【００９４】
ｎ側電極１１０の下のコンタクト層１０９の部分においては、金属と半導体とがアロイ化することにより、光の反射率が低下している場合がある。これに対して、本実施形態によれば、ｎ側電極１１０の下に反射鏡１１１を設けることにより、発光層１０６から上方に放出された光Ｌは、高い効率で反射され、ＧａＰ基板１００の側面１００Ｓから外部に高い効率で取り出すことができる。
【００９５】
図３３は、本実施形態のもうひとつの具体例を表す一部拡大断面図である。すなわち、本変型例においては、電流拡散層１０８の下側に電流ブロック層１１２が設けられている。電流ブロック層１１２は、ｎ側電極１１０の位置に対応して設けられ、ｎ側電極１１０を介して注入される電流をブロックする役割を有する。すなわち、ｎ側電極１１０を介して注入された電流は、同図に矢印Ｉで表したように電流ブロック層１１２の周囲に分散され、メサ部１２０の周囲において発光領域Ｅを形成する。発光領域Ｅは、ｎ側電極１１０よりも外側に形成されるので、上方や端面に向けて放出された光Ｌ１は、電極１１０に遮蔽されることなく、外部に取り出すことができ、光の取り出し効率が改善される。
【００９６】
またさらに、電流ブロック層１１２として、図３１及び図３２に関して前述したような光反射作用を有する構造を用いれば、図３３に表したように、発光領域Ｅから放出された光Ｌ２は、電流ブロック層１１２により高い効率で反射され、ＧａＰ基板の側面１００Ｓから高い効率で外部に取り出すことができる。
【００９７】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態として、第１乃至第５の実施の形態にかかる半導体発光素子を用いた半導体発光装置について説明する。
すなわち、本発明の第１乃至第５の半導体発光素子として前述した各素子は、例えば、樹脂に封止して半導体発光装置とすることができる。
【００９８】
図３４は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第１の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例の半導体発光装置は、「砲弾型」などと呼ばれる樹脂封止型の半導体発光装置である。
リード５１０の上部には、カップ部５１０Ｃが設けられ、本発明の半導体発光素子１０は、このカップ部５１０Ｃの底面に接着剤などによりマウントされている。そして、もうひとつのリード５２０にワイア５３０により配線が施されている。カップ部５１０Ｃの内壁面は、光反射面５１０Ｒを構成し、半導体発光素子１０から放出された光を反射して上方に取り出すことができる。
【００９９】
カップ部５１０Ｃは、光透過性の樹脂５４０により封止されている。樹脂５４０の光取り出し面５４０Ｅは、集光曲面を形成し、半導体発光素子１０から放出される光を適宜集光させて所定の配光分布が得られるようにすることができる。
【０１００】
本発明によれば、図１乃至図３３に関して前述した半導体発光素子を用いることにより、発光層から放出された光を高い効率で素子から取り出すことができる。基板の側面１００Ｓから放出された光は、カップ部の反射面５１０Ｒにより反射され、樹脂５４０を介して取り出すことができる。その結果として、輝度の高い半導体発光装置を実現できる。
【０１０１】
また、半導体発光素子の基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃを設けることにより、封止樹脂５４０と発光素子との密着性を改善し、樹脂と発光素子との「剥がれ」を抑制できる。さらに、図１４、図１６、図２０に関して前述したように、樹脂５４０が発光素子のメサ部の端面１２０Ｅに与えるストレスを軽減し、発光特性の低下や劣化を抑制するとともに、信頼性を改善することができる。
【０１０２】
その結果として、優れた発光特性と優れた信頼性を有する半導体発光装置を提供できる。
【０１０３】
図３５は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第２の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例においては、図１乃至図３３に関して前述した本発明の半導体発光素子１０は、リード６１０の上にマウントされ、もうひとつのリード６２０にワイア６３０により接続が施されている。半導体発光素子１０を封止する樹脂６４０は、その光軸６４０Ｃを中心軸とした回転対称であり、中心において半導体発光素子１０の方向に後退し集束する形状を有する。このような形状の樹脂６４０を採用することにより、広角に光を分散させる配光特性が得られる。
【０１０４】
本具体例の半導体発光装置においても、図３３に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性と優れた信頼性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１０の基板の側面１００Ｓから高い効率で光を取り出せるので、広角の配光特性がさらに改善される。
【０１０５】
図３６は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第３の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例は、「表面実装型」などと称されるものであり、図１乃至図３３に関して前述した本発明の半導体発光素子１０は、リード７１０の上にマウントされ、もうひとつのリード７２０にワイア７３０により接続されている。これらリード７１０、７２０は、第１の樹脂７４０にモールドされており、半導体発光素子１０は、透光性を有する第２の樹脂７５０により封止されている。第１の樹脂７４０は、例えば、酸化チタンの微粒子などを分散させることにより、光反射性が高められている。そして、その内壁面７４０Ｒが光反射面として作用し、半導体発光素子１０から放出された光を外部に導く。
【０１０６】
本具体例の半導体発光装置においても、図３３に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性と優れた信頼性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１０の基板の側面１００Ｓから高い効率で放出された光を光反射面７４０Ｒにより反射させて取り出せるので、高い輝度が得られる。
【０１０７】
図３７は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第４の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例も、「表面実装型」などと称されるものであり、図１乃至図３３に関して前述した本発明の半導体発光素子１０は、リード８１０の上にマウントされ、もうひとつのリード８２０にワイア８３０により接続されている。これらリード８１０、８２０の先端は、半導体発光素子１０とともに、透光性を有する樹脂８４０にモールドされている。
【０１０８】
本具体例の半導体発光装置においても、図３３に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性と優れた信頼性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１０の基板の側面１００Ｓから高い効率で放出された光を樹脂８４０の側面から取り出せるので、高い発光強度が得られる。
【０１０９】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【０１１０】
例えば、本発明の半導体発光素子に設けられるダブルヘテロ構造や多重量子井戸構造をはじめとする各要素の構造、材料、形状、厚みや配置関係については、公知の半導体発光素子を元に当業者が適宜適用したものも包含する。
【０１１１】
また、本発明の実施の形態として前述した各具体例が有する特徴点を組み合わせたものも本発明の範囲に包含される。例えば、図１１及び図１４に関して前述した周壁部１５０と、図１６乃至図１９に関して前述したトレンチ１００Ｔとを兼ね備えた半導体発光素子は、本発明の範囲に包含される。
【０１１２】
また例えば、周壁部１５０またはトレンチ１００Ｔと、図３０に関して前述したような第１及び第２の傾斜部１００Ｓ１、１００Ｓ２と、を組合せた半導体発光素子も本発明の範囲に包含される。
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、発光層からの光の取り出し効率を上げるとともに、製造歩留まりも高く、信頼性も優れた半導体発光素子及びその製造方法並びに、この半導体発光素子を用いた半導体発光装置を提供することが可能となり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図２】第１実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１００を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図３】第１実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１００を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図４】第１実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１００を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図５】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図６】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図７】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図８】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図９】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１０】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１１】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１２】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１３】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１４】周壁部１５０が維持された半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図１５】複数の周壁部１５０が設けられた半導体発光素子を例示する模式断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態の半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図１７】図１６の半導体発光素子をｎ側から眺めた平面図である。
【図１８】基板１００の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成する工程を表す一部拡大断面図である。
【図１９】第２本実施形態の変型例の半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図２１】第３実施形態の半導体発光素子の製造工程を表す一部拡大断面図である。
【図２２】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２３】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２４】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２５】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２６】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２７】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２８】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２９】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３０】本発明の第４実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図３１】本発明の第５実施形態にかかる半導体発光素子の一部拡大断面図である。
【図３２】図３１の半導体発光素子の全体構造を表した模式断面図である。
【図３３】第５実施形態のもうひとつの具体例を表す一部拡大断面図である。
【図３４】本発明の第６実施形態にかかる半導体発光装置の第１の具体例を表す模式断面図である。
【図３５】本発明の第６実施形態にかかる半導体発光装置の第２の具体例を表す模式断面図である。
【図３６】本発明の第６実施形態にかかる半導体発光装置の第３の具体例を表す模式断面図である。
【図３７】本発明の第６実施形態にかかる半導体発光装置の第４の具体例を表す模式断面図である。
【図３８】従来の構造を表した模式図である。
【符号の説明】
θ１、θ２ 傾斜角度
１００ 基板
１００Ｓ 側面
１００Ｓ１、１００Ｓ２ 傾斜部
１００Ｔ トレンチ
１００Ｕ 上面
１０１ 接着層
１０２ 接着歪緩和層
１０２ 緩和層
１０３ ｐ型クラッド層
１０４ 不純物拡散阻止層
１０６ 発光層
１０７ ｎ型型クラッド層
１０８ 電流拡散層
１０９ コンタクト層
１１０ ｎ側電極
１１１ 反射鏡
１１２ 電流ブロック層
１１５ ＧａＰ層
１２０ メサ部
１２０Ｅ 端面
１４０ ｐ側電極
１５０ 周壁部
２００ 積層体
３００ 半導体基板
３２０、３４０、３６０ レジスト
３４０、３５０ テープ
５１０、５２０、６１０、６２０、７１０、７２０、８１０、８２０ リード
５１０Ｃ カップ部
５１０Ｒ 光反射面
５３０、６３０、７３０、８３０ ワイア
５４０、６４０、７４０、７５０、８４０ 封止樹脂
７４０Ｒ 光反射面
７４０Ｒ 内壁面
１３００ 透明基板
１３０３ 整形側面
１３０４ マウント面
１３０５ 端面
１３１４ 発光層
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法並びに半導体発光装置に関し、特に、電流を注入することにより発光層において生じた光を高い効率で外部に取り出すことができる発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）としての半導体発光素子及びその製造方法並びにこの半導体発光素子を用いた半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子は、低消費電力、高効率、高信頼性などの利点を有することから、各種の表示装置や液晶のバックライトなどの用途において従来の白熱電球などの代替用の光源としての利用が進められている。
特に、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体は、直接遷移型であり、赤色から緑色の波長領域において高効率で発光できる材料である。このため、車載用の赤色ストップランプや黄色の方向指示ランプ、交通信号の赤色ランプや黄色ランプなどにも利用が拡大している。
【０００３】
半導体発光素子の場合、素子内部に設けられた発光層となる活性層に電流を注入することにより生ずるホール（正孔）と電子との再結合により発光が実現される。そして、活性層で発生した光の一部が半導体発光素子の表面から外部に取り出される。通常、半導体発光素子は、反射板が形成されたリード上にマウントされ、レンズ形状をしたエポキシ等の樹脂で封止モールドされている。半導体発光素子から出てきた光を反射板で反射し、レンズで集光することで発光特性を制御している。
【０００４】
上述したＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体を結晶成長するための基板としては、通常は、ＧａＡｓ基板が用いられる。しかし、ＧａＡｓは、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体から得られる発光に対して不透明であるため、そのまま残しておくと光吸収が生ずる。そこで、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体をまずＧａＡｓ基板の上に形成し、しかる後に、透明なＧａＰ基板を接着して、不透明なＧａＡｓ基板を除去することにより、比較的高輝度の半導体発光素子を得る方法が開発されている。なおここで、「透明」とは、発光層（活性層）において生ずる光に対して実質的に透光性を有することをいうものとする。
【０００５】
しかし、このように透明基板を接着して得られた半導体発光素子においても、光の取り出し効率は十分に高いとは言えず、未だ改善の余地があった。すなわち、素子の内部の発光層において生じた光は、３６０°あらゆる方向に放射されるが、半導体結晶とそれを封止するエポキシ樹脂とに屈折率差があるため、発光素子と樹脂との界面で反射され、発光素子の外部に取り出せない光成分が存在する。
ここで、半導体結晶の屈折率を３．３、封止モールド材のエポキシの屈折率を１．５とすると、その臨界角θｃは、スネルの法則により、、θｃ＝ｓｉｎ−１（１．５／３．３）＝２７°となる。つまり、発光素子と樹脂との界面の垂線に対して２７°より大きい角度で界面に入射した光は全反射され、発光素子内部から取り出すことができない。半導体発光素子は、通常、立方体（六面体）状に形成されるので、理想的に全ての面から光が取り出せたとすると約２８％の光を外部に取り出すことができる。しかし、発光素子の表面には、ｎ側及びｐ側の２つの電極が形成されていること、ｎ側或いはｐ側のいずれかの電極が接着材で反射板などに取付けられていること、またこれら電極面に入射した光が電極アロイ層で吸収されることなどから外部に光を取り出すことができる光の割合は２８％を下回る。
【０００６】
本問題を解決し、光取り出し効率を高くできる構造として、透明基板を用い、且つ、透明基板を適当な形状に加工する方法が検討されている。この方法は、例えば、特開平１０−３４１０３５号公報に記載されている。
図３８は、同公報に記載されている構造を表した模式図である。すなわち、透明なｐ型のＧａＰ基板１３００の第１の面１３０１の上には発光層１３１４が形成されている。発光層１３１４は、ｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層、が順次積層された構造を有する。この発光層１３１４には、ｐ側電極１３０９とｎ側電極１３１０と、を介して電流が注入される。この電流注入により、発光層１３１４の活性層が光を放射し、この光は基板１３００の第２の面１３０２側から取り出される。
【０００７】
図３８の素子では、透明基板１３００の側面１３０３の向きが、発光層１３１４の垂直方向に対してオフセットした角度をなすように、半導体発光素子を整形することによって、全光抽出量の増大が図られている。この素子形状によれば、透明基板１３００の整形側面１３０３が、発光層１３１４からの光を第２の面１３０２に向かって反射する。このため、第２の面１３０２から多くの光を取り出すことも可能となり、光の取り出しが増大する。また、この整形側面１３０３によって、内部で発生した光が結晶界面で多重反射されることなく外部に取り出せるため、発光層１３１４の活性層やオーム性接触部における光吸収を低減できる。このように、図３８の構造によれば、基板１３００の第２の面１３０２を光取り出し面とし、基板１３００を適当な形状に加工することによって、光取り出し効率を高くしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３４１０３５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３８の半導体発光素子やそれを用いた半導体発光装置は、光取り出し効率は改善されたものの、製造歩留まりが低下したり、寿命が短くなったりするという問題を有する。
【００１０】
すなわち、図３８の素子は、基板１３００の第２の面１３０２を光取り出し面としているため、発光層１３１４中のｐｎ接合が、図中下側のマウント面１３０４に近い。このため、リードフレームなどに素子のマウント面１３０４を導電性のマウント剤（接着剤）を用いてマウントする際、発光層１３１４中のｐｎ接合の端面１３０５がショートして、製造歩留まりが低下する問題が発生する。この対応策としてマウント剤を半導体発光素子の側面に付着しないように少量にすれば、接着強度が弱く、長期通電時に発光素子のマウント面１３０４がリードフレームから剥がれやすくなり、寿命が短くなる問題が発生する。
【００１１】
また、さらに、整形側面１３０３を、マウント面１３０４から見て上方に単一に広がるように傾斜させて形成すると、半導体発光素子を樹脂で封止した場合に、樹脂がこの側面１３０３を上方に持ち上げようとする応力が作用しやすくなる。その結果として、発光素子がリードフレームなどの部材から剥離しやすくなり、製造歩留まりが低下したり、長期信頼性が低下するなどの問題が発生しやすい。
【００１２】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、発光層からの光の取り出し効率を上げるとともに、製造歩留まりも高く、信頼性も優れた半導体発光素子及びその製造方法並びに、この半導体発光素子を用いた半導体発光装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の半導体発光素子は、｛１００｝から〈０１１〉方向に傾斜した主面と、前記主面と対向する裏面と、高低差が１マイクロメータ以上の凹凸を有する側面と、を有するＧａＰ基板と、
前記主面の上に設けられＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を有するメサ部と、
を備え、
前記側面は、前記裏面側から前記主面に向かう第１の傾斜部と、前記第１の傾斜部から前記主面に向かう第２の傾斜部と、を有し、
前記第１の傾斜部は、前記裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜し、
前記第２の傾斜部は、前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜し、
前記発光層から放出された光の一部を前記ＧａＰ基板の前記側面から取り出し可能としたことを特徴とする。
【００１４】
または、本発明の半導体発光素子は、｛１００｝から〈０１１〉方向に傾斜した主面と、前記主面と対向する裏面と、凹凸により実質的に覆われた側面と、を有するＧａＰ基板と、
前記主面の上に設けられＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を有するメサ部と、
を備え、
前記側面は、前記裏面側から前記主面に向かう第１の傾斜部と、前記第１の傾斜部から前記主面に向かう第２の傾斜部と、を有し、
前記第１の傾斜部は、前記裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜し、
前記第２の傾斜部は、前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜し、
前記発光層から放出された光の一部を前記ＧａＰ基板の前記側面から取り出し可能としたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体発光装置は、リードと、前記リードの上にマウントされた上記のいずれかの半導体発光素子と、前記半導体発光素子を封止した樹脂と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部と、前記複数のメサ部のそれぞれの周囲を取り囲む周壁部と、を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記メサ部及び前記周壁部を保護膜により被覆する工程と、
前記メサ部及びそれを取り囲む前記周壁部とそれに隣接するメサ部及びそれを取り囲む周壁部とを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
または、本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記複数のメサ部のそれぞれを取り囲むようにその周囲の前記ＧａＰ基板にトレンチを形成する工程と、
前記メサ部及びそれを取り囲む前記トレンチとそれに隣接するメサ部及びそれを取り囲むトレンチとを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
または、本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記複数のメサ部を被覆するようにＧａＰ層を形成する工程と、
前記複数のメサ部のそれぞれを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
なお、本明細書において「ＩｎＧａＡｌＰ系半導体」とは、組成式ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰにおける組成比ｘおよびｙを、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、但し（ｘ＋ｙ）≦１の範囲で変化させたあらゆる組成の半導体を含むものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。
すなわち、同図に表した半導体発光素子は、ＧａＰ基板１００と、その主面上に設けられたＩｎＧａＡｌＰ系材料を含むメサ部１２０と、を有する。
ｐ型ＧａＰからなるＧａＰ基板１００は、その側面１００Ｓに、高低差が数マイクロメータ程度の微細な凹凸Ｃが形成されている。このような凹凸Ｃを設けることにより、光の全反射を防いで素子内部からの光の取り出し効率を改善することができる。
一方、メサ部１２０は、ｐ型不純物が添加されたＧａＰからなる接着層１０１、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＰからなる接着歪緩和層１０２、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層１０３、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなる不純物拡散阻止層１０４、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなる発光層１０６、ｎ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層１０７、ｎ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｌＰからなる電流拡散層１０８を有する。なお、接着層１０１は、メサ部１２０のみならず、ＧａＰ基板１００の主面の上の全面にわたって設けられていてもよい。
【００２２】
このメサ部１２０の積層体は、ＧａＡｓなどの別の基板上にエピタキシャル成長により形成され、しかる後にＧａＰ基板１００に接着される。この製造プロセスについては、後に詳述する。
メサ部１２０の上には、ｎ型不純物が添加されたＧａＡｓからなるコンタクト層１０９と、少なくとも金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とを含む金属からなるｎ側電極１１０が設けられている。
一方、ｐ型ＧａＰ基板１００の裏面側には、少なくとも金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む金属からなるｐ側電極１４０が設けられている。
ｐ側電極１１０にプラス、ｎ側電極１４０にマイナスの電圧を加えることで活性層となる発光戸層１０６で光が発生し、その光が半導体結晶から外部に取り出される発光素子が実現できる。
【００２３】
素子に流すことができる電流値は、発熱による熱飽和に制限され、素子の平面サイズによりほぼ決まる。すなわち、素子サイズが概ね１５０μｍ角では動作電流は２０ｍＡまで、２５０μｍ角では７０ｍＡまで、４００μｍ角では１２０ｍＡまで、５５０μｍ角では２００ｍＡまで、１０００μｍ角では１Ａまで可能となる。
【００２４】
以下、本実施形態の半導体発光素子を構成する各要素についてさらに詳細に説明する。
（基板１００）
ｐ型ＧａＰ基板１００は、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）などが添加されている。また、前述したように、基板１００の主面上には、ＧａＰからなる接着層１０１が全面にわたって設けられていてもよい。
【００２５】
そして、ｐ型ＧａＰ基板１００の主面は、｛１００｝から〈０１１〉方向に傾斜している。具体的には、例えば、（−１００）面から［０−１−１］方向に５°以上３０°以下の範囲で傾斜している。
【００２６】
この傾斜角のＧａＰ基板１００の用いた場合、基板上に成長したＧａＰ接着層１０１の表面モフォロジーが良好で、ピット密度やヒロック密度が（−１００）基板に比べて１桁以上少なく、接着時のピット及びヒロックが原因で発生するボイド（気泡）が少なく、ボイド歩留が高い。ボイドは、接着面となるＧａＰ接着層１０１とＩｎＧａＰ接着層１０２との未接着部分となり、電流が流れない、アセンブリ時に剥れる等の不具合の原因となるが、上述の傾斜角の基板を用いることにより、このようなボイドの発生を防ぐことができる。
【００２７】
さらに望ましくは、基板１００の主面は、（−１００）面から［０−１−１］方向に１５°プラスマイナス１°の範囲で傾斜している。後に詳述するように、このような面方位を与えると、基板の側面１００Ｓにおける凹凸Ｃを確実且つ容易に形成することが可能となる。１５°プラスマイナス１°の傾斜基板を用いた場合、上述したＧａＰ接着層１０１でのピットやヒロックがさらに半減することが実験にて判明しており、さらに望ましい。
【００２８】
一方、基板１００の厚さは１００μｍ以上、５００μｍ以下とすることが望ましい。さらに望ましくは、基板１００の厚さは、１５０μｍ以上、３００μｍ以下である。基板１００が５００μｍより厚くなると、活性層を含む発光層１０６で発生した光の、ＧａＰ基板１００のｐ型不純物での吸収が増加し、外部に取り出される光の量が低下する。さらに、交通信号や車載用のテールランプ等に使用する場合、発光素子の駆動電流を数アンペア等の大電流が必要になる。大電流では基板の厚さの素子抵抗分による発熱が増加し、封止している樹脂を熱劣化させるため、基板厚さは５００μｍ以下とすることが望ましく、さらに３００μｍ以下とすることが望ましい。
一方、ＧａＰ基板１００の厚さが薄くなると、発光素子の上面と下面に形成された電極１１０、１４０が、発光層１０６で発光した光を遮蔽するため光の取り出しが低下する。従って、基板１００の厚みは１００μｍ以上とすることが望ましく、１５０μｍ以上とすることがさらに望ましい。
【００２９】
（基板側面１００Ｓ）
基板側面１００Ｓの表面には、高低差が数マイクロメータ程度の凹凸Ｃが形成されている。後に詳述するように、この凹凸Ｃは、基板側面をフッ酸（ＨＦ）によりエッチング処理することで形成される。そして、特に基板１００の主面が（−１００）から［０−１−１］方向に傾いた基板を用いると、凹凸Ｃを一様に形成することができる。形成された凹凸Ｃにより側面１００Ｓの表面積が拡大し、界面に対して素子内部から入射する光の入射角度を変化させることができるため、全反射が抑制されて素子内部からの光取り出しが増加する。
【００３０】
例えば、図１に例示したように、メサ部１２０の発光層から放出された光Ｌ１を全反射させず側面１００Ｓから外部に放出させることができる。同様に、ｐ側電極１４０において反射された光Ｌ２も全反射させずに側面１００Ｓから外部に放出させることができる。なお、電極１４０において反射され、素子の上面１００Ｕに向かう光Ｌ３は、上面１００Ｕに対して垂直に近い方向に入射するので、全反射されずに外部に放出させることが容易である。但し、この上面１００Ｕも、側面１００Ｓと同様に凹凸Ｃを設ければ、さらに光の取り出し効率を高くすることができる。
【００３１】
また一方、このような半導体発光素子を樹脂で封止して半導体発光装置を形成する場合、基板側面１００Ｓに設けられた凹凸Ｃにより、封止樹脂との接触面積が広くなり接着強度が強固になり、樹脂と半導体発光素子との剥離を防止することができる。
また、ＧａＰ基板の側面１００Ｓは、半導体と空気或いは樹脂との界面になるため発光層１０５から放射された光がこの界面で吸収され熱に変化する。この発熱は発光素子の光出力を低下させ、また樹脂を熱劣化させるため望ましくない。側面１００Ｓに形成された凹凸Ｃは、この界面吸収を低減させる働きがあるため発光素子の発熱を抑える効果が得られる。
またさらに、このような半導体発光素子をリードフレームなどの部材にマウントする際に、ｐ側電極１４０の側に銀ペーストなどの導電性接着剤を塗布する。この導電性接着剤が半導体発光素子の側面１００Ｓを這い上がると、側面１００Ｓからの光の取り出しが阻止され、また、さらにメサ部１２０に至ると、電気的な短絡が生ずるおそれもある。これに対して、本実施形態によれば、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃを設けることにより、導電性接着剤の這い上がりを抑止し、製造歩留まりや信頼性の低下を防ぐことができる。
【００３２】
凹凸Ｃは、ＧａＰ基板をダイシングにより分離した後に、その側面１００Ｓをフッ酸（ＨＦ）によりエッチングすることによって形成することができる。まず、ダイシングにより側面１００Ｓに形成された破砕層を除去するために、例えば、マイナス５０℃から室温の間に温度制御された過酸化水素水と水と塩酸の混合液に数分から１０数分間、浸す。その後、ＨＦを用い室温から７０℃の間に温度制御して数分から１０数分間、浸して揺動することにより、凹凸Ｃを形成できる。但し、破砕層の除去や凹凸Ｃの形成の方法は、この具体例には限定されない。破砕層を除去する工程は、少なくても塩素を含む溶液又はガスを用いるにより実現できる。また、凹凸Ｃを形成する工程は、ＨＦまたはフッ素を含む溶液又はガスを用いることにより実現できる。
【００３３】
（ｐ型ＧａＰ接着層１０１）
ｐ型ＧａＰ接着層１０１は、ｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）などが添加されたＧａＰからなる。その厚みは、１ｎｍから１μｍの範囲であり、不純物濃度は１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３の範囲であることが望ましい。不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３から１×１０１９ｃｍ−３の範囲であることがさらに望ましい。
【００３４】
この接着層１０１は、ＧａＰ基板１００の基板濃度に影響を受けずに接着界面での電圧降下を一定にする作用も有する。例えば、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からの発光に対して高い透過率を有する低キャリア濃度（２×１０１７ｃｍ−３程度）のＧａＰ基板１００を用いた場合でも、接着界面での電圧降下量を一定の範囲に維持することができる。
また接着層１０１は、ＧａＰ基板１００の表面状態が接着界面に及ぼす影響を小さくするバッファ的な働きも有する。ＧａＰ基板を直接接着した発光素子においては、動作電圧の「ばらつき」が生ずることがある。これに対して、接着層１０１を設けることにより、このような動作電圧の「ばらつき」を小さくできる。
【００３５】
（ｐ型ＩｎＧａＰ接着歪緩和層１０２）
接着歪緩和層１０２は、ｐ型不純物のＺｎ、Ｍｇが添加されたｐ型のＩｎＧａＰからなり、厚さは１ｎｍから１μｍの範囲、さらに望ましくは１ｎｍから０．５μｍの範囲である。またその不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２１ｃｍ−３の範囲、さらに望ましくは、１×１０１８ｃｍ−３から１×１０１９ｃｍ−３の範囲である。
この緩和層１０２は、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に形成された発光層を含むＩｎＧａＡｌＰ材料からなる多層膜をＧａＰ基板１００に接着する際に発生する結晶歪を低減する作用を有する。特に、インジウム（Ｉｎ）を含む半導体材料はやわらかく、結晶欠陥の膜面に垂直な方向への進行を抑制する特徴がある。このため、ＩｎＧａＰ接着歪緩和層１０２を設けることにより、基板１００と薄膜半導体多層膜とを接着するときに発生する、格子定数が異なることによる結晶歪と、熱膨張係数による熱歪を低減でき、発光層への結晶歪の進行が抑えられ発光層が劣化しない。
後に詳述するように、接着の温度は４００℃から８００℃であり、温度が低い場合は接着界面の電圧降下が大きくなるため、７００℃以上とすることが望ましい。また、柔らかなインジウム（Ｉｎ）の効果を硬いアルミニウム（Ａｌ）が阻害するので、アルミニウム（Ａｌ）を含まないＩｎＧａＰが緩和層１０２として最適である。また、この緩和層１０２は、発光層の波長によっては光吸収層として作用するので、発光層１０６の井戸層のバンドギャップが緩和層１０２のバンドギャップより大きい場合は緩和層１０２の厚さを数１０ｎｍ以下とすることが望ましい。結晶性は必ずしも良い必要はなく、必要とされる電流が流れれば良い。
【００３６】
（ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０３）
クラッド層１０３は、ｐ型不純物のＭｇ、Ｚｎが添加されたｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなり、その厚さが０．１μｍから２μｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３の範囲である。このクラッド層１０３は、発光層１０６の井戸層のバンドギャップより広いバンドギャップを有し、発光領域に電流注入された電子と正孔を発光層（１０６）に閉じ込める作用を有する。基板接着時の熱処理により、ｐ型不純物であるＺｎ、Ｍｇが熱拡散するため、その不純物の添加量は、５×１０１９ｃｍ−３以下とすることが望ましい。
【００３７】
（ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ不純物拡散阻止層１０４）
不純物拡散阻止層１０４は、ｐ型不純物のＭｇ、Ｚｎが添加されたｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなり、その厚さは０．１μｍから１μｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１７から１×１０２１ｃｍ−３の範囲であることが望ましい。この拡散阻止層１０４は、接着熱処理工程においてｐ型クラッド層１０３のｐ型不純物が発光層１０６の井戸層に拡散することを阻止する働きを有する。すなわち、接着面での電圧降下を低減するためには７００℃以上での高温熱処理が必要である。この熱処理を、従来の阻止層１０４がない構造で実施するとｐ型クラッド層１０３のｐ型不純物が井戸層に拡散して深いレベルを形成し非発光のセンターとして光出力を低下させる。これに対して、阻止層１０４を設けた構造では光出力が低下することなく動作させることが可能となる。
【００３８】
また、阻止層１０４は、クラッド層１０３と発光層１０６の井戸層との中間的なバンドギャップを有する材料からなることから、発光層１０６で発生した光を屈折率が大きい量子井戸層内に閉じ込める作用も有する。このことは、電流が注入されていない量子井戸層では発光が再吸収される可能性を有していることを意味する。この量子井戸層に閉じ込められる光を、屈折率差の小さな阻止層１０４を隣接させることによりｐ型クラッド層１０３とｐ型ＧａＰ基板１００の側に引き出すことができる。このため、ＧａＰ基板１００の方向に向う光量が増大し、ＧａＰ基板１００から多くの光を取り出すことができる。特に、ｐ型クラッド層とｎ型のクラッド層とに挟まれた量子井戸構造では、クラッド層と量子井戸層の中間的な屈折率を有する阻止層１０４の効果は大きく、活性層（発光層）１０６を素子の端面方向に伝播する光成分の再吸収を低減することができる。
【００３９】
なお、ｐ型クラッド層１０３を多層構造にすることでＧａＰ基板１００側に取り出す光をさらに増加することができる。すなわち、阻止層１０４に接する第１のｐ型クラッド層１０３Ａを阻止層１０４よりも大きな屈折率を有するＩｎＧａＡｌＰにより形成し、さらに、第１のｐ型クラッド層１０３Ａに接する第２のｐ型クラッド層１０３Ｂを井戸層と阻止層１０４の中間的な屈折率を有するＩｎＧａＡｌＰにより形成する。このようにすれば、発光層１０６で発生した光をＧａＰ基板１００側にさらに効率的に引き出すことができる。また、ｐ型クラッド層１０３の組成を段階的に変化させると、さらに引き出し効果は向上する。
【００４０】
（ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ発光層１０６）
発光層１０６は、ｐ型不純物のＭｇ、Ｚｎが添加されたｐ型のＩｎＧａＡｌＰ井戸層と、やはりｐ型不純物のＭｇ、Ｚｎが添加されたｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなる障壁層と、を交互に積層させた構造を有する。これら井戸層と障壁層の厚みは、量子効果が発生するように、１ｎｍから２０ｎｍの範囲とすることが望ましい。井戸層の不純物の添加量は、１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２１ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。また、障壁層の不純物の添加量は、１×１０１７ｃｍ−３から１×１０２０ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。
【００４１】
これら井戸層と障壁層を交互に１０対から８０対程度積層することにより、電流注入による光出力の直線性がよく、数ｍＡから数Ａまで光出力の飽和が見られない発光素子が実現できる。なお、量子井戸層の両端は、障壁層とすることが望ましい。
【００４２】
またＧａＰ基板１００を接着、整形した発光素子では、結晶界面で反射された光が吸収層となる井戸層で再吸収される問題が顕著になる。これに対して、井戸層の厚さ１０ｎｍ以下の薄膜にすることで、発光層１０６を光が横断したときの吸収を低減できる。さらに、井戸層の薄膜化によって、井戸層での光閉じ込め効果が低下し井戸層に存在する光の割合を小さくできるため、井戸層での再吸収を低減できる。このため、井戸層で発生した光を有効に外部に取り出すことができる。
【００４３】
一方、障壁層のバンドギャップは、井戸層とクラッド層１０３の中間の大きさを有する。これは、井戸層への電子と正孔の閉じ込めと井戸層からの光のしみ出しを顕著にするためである。障壁層に不純物を多く添加すると不純物の準位により光の吸収が顕著になるため、ｐ型不純物の添加量は、５×１０１９ｃｍ−３以下とすることが望ましい。
【００４４】
（ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０７）
クラッド層１０７は、ｎ型不純物のシリコン（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｌＰからなり、その厚さは０．１μｍから２μｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１７から１×１０２１ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。このクラッド層１０７は、発光層１０６を構成する井戸層及び障壁層よりも広いバンドギャップを有し、電流注入された電子と正孔を多重量子井戸層を含む発光層に閉じ込める作用を有する。
【００４５】
（ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１０８）
電流拡散層１０８は、ｎ型不純物のＳｉ、Ｓｅが添加されたｎ型のＩｎＧａＡｌＰからなり、その厚さは０．５μｍから４μｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１７から１×１０２１ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。この電流拡散層１０８は、クラッド層１０７のバンドギャップより狭く、多重量子井戸層を含む発光層の光を吸収しない程度に大きなバンドギャップを有する。
【００４６】
電流拡散層１０８は、電極１１０を介して注入された電流を、電極よりも大きな発光層（多重量子井戸層を含む）１０６の全体に拡げる作用を有する。さらに、電流拡散層１０８は、発光層１０６との屈折率差が小さく、ｎ型クラッド層１０７の方向に放出された光を結晶表面に取り出す作用も有する。電流拡散層１０８に不純物を高濃度に添加すると格子不整合率が大きくなり結晶性が悪くなるため、不純物添加量は、厚さが２μｍ以下の場合は１×１０２１ｃｍ−３以下とし、厚さが２μｍから４μｍの場合は１×１０１９ｃｍ−３以下とすることが望ましい。
【００４７】
（ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０９）
コンタクト層１０９は、ｎ型不純物のＳｉ、Ｓｅが添加されたｎ型のＧａＡｓからなり、その厚さは１ｎｍから１００ｎｍの範囲で、不純物の添加量は１×１０１８ｃｍ−３から１×１０２１ｃｍ−３の範囲とすることが望ましい。
このコンタクト層１０９は、ｎ側電極１１０に対する接触抵抗を低減する役割を有する。但し、コンタクト層１０９は、発光層（多重量子井戸を含む）１０６からの発光を吸収する材料からなるため、その厚さは吸収の影響が少なくなるよう、数１０ｎｍ以下とすることが望ましい。コンタクト層１０９をＩｎＧａＰにより形成すれば、発光層１０６からの発光を吸収する割合が低下するためさらに望ましい。コンタクト層１０９を、メサ部１２０の全面に形成する場合は、コンタクト層１０９の厚さを０．０５μｍ〜０．０１μｍにすることでコンタクト層１０９を電流拡散層１０８の全面に形成した構造において光吸収が少なく、電流広がり効果により素子抵抗が低減し動作電圧の低い発光素子が実現できる。
【００４８】
（ｎ側電極１１０）
ｎ側電極１１０は、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とを含む材料からなり、電極材料のマイグレーション（migration）を抑えるために、モリブデン（Ｍｏ）を含有させる場合もある。電極１１０は、厚さが１μｍから数μｍのボンディングパッドと、厚さ数１００ｎｍでその周辺に伸びた複数の直線部とから形成することができる。ＧａＰ基板１００を接着した構造では金（Ａｕ）ワイヤをボンディングする工程でのボンディング加重と超音波により接着界面にクラックが発生する問題が発生する場合があるが、コンタクト層１０９の厚さを０．１μｍから０．５μｍとし、電流拡散層１０８の厚さを０．５μｍから２μｍとすることで、ボンディング時にクラックが発生することがなく長期動作ができるようになった。
【００４９】
（ｐ側電極１４０）
ｐ側電極１４０は、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む材料からなり、亜鉛（Ｚｎ）の一部がＧａＰ基板１００に拡散していくことにより、良好なオーミック特性を示す。図示しないマウント部材に素子を接着するための接着材との密着性を強固にするためには、ｐ側電極１４０の厚さは、０．１μｍから数μｍとすることが望ましい。
【００５０】
（ＩｎＧａＡｌＰ材料からなるメサ部１２０）
発光層１０６を含む複数層を、ＧａＰ基板１００よりも小さなメサ形状に形成することで、ＧａＰ基板１００の側面１００Ｓの形成や凹凸Ｃの形成の際に発生するダメージ層の影響を少なくでき、結晶欠陥による劣化を抑えることができる。また、メサ部の面積は、ＧａＰ基板１００の主面の面積の概ね６０〜９０％の範囲とすることで、電流が適度に集中し発光効率が高くなり光出力が増加する。
【００５１】
次に、本実施形態の半導体発光素子の製造方法について説明する。
最初に、ＧａＰ基板を貼り合わせるまでの工程について説明する。
【００５２】
図２乃至図４は、本実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１００を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【００５３】
まず、図２に表したように、ｎ型のＧａＡｓからなる第１の半導体基板３００の上に、ＭＯＣＶＤ（metal-organic chemical vapour deposition：有機金属化学気相成長）法などの方法により、ｎ型コンタクト層１０９〜接着歪緩和層１０２までの各半導体層をこの順にエピタキシャル成長させて積層体２００を形成する。
例えば、クラッド層１０７を形成する工程について説明すると、ＭＯＣＶＤ反応室内に、反応ガスのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）およびホスフィン（ＰＨ３）を、ｎ形ドーパントガスのＳｉＨ４およびキャリアガスの水素（Ｈ２）と共に導入し、５００〜９００℃程度でエピタキシャル成長することにより、キャリア濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度のＩｎ０．４９（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５１Ｐからなるｎ形クラッド層１０７を０．５μｍ程度、成長することができる。また、ｐ型のドーパントガスとしては、例えば、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を用いることができる。
【００５４】
次に、図３に表したるように、ＧａＡｓ基板３００の上に成長した積層体２００（１０９〜１０２）の表面に、ＧａＰ基板１００を接着する。この際に、ＧａＰ基板１００の上には、予め、ＭＯＣＶＤ法によりＺｎドープのＧａＰ接着層１０１を１ｎｍ〜１μｍ程度の厚みに成長しておく。この場合、ＴＭＧ、ＴＭＺｎ、ＰＨ３を、キャリアガスの水素（Ｈ２）と共に反応室に導入し、５００〜９００℃程度でエピタキシャル成長することができる。
図３に表した接着工程においては、積層体２００とＧａＰ接着層１０１の表面を重ね合せ、０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で圧接しながら７００℃程度に加熱して圧着することにより接合する。
その後、Ｈ２Ｏ２とアンモニア水との混合液により１０〜６０分間のエッチングを行なうことで、図４に表したように、ＧａＡｓ基板３００を除去する。
【００５５】
このようにして、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体層１０２〜１０９からなる積層体２００をＧａＰ基板１００に貼り合わせたら、素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのエッチング処理を行う。
図５乃至図１３は、これらの工程を表す工程図である。
まず、図５に表したように積層体の表面に、ｎ側電極１１０を形成し、ＧａＰ基板１００の裏面にｐ側電極１４０を形成する。
次に、図６に表したように、積層体２００をパターニングしてメサ部１２０を形成する。この時、それぞれのメサ部１２０の周囲を取り囲むように積層体２００を残すことにより、周壁部１５０を形成する。図７は、メサ部１２０及び周壁部１５０を上方から眺めた平面図である。
【００５６】
次に、図８に表したように、ウェーハのｎ側とｐ側をそれぞれレジスト３２０、３３０により保護する。そして、図９に表したように、ｎ側電極１１０を下にしてウェーハをテープ３４０に貼り付け、ダイシングしてチップ毎に分離する。この際に、半導体発光素子の発光部分であるメサ部１２０は、ダイシングラインＤＬよりも内側に後退して設けられているので、ダイシングによる破砕層や結晶の劣化の影響を受けることがない。つまり、ダイシングによる発光特性の劣化を避けることができる。
【００５７】
その後、図１０に表したように、テープ３４０を水平方向に引き伸ばしてチップ同士の間隔を拡げる。そして、ダイシングにより生じたＧａＰ基板１００の側面１００Ｓの破砕層をエッチングにより除去し、さらに凹凸Ｃを形成する。破砕層のエッチングは、例えば、過酸化水素水と水と塩酸との混合液に１０数分間、浸すことにより行うことができる。また、凹凸Ｃは、例えば、フッ酸に５分間程度、浸して揺動することにより形成できる。
【００５８】
ここで、本実施例によれば、メサ部１２０の周囲に周壁部１５０を設けることにより、フッ酸による浸食を阻止できる。
図１１は、凹凸Ｃを形成するエッチング工程を表す一部拡大断面図である。すなわち、ＧａＰ基板１００の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成するために、フッ酸に浸すと、ＧａＰ基板１００とレジスト３２０との界面Ｓからフッ酸が内部に侵入する。本発明者の試作検討によれば、周壁部１５０を設けない場合、メサ部１２０の端とＧａＰ基板の側面１００Ｓとの距離Ｌを５０マイクロメータ以上に設定した場合でも、界面Ｓを介して侵入するフッ酸によってメサ部１２０が浸食される場合があることが判明した。このように、メサ部１２０がフッ酸により浸食されると、発光特性の低下や劣化が生ずる。
【００５９】
これに対して、本実施例の場合、メサ部１２０の周囲にメサ部１２０と同質の半導体からなる周壁部１５０を設けることより、界面Ｓを介したフッ酸の侵入を阻止できる。本発明者の試作検討によれば、周壁部１５０の幅Ｗを５〜１０マイクロメータ程度とすれば、側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成するエッチング工程においてフッ酸の侵入を阻止して、メサ部１２０の浸食を解消できることが判明した。
【００６０】
このようにして、メサ部１２０の浸食を防ぎつつＧａＰ基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成した後、ｐ側のレジスト３３０を剥離して、図１２に表したように、新たなテープ３５０にチップを転写する。しかる後に、図１３に表したように、ｎ側のレジスト３２０を剥離すると、本実施形態の半導体発光素子が完成する。 なおこの時、周壁部１５０は、レジスト３２０とともにＧａＰ基板１００から剥離する場合もあり、また、そのまま基板１００の上に残ることもある。また、周壁部１５０の一部のみが基板１００の上に残る場合もある。すなわち、図１０及び図１１に関して前述したエッチング工程において、界面Ｓを介して侵入したフッ酸により周壁部１５０もある程度エッチングされるため、そのエッチングの「度合い」に応じて、周壁部１５０が基板１００の上に残るか否かが決定される。また、周壁部１５０の幅Ｗが大きい場合には、エッチングされずに基板１００の上に残るケースが多くなる。
【００６１】
図１４は、周壁部１５０が維持された半導体発光素子を表す模式断面図である。
【００６２】
同図に例示したように、周壁部１５０を残した場合、メサ部１２０の端面１２０Ｅに対する樹脂の応力を低下させるという作用効果が得られる。すなわち、後に詳述するように、このような半導体発光素子は、リードフレームなどの部材に適宜マウントされ、樹脂のモールドされて用いられる場合が多い。
ところが、このように半導体発光素子を樹脂にモールドした場合、材料の熱膨張係数の違いなどによるストレス（応力）がメサ部１２０の端面１２０Ｅに集中しやい。メサ部１２０の端面１２０Ｅに応力が集中すると、端面近傍での電流注入による再結合が促進され、端面近傍での温度が上昇し半導体発光素子がメサ部１２０の端面１２０Ｅから劣化する場合がある。
【００６３】
これに対して、図１４に例示した如く周壁部１５０を形成することにより、発光素子を樹脂封止した際に発生するメサ部１２０の端面１２０Ｅでの応力集中を緩和できる。その結果として、メサ部１２０の端面１２０Ｅの近傍に電流を注入しても素子の劣化が生じることはなくなる。また、端面１２０Ｅ近傍での光吸収も抑制され、温度上昇も抑制され、光出力を増加させることができる。
【００６４】
また、本発明においては、複数の周壁部１５０を設けてもよい。
図１５は、複数の周壁部１５０が設けられた半導体発光素子を例示する模式断面図である。このように、メサ部１２０を取り囲むように複数の周壁１５０を設けることにより、フッ酸の侵入を抑止する効果や、封止樹脂のストレスを緩和する効果をさらに顕著なものとすることができる。
【００６５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、メサ部１２０の周囲のＧａＰ基板の表面にトレンチを形成した半導体発光素子について説明する。
【００６６】
図１６は、本実施形態の半導体発光素子を表す模式断面図である。
また、図１７は、この半導体発光素子をｎ側から眺めた平面図である。これらの図については、図１乃至図１４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
すなわち、本実施形態の半導体発光素子も、ＧａＰ基板１００の上にメサ部１２０が設けられ、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃが設けられることにより、光の取り出し効率が改善された構造を有する。
そしてさらに、本実施形態においては、メサ部１２０の周囲を取り囲むように、ＧａＰ基板１００の表面にトレンチ１００Ｔが設けられている。このトレンチ１００Ｔは、凹凸Ｃの形成工程におけるフッ酸の侵入を抑止する作用を有する。
図１８は、基板１００の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成する工程を表す一部拡大断面図である。すなわち、同図は、図１０及び図１１に関して前述したものと同様の工程を表す。基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成するために、ウェーハをフッ酸に浸すと、前述したように、基板１００とレジスト３２０との界面Ｓに沿ってフッ酸が侵入する。これに対して、本実施形態によれば、基板１００にトレンチ１００Ｔを設けることにより、レジスト３２０との界面長を長くすることができる。すなわち、図１８に矢印Ｐで表したように、基板の側面１００Ｓからフッ酸が界面Ｓに沿って侵入する際に、トレンチ１００Ｔを設けることにより、フッ酸の侵入経路長を長くすることができる。その結果として、フッ酸によるメサ部１２０の浸食を抑制することができる。
【００６８】
またさらに、メサ部１２０を取り囲むようにトレンチ１００Ｔを設けることにより、樹脂によるストレスを低減することができる。すなわち、図１４に関して前述した如く、半導体発光素子を樹脂に封止した場合、メサ部１２０の端面１２０Ｅにストレスが負荷され、発光特性の低下や劣化が生ずる場合がある。これに対して、本実施形態によれば、トレンチ１００Ｔを設けることにより、樹脂がトレンチ１００Ｔの中に食い込んで固定されるため、メサ部１２０の端面１２０Ｅに与えるストレスを低減できる。例えば、図１６において、樹脂がトレンチ１００Ｔの中に入り込んで硬化すると、このトレンチ１００Ｔの部分で樹脂が固定されることとなる。その結果として、メサ部の端面１２０Ｅに対して、同図に矢印Ｘで表した方向に沿って樹脂が与えるストレスを大幅に軽減することができる。その結果として、図１４に関して前述した場合と同様に、端面１２０Ｅのストレスに起因する発光特性の低下や劣化を抑制し、端面１２０Ｅ付近での発光を促進させて従来よりも効率の改善された半導体発光装置を提供することができる。
【００６９】
本実施形態におけるこれらの効果を得るためには、トレンチ１００Ｔの内部に、レジスト３２０や樹脂が入り込めるように、その幅Ｗや深さＤを適宜決定すればよい。例えば、トレンチ１００Ｔに中にレジストや樹脂が入り込める限りにおいて、深さＤを大きくすれば、上述の効果はさらに顕著になる。
【００７０】
図１９は、本実施形態の変型例の半導体発光素子を表す模式断面図である。 すなわち、本変型例においては、メサ部１２０を取り囲むように、基板１００の表面に複数のトレンチ１００Ｔが設けられている。このように、複数のトレンチ１００Ｔを設ければ、フッ酸の侵入を抑制する効果や、樹脂がメサ部の端面１２０Ｅに与えるストレスを軽減する効果をさらに顕著なものとすることができる。
【００７１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態として、メサ部の周囲をＧａＰ層により覆った半導体発光素子について説明する。
図２０は、本実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図１９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７２】
すなわち、本実施形態の半導体発光素子も、ＧａＰ基板１００の上にメサ部１２０が設けられ、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃが設けられることにより、光の取り出し効率が改善された構造を有する。
そしてさらに、本実施形態においては、メサ部１２０の周囲がｎ型ＧａＰ層１１５により覆われている。このように、ｎ型ＧａＰ層１１５によりメサ部１２０を被覆することにより、凹凸Ｃを形成する工程におけるフッ酸によるメサ部１２０の浸食を阻止できるという効果が得られる。またさらに、この発光素子を樹脂により封止した時に、樹脂がメサ部１２０の端面１２０Ｅに与えるストレスを軽減し、発光特性の低下や劣化を防ぐこともできる。
【００７３】
図２１は、本実施形態の半導体発光素子の製造工程を表す一部拡大断面図である。すなわち、同図は、図１１及び図１８と同様に、レジスト３２０により被覆されテープ３４０の上に貼り付けられた状態で、フッ酸に浸され、基板１００の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成する工程を表す。この状態において、ＧａＰ基板１００（またはＧａＰ接着層１０１）とｎ型ＧａＰ層１１５との界面Ｓ１は、同質の半導体の界面であり、フッ酸の侵入は殆ど生じない。従って、矢印Ｐ１の経路からのフッ酸の侵入は阻止され、メサ部１２０はフッ酸から保護される。また、ｎ型ＧａＰ層１１５とレジスト３２０との界面Ｓ２は、フッ酸の侵入が生ずる場合がある。しかし、この経路Ｐ２によりフッ酸が侵入しても、ｎ型ＧａＰ層１１５により、メサ部１２０は保護される。
【００７４】
このように、ｎ型ＧａＰ層１１５により覆うことによって、メサ部１２０をフッ酸から強固に保護することができる。
【００７５】
以下、本実施形態の半導体発光素子の製造方法について、具体例を参照しつつ詳述する。
図２２乃図２９は、本実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。すなわち、これらの図は、積層体２００をＧａＰ基板１００に接着した後の工程を表す。
【００７６】
まず、図２２に表したように積層体２００をＧａＰ基板１００に接着した後、積層体２００の表面にダイシングラインＤＬを形成する（図２３）。所定のパターニングプロセスによりレジスト３６０をパターニングし、幅４０〜５０μｍ、ＧａＰ層の深さ１０〜２０μｍまでハーフダイシング処理を行う。この後、ＨＣｌ：Ｈ２０２：Ｈ２Ｏ＝９５：２：３の混合液により１０〜３０分間処理することにより破砕層を除去する（図２４）。
【００７７】
この後、レジスト剥離液により剥離処理を行う。ダイシングライン形成はＲＩＥエッチングによって行なうことも可能である。例えば所定のレジストパターニングを行ない、エッチングガスをＣｌ２，ＢＣｌ３，Ａｒ、Ｏ２の混合ガス、ＲＦパワーを１００〜５００Ｗ、圧力１０〜１００ｍＴｏｒｒ、処理時間１０〜３０ｍｉｎで行なうことにより、幅４０〜５０μｍ、ＧａＰ層の深さ１０〜２０μｍの形状を得ることができるる。
【００７８】
次に、積層体２００およびダイシングライン上にＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＰ層１１５のエピタキシャル成長を行う（図２５）。積層体２００とｎ型ＧａＰ層１１５は格子定数のミスマッチが大きいため、グレーデッド（graded）層（格子不整合緩和層）を追加することでモフォロジーの良好なＧａＰ層１１５が得られる。ＭＯＣＶＤ法は前述の積層体２００の製造方法と同様である。たとえばＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなり、キャリア濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度、厚さが０．１〜２．０μｍ程度のＩｎ０．４９（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５１Ｐからなる層と、ＭＦＣのランピング機能を使用してＡｌ組成とＩｎ組成を徐々に減少させてＩｎ０．４９（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５１ＰからＧａＰ層へとするＧｒａｄｅｄ層と、キャリア濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度、厚さが２．０μｍ〜１０．０μｍ程度のｎ型ＧａＰ層１１５をそれぞれエピタキシャル成長する。
【００７９】
次に、ｎ型ＧａＰ層１１５面の表面にＡｕ−Ｔｉ合金、またはＡｕ−Ｇｅ合金などを真空蒸着などにより成膜してパターニングをすることによりｎ側電極１１０を形成する。またＧａＰ基板１００の裏面側にＡｕ−Ｚｎ合金などを全面に設けてｐ側電極１４０を形成する。
【００８０】
次に、処理中のｐ、ｎ両側電極保護用としてレジスト３７０、３６０を塗布（図２６）し、ｎ側電極面をテープ３８０で固定する。この後、ＧａＰ基板１００の裏面側をストレートにダイシングし、略直方体型に形成（図２７）した後、テープの引き伸ばしを行ない、ＨＣｌ：Ｈ２０２：Ｈ２Ｏ＝９５：２：３の混合液により破砕層を除去する。
【００８１】
次に、前処理としてＮＨ４Ｆ処理を処理時間１０〜３０分間行う。従来技術では不均一に形成されていたフロスト形状であったものが、ＮＨ４Ｆ処理を行なうことでフロスト形状を均一に形成することが可能となる。
【００８２】
次に、前処理後１０秒以内に１０〜４９％ＨＦ液でＨＦフロスト処理を処理時間１０〜３０分間行ない、ＧａＰ基板１００の側面１００Ｓに高低差１．０μｍ程度、周期が０．５〜１．０μｍ程度の凹凸Ｃを均一に形成する（図２８）。その後、ｐ、ｎ両側電極面のレジスト３６０、３７０を剥離液により剥離処理を行い、テープ３９０に転写してＬＥＤチップが完成する。
【００８３】
本実施形態によれば、ｎ型ＧａＰ層１１５でメサ部１２０を覆うことにより、ＨＦフロスト処理におけるメサ部１２０の浸食を防ぎ、安定なフロスト形成を可能とした。
【００８４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態として、基板１００の側面に傾斜を設けた半導体発光素子について説明する。
図３０は、本実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。同図についても、図１乃至図２９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８５】
すなわち、本実施形態の半導体発光素子も、ＧａＰ基板１００の上にメサ部１２０が設けられ、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃが設けられることにより、光の取り出し効率が改善された構造を有する。
そしてさらに、本実施形態においては、基板１００の側面１００Ｓは、第１の傾斜部１００Ｓ１と、第２の傾斜部１００Ｓ２と、を有する。
第１の傾斜部１００Ｓ１は、同図において、上方に向かって素子の幅が広がるように設けられている。このように上方に向けて広がるような傾斜部１００Ｓ１を設けることにより、メサ部１２０からこの傾斜部１００Ｓ１に入射する光Ｌ１の入射角度を変化させ、全反射をさらに抑制することができる。
【００８６】
一方、第２の傾斜部１００Ｓ２は、これとは逆に上方に向かって素子の幅が狭くなるように設けられている。このように、上方に向かって素子の幅が狭くなるように傾斜した傾斜部１００Ｓ２を設けることにより、封止樹脂が発光素子をその側面から圧迫するようにストレスが負荷された場合でも、発光素子を持ち上げて、リードフレームなどのマウント部材から発光素子が剥離するという問題を抑制できる。
【００８７】
すなわち、このように、互いに反対に方向に傾斜した第１及び第２の傾斜部１００Ｓ１、１００Ｓ２を設けることにより、光の取り出し効率を改善しつつ、樹脂と発光素子との密着性を改善し、発光素子と樹脂との剥離を防ぐことができる。さらにまた、樹脂が発光素子に与えるストレスを上下方向に分散させ、樹脂からのストレスに起因する発光素子の劣化を抑制できる。
【００８８】
ここで、第１の傾斜部１００Ｓ１が形成される部分の高さＨ１は、６０μｍ以上２６０μｍ以下であり、基板１００の主面に対する傾斜角度θ１は、２°以上１５°以下とすることが望ましい。 傾斜角度θ１が大きくなると、発光素子を封止する樹脂の応力によって、発光素子がリードフレームなどの部材から剥れ、オープン不良が発生する場合がある。この点や、素子の作成容易性、組み立て性、さらにコストなどを考慮すると、第１の傾斜部１００Ｓ１が設けられる部分の高さＨ１は、１００μｍ以上２２０μｍ以下とし、傾斜角度θ１は、３°以上１０°以下とすることがさらに望ましい。
【００８９】
一方、第２の傾斜部１００Ｓ２が形成される高さＨ２は１０μｍから９０μｍ、その傾斜角度θ２は５°以上８０°以下とすることが望ましい。また。高さＨ２は４０μｍ以上７０μｍ以下、傾斜角度θ２は３０°以上６０°以下とすることがさらに望ましい。この第２の傾斜部１００Ｓ２は、前述したように、素子を封止する樹脂のストレスによる発光素子の「剥れ」を低減する効果を有する。またさらに、メサ部１２０から放出され、ｐ側電極１４０により反射された光Ｌ２の入射角度を変化させて光の取り出し効率をさらに改善する作用も有する。
【００９０】
本実施形態における第１及び第２の傾斜部１００Ｓ１、１００Ｓ２は、ダイシングによりそれぞれ形成することができる。例えば、図８に表した工程において、ｎ側から所定の深さまでダイシングすることにより、第２の傾斜部１００Ｓ２を形成することができる。この時、ダイシング・ブレードの刃先の角度を適宜選択することにより、傾斜角度θ２を制御できる。
【００９１】
また、図９に表した工程において、ｐ側から所定の深さまでダイシングすることにより、第１の傾斜部１００Ｓ１を形成できる。この際にも、ダイシング・ブレードの刃先の角度を適宜選択することにより、傾斜角度θ１を制御できる。
【００９２】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態として、反射手段や電流ブロック手段を設けた半導体発光素子について説明する。
図３１は、本実施形態にかかる半導体発光素子の一部拡大断面図である。すなわち、同図は、メサ部１２０の付近を拡大した模式断面図である。
また、図３２は、その全体構造を表した模式断面図である。これらの図についても、図１乃至図３０に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９３】
すなわち、本実施形態の半導体発光素子も、ＧａＰ基板１００の上にメサ部１２０が設けられ、基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃが設けられることにより、光の取り出し効率が改善された構造を有する。
そしてさらに、本実施形態においては、ｎ側のコンタクト層１０９の下に、反射鏡１１１が設けられている。反射鏡１１１は、例えば、発光層１０６から放出される光の波長の１／４の光学的膜厚を有する２種類の半導体層を交互に積層させた、ブラッグ反射鏡とすることができる。具体的には、例えば、ＩｎＡｌＰ層と、ＧａＡｓ層とを交互に積層させた構造を用いることができる。
【００９４】
ｎ側電極１１０の下のコンタクト層１０９の部分においては、金属と半導体とがアロイ化することにより、光の反射率が低下している場合がある。これに対して、本実施形態によれば、ｎ側電極１１０の下に反射鏡１１１を設けることにより、発光層１０６から上方に放出された光Ｌは、高い効率で反射され、ＧａＰ基板１００の側面１００Ｓから外部に高い効率で取り出すことができる。
【００９５】
図３３は、本実施形態のもうひとつの具体例を表す一部拡大断面図である。すなわち、本変型例においては、電流拡散層１０８の下側に電流ブロック層１１２が設けられている。電流ブロック層１１２は、ｎ側電極１１０の位置に対応して設けられ、ｎ側電極１１０を介して注入される電流をブロックする役割を有する。すなわち、ｎ側電極１１０を介して注入された電流は、同図に矢印Ｉで表したように電流ブロック層１１２の周囲に分散され、メサ部１２０の周囲において発光領域Ｅを形成する。発光領域Ｅは、ｎ側電極１１０よりも外側に形成されるので、上方や端面に向けて放出された光Ｌ１は、電極１１０に遮蔽されることなく、外部に取り出すことができ、光の取り出し効率が改善される。
【００９６】
またさらに、電流ブロック層１１２として、図３１及び図３２に関して前述したような光反射作用を有する構造を用いれば、図３３に表したように、発光領域Ｅから放出された光Ｌ２は、電流ブロック層１１２により高い効率で反射され、ＧａＰ基板の側面１００Ｓから高い効率で外部に取り出すことができる。
【００９７】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態として、第１乃至第５の実施の形態にかかる半導体発光素子を用いた半導体発光装置について説明する。
すなわち、本発明の第１乃至第５の半導体発光素子として前述した各素子は、例えば、樹脂に封止して半導体発光装置とすることができる。
【００９８】
図３４は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第１の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例の半導体発光装置は、「砲弾型」などと呼ばれる樹脂封止型の半導体発光装置である。
リード５１０の上部には、カップ部５１０Ｃが設けられ、本発明の半導体発光素子１０は、このカップ部５１０Ｃの底面に接着剤などによりマウントされている。そして、もうひとつのリード５２０にワイア５３０により配線が施されている。カップ部５１０Ｃの内壁面は、光反射面５１０Ｒを構成し、半導体発光素子１０から放出された光を反射して上方に取り出すことができる。
【００９９】
カップ部５１０Ｃは、光透過性の樹脂５４０により封止されている。樹脂５４０の光取り出し面５４０Ｅは、集光曲面を形成し、半導体発光素子１０から放出される光を適宜集光させて所定の配光分布が得られるようにすることができる。
【０１００】
本発明によれば、図１乃至図３３に関して前述した半導体発光素子を用いることにより、発光層から放出された光を高い効率で素子から取り出すことができる。基板の側面１００Ｓから放出された光は、カップ部の反射面５１０Ｒにより反射され、樹脂５４０を介して取り出すことができる。その結果として、輝度の高い半導体発光装置を実現できる。
【０１０１】
また、半導体発光素子の基板の側面１００Ｓに凹凸Ｃを設けることにより、封止樹脂５４０と発光素子との密着性を改善し、樹脂と発光素子との「剥がれ」を抑制できる。さらに、図１４、図１６、図２０に関して前述したように、樹脂５４０が発光素子のメサ部の端面１２０Ｅに与えるストレスを軽減し、発光特性の低下や劣化を抑制するとともに、信頼性を改善することができる。
【０１０２】
その結果として、優れた発光特性と優れた信頼性を有する半導体発光装置を提供できる。
【０１０３】
図３５は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第２の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例においては、図１乃至図３３に関して前述した本発明の半導体発光素子１０は、リード６１０の上にマウントされ、もうひとつのリード６２０にワイア６３０により接続が施されている。半導体発光素子１０を封止する樹脂６４０は、その光軸６４０Ｃを中心軸とした回転対称であり、中心において半導体発光素子１０の方向に後退し集束する形状を有する。このような形状の樹脂６４０を採用することにより、広角に光を分散させる配光特性が得られる。
【０１０４】
本具体例の半導体発光装置においても、図３３に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性と優れた信頼性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１０の基板の側面１００Ｓから高い効率で光を取り出せるので、広角の配光特性がさらに改善される。
【０１０５】
図３６は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第３の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例は、「表面実装型」などと称されるものであり、図１乃至図３３に関して前述した本発明の半導体発光素子１０は、リード７１０の上にマウントされ、もうひとつのリード７２０にワイア７３０により接続されている。これらリード７１０、７２０は、第１の樹脂７４０にモールドされており、半導体発光素子１０は、透光性を有する第２の樹脂７５０により封止されている。第１の樹脂７４０は、例えば、酸化チタンの微粒子などを分散させることにより、光反射性が高められている。そして、その内壁面７４０Ｒが光反射面として作用し、半導体発光素子１０から放出された光を外部に導く。
【０１０６】
本具体例の半導体発光装置においても、図３３に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性と優れた信頼性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１０の基板の側面１００Ｓから高い効率で放出された光を光反射面７４０Ｒにより反射させて取り出せるので、高い輝度が得られる。
【０１０７】
図３７は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第４の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例も、「表面実装型」などと称されるものであり、図１乃至図３３に関して前述した本発明の半導体発光素子１０は、リード８１０の上にマウントされ、もうひとつのリード８２０にワイア８３０により接続されている。これらリード８１０、８２０の先端は、半導体発光素子１０とともに、透光性を有する樹脂８４０にモールドされている。
【０１０８】
本具体例の半導体発光装置においても、図３３に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性と優れた信頼性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１０の基板の側面１００Ｓから高い効率で放出された光を樹脂８４０の側面から取り出せるので、高い発光強度が得られる。
【０１０９】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【０１１０】
例えば、本発明の半導体発光素子に設けられるダブルヘテロ構造や多重量子井戸構造をはじめとする各要素の構造、材料、形状、厚みや配置関係については、公知の半導体発光素子を元に当業者が適宜適用したものも包含する。
【０１１１】
また、本発明の実施の形態として前述した各具体例が有する特徴点を組み合わせたものも本発明の範囲に包含される。例えば、図１１及び図１４に関して前述した周壁部１５０と、図１６乃至図１９に関して前述したトレンチ１００Ｔとを兼ね備えた半導体発光素子は、本発明の範囲に包含される。
【０１１２】
また例えば、周壁部１５０またはトレンチ１００Ｔと、図３０に関して前述したような第１及び第２の傾斜部１００Ｓ１、１００Ｓ２と、を組合せた半導体発光素子も本発明の範囲に包含される。
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、発光層からの光の取り出し効率を上げるとともに、製造歩留まりも高く、信頼性も優れた半導体発光素子及びその製造方法並びに、この半導体発光素子を用いた半導体発光装置を提供することが可能となり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図２】第１実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１００を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図３】第１実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１００を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図４】第１実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１００を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図５】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図６】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図７】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図８】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図９】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１０】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１１】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１２】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１３】素子化プロセス及び凹凸Ｃを形成するためのフロスト処理の工程を表す工程図である。
【図１４】周壁部１５０が維持された半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図１５】複数の周壁部１５０が設けられた半導体発光素子を例示する模式断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態の半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図１７】図１６の半導体発光素子をｎ側から眺めた平面図である。
【図１８】基板１００の側面１００Ｓに凹凸Ｃを形成する工程を表す一部拡大断面図である。
【図１９】第２本実施形態の変型例の半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図２１】第３実施形態の半導体発光素子の製造工程を表す一部拡大断面図である。
【図２２】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２３】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２４】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２５】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２６】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２７】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２８】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図２９】本発明の第３実施形態の半導体発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図３０】本発明の第４実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図３１】本発明の第５実施形態にかかる半導体発光素子の一部拡大断面図である。
【図３２】図３１の半導体発光素子の全体構造を表した模式断面図である。
【図３３】第５実施形態のもうひとつの具体例を表す一部拡大断面図である。
【図３４】本発明の第６実施形態にかかる半導体発光装置の第１の具体例を表す模式断面図である。
【図３５】本発明の第６実施形態にかかる半導体発光装置の第２の具体例を表す模式断面図である。
【図３６】本発明の第６実施形態にかかる半導体発光装置の第３の具体例を表す模式断面図である。
【図３７】本発明の第６実施形態にかかる半導体発光装置の第４の具体例を表す模式断面図である。
【図３８】従来の構造を表した模式図である。
【符号の説明】
θ１、θ２ 傾斜角度
１００ 基板
１００Ｓ 側面
１００Ｓ１、１００Ｓ２ 傾斜部
１００Ｔ トレンチ
１００Ｕ 上面
１０１ 接着層
１０２ 接着歪緩和層
１０２ 緩和層
１０３ ｐ型クラッド層
１０４ 不純物拡散阻止層
１０６ 発光層
１０７ ｎ型型クラッド層
１０８ 電流拡散層
１０９ コンタクト層
１１０ ｎ側電極
１１１ 反射鏡
１１２ 電流ブロック層
１１５ ＧａＰ層
１２０ メサ部
１２０Ｅ 端面
１４０ ｐ側電極
１５０ 周壁部
２００ 積層体
３００ 半導体基板
３２０、３４０、３６０ レジスト
３４０、３５０ テープ
５１０、５２０、６１０、６２０、７１０、７２０、８１０、８２０ リード
５１０Ｃ カップ部
５１０Ｒ 光反射面
５３０、６３０、７３０、８３０ ワイア
５４０、６４０、７４０、７５０、８４０ 封止樹脂
７４０Ｒ 光反射面
７４０Ｒ 内壁面
１３００ 透明基板
１３０３ 整形側面
１３０４ マウント面
１３０５ 端面
１３１４ 発光層
Claims (20)
- ｛１００｝から〈０１１〉方向に傾斜した主面と、前記主面と対向する裏面と、高低差が１マイクロメータ以上の凹凸を有する側面と、を有するＧａＰ基板と、
前記主面の上に設けられＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を有するメサ部と、
を備え、
前記側面は、前記裏面側から前記主面に向かう第１の傾斜部と、前記第１の傾斜部から前記主面に向かう第２の傾斜部と、を有し、
前記第１の傾斜部は、前記裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜し、
前記第２の傾斜部は、前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜し、
前記発光層から放出された光の一部を前記ＧａＰ基板の前記側面から取り出し可能としたことを特徴とする半導体発光素子。 - ｛１００｝から〈０１１〉方向に傾斜した主面と、前記主面と対向する裏面と、凹凸により実質的に覆われた側面と、を有するＧａＰ基板と、
前記主面の上に設けられＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を有するメサ部と、
を備え、
前記側面は、前記裏面側から前記主面に向かう第１の傾斜部と、前記第１の傾斜部から前記主面に向かう第２の傾斜部と、を有し、
前記第１の傾斜部は、前記裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜し、
前記第２の傾斜部は、前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜し、
前記発光層から放出された光の一部を前記ＧａＰ基板の前記側面から取り出し可能としたことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記メサ部は、前記基板の前記主面上において前記側面から後退して設けられた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。
- 前記主面上において前記メサ部を取り囲むようにその周囲に設けられ、前記メサ部と同質の材料からなる周壁部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記メサ部を取り囲むようにその周囲において前記主面に設けられたトレンチをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記メサ部を被覆するように設けられたＧａＰ層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記発光層の上に設けられた電極と、
前記発光層と前記電極との間に設けられ前記発光層から放出された光を反射する反射手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。 - 前記発光層の上に設けられた電極と、
前記発光層と前記電極との間に設けられ前記電極を介して注入される電流を阻止する電流阻止層と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。 - 前記電流阻止層は、前記発光層から放出された光を反射することを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子。
- 前記凹凸は、｛１１１｝面により形成されてなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記凹凸は、フッ酸を含有する液体または気体を用いたエッチングして形成されてなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記主面は、｛１００｝から〈０１１〉方向に、５°以上３０°以下の範囲で傾斜したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- 前記第１の主面は、｛１００｝から〈０１１〉方向に、１５°プラスマイナス１°の範囲で傾斜したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
- リードと、
前記リードの上にマウントされた請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を封止した樹脂と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記ＧａＰ基板の前記側面から放出された光を反射する反射面が設けられたことを特徴とする請求項１４記載の半導体発光装置。
- 半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部と、前記複数のメサ部のそれぞれの周囲を取り囲む周壁部と、を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記メサ部及び前記周壁部を保護膜により被覆する工程と、
前記メサ部及びそれを取り囲む前記周壁部とそれに隣接するメサ部及びそれを取り囲む周壁部とを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記複数のメサ部のそれぞれを取り囲むようにその周囲の前記ＧａＰ基板にトレンチを形成する工程と、
前記メサ部及びそれを取り囲む前記トレンチとそれに隣接するメサ部及びそれを取り囲むトレンチとを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 半導体基板の上にＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面にＧａＰ基板を接着する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記積層体を選択的に除去して複数のメサ部を前記ＧａＰ基板の主面に形成する工程と、
前記複数のメサ部を被覆するようにＧａＰ層を形成する工程と、
前記複数のメサ部のそれぞれを分離するように、前記ＧａＰ基板を切断する工程と、
前記切断して露出した前記ＧａＰ基板の側面をフッ酸を含む液体または気体に晒すことにより、前記側面に凹凸を形成する工程と、
を備え、
前記ＧａＰ基板を切断する工程は、
前記主面と対向する裏面側から前記主面に向けて広がるように傾斜した第１の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記裏面側から切断する工程と、
前記第１の傾斜部から前記主面側に向けて狭まるように傾斜した第２の傾斜部が前記側面に形成されるように、前記主面側から切断する工程と、
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記ＧａＰ基板の前記主面は、｛１００｝から〈０１１〉方向に、５°以上３０°以下の範囲で傾斜した主面を有することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記主面は、｛１００｝から〈０１１〉方向に、１５°プラスマイナス１°の範囲で傾斜したことを特徴とする請求項１９記載の半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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