JPH11191636A

JPH11191636A - 光半導体素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11191636A
Application number: JP36042797A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Shono; 博文庄野; Tatsunori Toyoda; 達憲豊田
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JP3362836B2

Abstract

(57)【要約】【課題】透光性基板上に窒化物半導体を有する高光利用
効率の光半導体素子及びこれを量産性よく形成できる製
造方法を提供するものである。【解決手段】透光性基板１０１が第１の主面１５１及び
第１の主面と対向する第２の主面１５２を有し第１の主
面１５１上に窒化物半導体１０２が積層された光半導体
素子１１０である。特に、第２の主面１５２の少なくと
も一部がレンズ効果を有する曲面形状１０４となってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、短波長ＬＥＤ、短
波長ＬＤ（Laser Diode）、光センサーや太陽電池など
に利用される光半導体素子に係わり、特に透光性基板上
に窒化物半導体を有する高光利用効率の光半導体素子及
びこれを量産性よく形成できる製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】窒化物半導体（Ｉｎ_XＧａ_YＡｌ_1-X-YＮ、
０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）は半導体のバンドギャッ
プが狭いものから広いものまで種々形成することができ
る。そのため青色や紫外域から橙色に発光波長があるＬ
ＥＤやＬＤ（Laser Diode）として有望視されている。
また、高温でも駆動可能な窒化物半導体の特性を活かし
た光センサーや起電力が高い太陽電池が光半導体素子と
して挙げられる。

【０００３】このような窒化物半導体を利用した半導体
素子は単結晶を量産性よく形成させることが難しいた
め、通常屈折率が約１．８と高く臨界屈折角も小さいサ
ファイアやスピネル基板上にＭＯＣＶＤ法などを利用し
て窒化物半導体を積層せざるを得ない。

【０００４】サファイアやスピネルなどに積層される窒
化物半導体はヘテロエピ構造である。窒化物半導体はサ
ファイア基板などとは格子定数不整が大きく熱膨張率も
異なる。サファイア基板は六方晶系という結晶構造を有
しており、その性質上へき開性を有していない。さら
に、サファイア、窒化物半導体ともモース硬度がほぼ９
と非常に硬い物質である。そのため、ＧａＡｓやＧａＰ
など他の半導体とは異なり基板や半導体層そのものが硬
い。また、ヘテロエピ構造であるため容易に種々の形状
に形成させることもできない。さらに基板自体が絶縁性
を持つ場合、半導体層側の制約が多い。

【０００５】このような光半導体素子の一例としてＬＥ
Ｄチップの製造方法を図６（Ａ）〜（Ｄ）を用いて示
す。図６（Ａ）にはサファイア基板６０１上にＡｌＮな
どを低温で形成させたバッファー層、ｎ型コンタクト層
として働くＧａＮ、活性層として働くＩｎＧａＮ、ｐ型
クラッド層として働くＧａＡｌＮ、ｐ型コンタクト層と
して働くＧａＮが積層された窒化物半導体６０２及びｐ
型及びｎ型半導体をエッチングなどにより露出させた後
により形成された電極６２０、６２１を有する構成とし
てある半導体ウエハーを形成する（図６（Ａ））。次
に、半導体ウエハーをＬＥＤチップとしての大きさに分
割する溝６０３をダイサーにより形成する（図６
（Ｂ））。溝６０３の底面にスクライブライン６０４を
入れる（図６（Ｃ））。スクライブライン６０４に沿っ
て、ローラー等によって圧力を加え半導体ウエハーの分
離を行い光半導体素子６１０を製造する（図６
（Ｄ））。こうして形成された光半導体素子６１０の各
電極に電力を供給することにより比較的短波長の可視光
や紫外域が発光可能なＬＥＤチップを形成することがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、より発
光効率の高い発光素子、変換効率の高い或いは感度の高
い受光素子などの光半導体素子が求められる現在におい
ては上記構成の光半導体素子では十分ではなく、より特
性の優れた光半導体素子の開発が求められている。した
がって、本発明は量産性よく光利用効率の高い光半導体
素子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、透光性基板１
０１が第１の主面１５１及び第１の主面と対向する第２
の主面１５２を有し第１の主面１５１上に窒化物半導体
１０２が積層された光半導体素子１１０である。特に、
第２の主面１５２の少なくとも一部がレンズ効果を有す
る曲面形状１０４となっている。

【０００８】本発明の請求項２に記載の光半導体素子
は、窒化物半導体１０２が透光性基板１０１上にｎ型半
導体、ｐ型半導体で積層されていると共に少なくとも発
光波長又は受光波長に対して非透過性若しくは透過率が
低いｐ型半導体と接するｐ型電極１２０を有する。

【０００９】本発明の請求項３に記載の光半導体素子
は、透光性基板３０１が第１の主面３５１及び第１の主
面と対向する第２の主面３５２を有し第１の主面３５１
上に窒化物半導体３０２が積層された光半導体素子３１
０である。特に、透光性基板３０１の第２の主面３５２
が曲面形状３０４を有すると共に曲面形状３０４上に、
少なくとも窒化物半導体３０２の発光波長若しくは受光
波長を反射する反射膜３０９が形成されている。

【００１０】本発明の請求項４に記載された光半導体素
子の製造方法は、透光性基板１０１上に窒化物半導体１
０２が積層された半導体ウエハー１００を分割して形成
する光半導体素子１１０の製造方法である。特に、窒化
物半導体１０２積層面側と対向する透光性基板の裏面側
から前記窒化物半導体１０２に達しない溝部１０３を形
成する工程と、溝部１０３の形成後に透光性基板１０１
の裏面側を研磨することで曲面形状１０４を形成する工
程と、溝部１０３に沿って半導体ウエハー１００を分離
する工程とを有する製造方法である。

【００１１】本発明の請求項５に記載された光半導体素
子の製造方法は、溝部１０３の形成にレーザー照射を利
用するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者は種々の実験の結果、窒
化物半導体が積層された透光性基板を特定形状とするこ
とにより光利用効率の高い光半導体素子を形成できるこ
とを見出し本発明を成すに到った。また、光半導体素子
形成時に研磨工程を追加するだけで比較的簡単に量産性
よく上述の特定形状をもった光半導体素子を形成できる
ことをも見出したものである。

【００１３】本発明は窒化物半導体形成時に使用する透
光性基板を曲面形状に加工することにより、光半導体素
子内部に閉じこめられていた光を外部に効率よく放出さ
せ光利用効率を向上させたものである。また、窒化物半
導体ウエハー分割時に形成する溝部を利用することによ
り上述の曲面形状を制御性よく形成できることにより量
産性の高い窒化物半導体素子を形成できるものである。

【００１４】即ち、図６（Ｄ）のような光半導体素子６
１０である発光素子の形状では、窒化物半導体層で発光
した発光波長の一部は基板裏面側にも向かう。これらの
光は基板形状が略直方体形状になっていることもあり、
基板内で臨界角反射をおこして窒化物半導体素子の外部
に光が出ていかない。外部に放出されたとしても基板内
で吸収損失を生じるものもある。同様に、受光素子では
外部からの光が全反射等され窒化物半導体層に効率よく
吸収できていないと考えられる。

【００１５】本発明は図２の如く、光半導体素子の基板
裏面側を曲面形状２０４としてレンズ効果を持たすこと
により半導体層２０２で発光して裏面に向かった光の臨
界角反射を防ぎ効率よく光を取り出す。或いは、裏面側
から入射しようとする受光波長の臨界角反射を防ぎ効率
よく集光して取り込むことを可能とする。即ち、臨界角
屈折率を透光性基板２０１の形状を変えることにより大
きくさせ光利用効率を向上させたものである。

【００１６】また、本発明は図１の如く半導体ウエハー
１００から光半導体素子１１０の分割時に使用する溝部
１０３を利用することにより量産性よく上述の光半導体
素子１１０を形成することができるものである。即ち、
半導体ウエハー１００分割時に使用する透光性基板１０
１に設けられた溝部１０３を研磨することにより所望の
曲面形状１０４をも制御性良く形成させることができる
と共に量産性をも向上しうるものである。以下本発明の
構成例を示す。

【００１７】発光素子として具体的には、裏面側が研磨
により凹レンズ形状となったサファイア基板の表面上に
ＧａＮのバッファー層を形成させる。バッファー層上に
ｎ型ＧａＮからなるコンタクト層、アンドープＩｎＧａ
Ｎからなる発光層、ｐ型ＡｌＧａＮからなるクラッド
層、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層を積層させること
により光拡散性があり光利用効率の高い発光ダイオード
を形成させることができる。

【００１８】同様に、受光素子として具体的には、裏面
側が研磨により凸レンズ形状のスピネル基板の表面上に
ＧａＮのバッファー層を形成させる。バッファー層上の
ｎ型ＧａＮに一対の対向電極を形成させることにより光
感度の高い光センサーを形成させることもできる。以
下、本発明の構成について詳述する。

【００１９】（光半導体素子１１０、２１０、３１０、
４１０、５１０）本発明の光半導体素子とは透光性基板
１０１上に窒化物半導体（Ｉｎ_XＧａ_YＡｌ_1-X-YＮ、０
≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）１０２が形成されたもので
あり光電変換素子として機能する。窒化物半導体１０２
は、透光性基板上にＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法を利用し
て形成させることができる。透光性基板上には低温で形
成させたＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮなどのバッファー
層を利用することによりその上に形成させる窒化物半導
体の結晶性をより向上させることができる。窒化物半導
体はそのままで形成させるとｎ型伝導性を持つ半導体を
形成することができる。所望の抵抗率などを持ったｎ型
半導体などとさせるためには、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｔｉな
どのｎ型不純物をドープさせることにより形成させるこ
とができる。

【００２０】他方、窒化物半導体はｐ型不純物としてＭ
ｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａをドープしただけ
ではｐ型化し難い。低抵抗なｐ型半導体とするためには
ｐ型不純物をドープした後、４００℃以上の温度でアニ
ールさせる或いは電子線照射させることによりｐ型化さ
せることができる。窒化物半導体を所望によりｐ型、ｉ
型及びｎ型に複数積層させショットキー接合、ＭＩＳ接
合、ＰＩＮ接合、ｐｎ接合などとすることにより発光素
子や受光素子として形成させることができる。

【００２１】このような窒化物半導体を形成させる基板
としては、炭化珪素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、サファ
イアやスピネルなどが挙げられるが量産性、その後に形
成させる窒化物半導体の結晶性を考慮して透光性絶縁基
板であるサファイアやスピネルが好ましい。

【００２２】光半導体素子１１０は窒化物半導体ウエハ
ー１００の透光性基板１０１に溝部１０３を形成させた
後、レーザーやスクライバーなどによりブレイク・ライ
ン１０５を形成し外力により分割することで形成するこ
とができる。したがって、溝部１０３の形成はレンズ効
果を有する透光性基板裏面側１５２の曲面形状を形成し
た後でもよいし、溝部１０３を利用して形成することも
できる。

【００２３】溝部１０３を利用して曲面形状１０４を形
成させる場合は量産性よく簡単に本発明の光半導体素子
１１０を形成させることができる。

【００２４】透光性基板裏面１５２側のレンズ効果を有
する曲面１０４とは、透光性基板１０１の端部のみ湾曲
し基板側から観測して縁なしの正方形や長方形を形成す
るものでも良いし、レンズ効果が顕著な円形、楕円形な
どでもよい。また、レンズ効果を奏するものも凸レンズ
形状や凹レンズ形状など種々選択することができる。

【００２５】光半導体素子１１０の透光性基板がレンズ
効果を有する場合、特に光半導体素子１１０の電極１２
０を光の反射などに有効利用することができる。そのた
め、光半導体素子の電極材料には、金、アルミニウム、
白金や種々の合金、ＩＴＯなどの金属酸化物を種々選択
することができる。金属で形成させた場合、その膜厚を
調整させることにより透過率が低く反射性が高い反射膜
１２０や透過率の高い透明電極３２０としても利用する
ことができる。

【００２６】光半導体素子３１０、４１０の曲面形状３
０４の上に形成される反射膜３０９、４０９としては、
窒化物半導体３０２が発光する或いは受光する光を効率
よく反射するものであればよく、金、銀、銅、アルミニ
ウム等の金属の他、合金や誘電体多層膜で形成させるこ
ともできる。

【００２７】（窒化物半導体ウエハーに形成された溝部
１０３、３０３、５０３、５１３）半導体積層面側１５
１と対向する透光性基板側裏面１５２から半導体層１０
２に達しない溝部１０３は、研磨により透光性基板１０
１の裏面に曲面１０４を形成させることに利用される。
溝部１０３の少なくとも一部は後に窒化物半導体ウエハ
ー１００から窒化物半導体素子１１０に分割させるため
に好適に利用することができる。

【００２８】本発明において透光性基板１０１に設けら
れた溝部１０３は曲面形状１０４を形成させるためにも
利用することができる。特に、曲面形状１０４は設けら
れる溝部１０３の間隔や溝部の深さにより制御すること
ができる。

【００２９】具体的には、裏面を同じように研磨させて
も溝部以外の部分（凸部）の大きさが一定で溝部の幅を
変化させる或いは溝部の幅が一定で溝部以外の部分（凸
部）の大きさを変化させることにより研磨速度が異な
る。溝部以外の部分（凸部）の幅が一定で溝部の間隔を
広くさせれば広くなるほど研磨速度が速くなる傾向にあ
る。また、溝部の幅が狭い（凸部占有率が高い）ほど凸
部の研磨能率は低下するが選択性は優れる。同様に溝の
幅が一定で溝部以外の部分（凸部）の大きさが小さくな
ればなるほど研磨速度が速くなる傾向にある。

【００３０】これらはポリシングによる研磨圧力分布に
より差が生じると考えられるため溝部の幅、間隔や深さ
によって透光性基板の曲面を所望に形成させることがで
きる。溝部の大きさや深さなどと研磨により透光性基板
の曲面を所望の曲面形状に形成させることができる。透
光性基板の曲面形状としては凸レンズ形状、凹レンズ形
状が挙げられる。また、発光観測面側から視て真円形状
や楕円形上など種々の曲面を構成することができる。

【００３１】ダイサーにより溝部を形成させる場合は、
溝部の幅が１５から３５μｍが好ましく、より好ましく
は２０から２５μｍである。１５μｍより溝の幅が狭く
なるとダイサーの刃先のぶれが大きく均一に形成し難い
傾向にある。また、溝部の幅が大きければ大きいほど半
導体ウエハーから分割できる窒化物半導体素子の数が少
なくなり量産性が悪くなる。また、半導体ウエハーの分
離に利用される溝部の深さは、半導体ウエハーを端面が
平滑に分割させるために２０μm以上が好ましい。特
に、溝部はその底面と半導体積層面側の表面との間隔が
３０から１００μmの範囲内でほぼ均一であることが好
ましい。

【００３２】溝部の幅をより小さくかつ深く形成させる
ためにはレーザー加工機によりサファイア基板やスピネ
ル基板に溝部を形成させることができる。このようなレ
ーザー加工機としては、ＹＡＧレーザー、エキシマレー
ザーやＣＯ₂レーザーが好適に用いることができる。特
に、ＹＡＧレーザーは熱の変質が少なく溝部を形成する
ことができる。また、ＣＯ₂レーザーは出力を向上させ
ることができるためより大きなかつ、より深い溝部の形
成に優れる。レーザー加工機によって照射されるレーザ
ー照射面の形状はフィルターを通すことなどにより真円
状、楕円状や矩形状など所望の形状に調節させることも
できる。

【００３３】レーザー加工機により溝部を形成させる場
合はレーザー照射装置自体を移動させても良いし照射さ
れるレーザーのみミラーなどで走査して溝部を形成させ
ることもできる。さらには、半導体ウエハーを保持する
ステージを水平方向に種々駆動させることにより所望の
深さの溝部を縦横所望に形成させることができる。

【００３４】（研磨）断面形状が矩形形状を示す基板を
研磨した場合、矩形形状のエッジ部分の研磨が特に進行
し角が落ちたような形状になる。半導体ウエハー１００
の基板裏面側１５２から半導体層１０２に達しない溝部
１０３を形成し、その後半導体ウエハーの裏面側１５２
を研磨することにより溝部１０３以外の透光性基板裏面
部分に曲面形状１０４が形成される。

【００３５】透光性基板１０１の研磨は半導体ウエハー
１００に一定の加圧をかけスラリを用いて行うことがで
きる。研磨に用いられるスラリには種々のものが挙げら
れるがシリカやダイヤモンドなどが好適に挙げられる。
溝部を半導体ウエハーの分割に利用する場合、上述の如
き溝部の幅や深さに制限があるため透光性基板の曲面を
形成させるためには、砥粒の平均粒径を６μm以下のも
のを用いることが好ましく平均粒径３μｍがより好まし
い。以下、本発明の具体的実施例について詳述するが本
実施例のみに限定されるものでないことは言うまでもな
い。

【００３６】

【実施例】（実施例１）厚さ２００μｍであり洗浄され
たサファイアを透光性基板１０１としＭＯＣＶＤ法を用
いて窒化物半導体１０２を積層させ窒化物半導体ウエハ
ー１００を形成させた。窒化物半導体は基板を分割した
後に光半導体素子１１０である発光素子として働くよう
多層膜として成膜させた。まず、５１０℃において原料
ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガス、ＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）ガス及びキャリアガスである水素ガスを
流すことにより厚さ約２００オングストロームのバッフ
ァー層として働くＧａＮを形成させた。

【００３７】次に、ＴＭＧガスの流入を止めた後、反応
装置の温度を１１５０℃に挙げ再びＮＨ₃（アンモニ
ア）ガス、ＴＭＧガス、ドーパントガスとしてＳｉＨ₄
（シラン）ガス、キャリアガスとして水素ガスを流すこ
とによりｎ型コンタクト層として働く厚さ約４μｍのＧ
ａＮ層を形成させた。

【００３８】活性層は、一旦、キャリアガスのみとさせ
反応装置の温度を８００℃に保持し後、原料ガスとして
ＮＨ₃（アンモニア）ガス、ＴＭＧガス、ＴＭＩ（トリ
メチルインジウム）及びキャリアガスとして水素ガスを
流すことにより厚さ約３ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ層
を堆積させた。

【００３９】活性層上にクラッド層を形成させるため原
料ガスの流入を停止し反応装置の温度を１０５０℃に保
持した後、原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガス、
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧガス、
ドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエル
マグシウム）ガス及びキャリアガスとして、水素ガスを
流しｐ型クラッド層として厚さ約０．１μｍのＧａＡｌ
Ｎ層を形成させた。

【００４０】最後に、反応装置の温度を１０５０℃に維
持し原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガス、ＴＭＧ
ガス、ドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇガス及びキャリ
アガスとして水素ガスを流しｐ型コンタクト層として厚
さ約０．５μｍのＧａＮ層を形成させた（なお、ｐ型窒
化物半導体層は４００℃以上でアニール処理してあ
る。）。

【００４１】半導体ウエハー１００に、ＲＩＥ（Reacti
ve Ion Etching）によって窒化物半導体表面側１５１か
ら溝部１０３が形成されるサファイア基板１０１との境
界面が露出するまでエッチング面１３０を形成させ複数
の島状窒化物半導体層１０２が形成された半導体ウエハ
ー１００を用いる。なお、エッチング時にｐｎ各半導体
が露出するようマスクを形成させエッチング後除去させ
てある。また、ｐｎ各半導体層には、ｐ型電極１２０、
ｎ型電極１２１として金属電極がスパッタリング法によ
り形成されている。サファイア基板側１５２から光を取
り出すため、半導体上に設けた電極を発光波長に対して
非透過性若しくは透過率が低くなるような厚さとさせて
ある（図１（Ａ））。

【００４２】形成された窒化物半導体ウエハー１００の
サファイア基板１０１を１００μｍまで研磨した後、半
導体ウエハー１００のサファイア基板１０１裏面側１５
２が上になるように水平方向に自由駆動可能なテーブル
上に真空チャックを用いて固定させた（不示図）。

【００４３】ブレード回転数３０，０００ｒｐｍ、切断
速度３ｍｍ／ｓｅｃでステージを移動させることにより
サファイア基板１０１の底面に幅約２５μｍ、深さ約２
０μｍの溝をほぼ均一に縦横に形成し溝部１０３とさせ
る。溝部１０３は窒化物半導体ウエハー１０１のサファ
イア基板裏面側１５２から見るとエッチング面１３０と
略平行に形成されておりそれぞれがその後に光半導体素
子１１０となる３００μｍ角の大きさに形成させてある
（図１（Ｂ））。

【００４４】次に、片面研磨機と研磨剤となる平均粒径
３μｍのダイヤモンド・スラリを用いてサファイア基板
の裏面側１５２に研磨を行い、レンズ作用をする曲面形
状１０４に形成する（図１（Ｃ））。

【００４５】半導体ウエハー１００を洗浄後、曲面形状
１０４を形成するために利用した溝部１０３にスクライ
バーによりスクライブライン１０５を形成する（図１
（Ｅ））。

【００４６】溝部１０３に沿ってローラー（不示図）に
より荷重をかけ、窒化物半導体ウエハー１００を切断分
離することができる（図１（Ｅ））。

【００４７】以上のようにして、透光性基板がレンズ効
果を有する曲面形状を持つフリップチップ型の光半導体
素子１１０としてＬＥＤチップを形成することができ
る。

【００４８】このＬＥＤチップの実装例を図２に示す。
窒化物半導体層２０２が積層された表面側を下向きにマ
ウント部材として導電性ペースト２０６であるＡｇ含有
樹脂を用いて実装基板２０８上の電極２０７に固定す
る。透光性基板２０１の裏面側に形成した曲面形状２０
４がレンズとして機能し光半導体素子２１０の光量が有
効に利用可能となる。また、Ａｕを厚膜で堆積させるこ
とにより発光波長に対するｐ型電極２２０の反射率を高
くしてある。これにより図中下方に向いて半導体発光層
から放出された発光波長もｐ型電極２２０で反射し効率
よく光半導体素子から取り出すことが可能となる。ま
た、ｐ型電極の発光波長に対する透過率を低くすること
によって、光半導体素子から放出される発光波長により
マウント部材２０６の劣化を防ぐことが可能となる。

【００４９】また、光ファイバー２０９との光学的な接
続性も向上することができる。さらに、図７の如く、溝
部端面が曲面形状となっているためスクライバー駆動時
にスクライバーの刃先が溝部からずれ歪んだスクライブ
ライン７０２が形成されることがない。即ち、スクライ
バーの刃先をガイド可能な溝部周辺に沿って所望通りの
スクライブライン７０１を形成することができる。さら
に、溝部を窒化物半導体ウエハー分割のためにも利用す
るため、窒化物半導体ウエハー分割の工程を簡略化する
ことが可能となる。

【００５０】（実施例２）厚さ２００μｍであり洗浄さ
れたサファイアを透光性基板３０１としＭＯＣＶＤ法を
用いて窒化物半導体３０２を積層させ窒化物半導体ウエ
ハー３００を形成させた。窒化物半導体３０２は透光性
基板３０１を分割した後に光半導体素子である発光素子
３１０として働くよう多層膜として成膜させた。まず、
５１０℃において原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）
ガス、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス及びキャリア
ガスである水素ガスを流すことにより厚さ約２００オン
グストロームのバッファー層として働くＧａＮを形成さ
せた。

【００５１】次に、ＴＭＧガスの流入を止めた後、反応
装置の温度を１１５０℃に挙げ再びＮＨ₃（アンモニ
ア）ガス、ＴＭＧガス、ドーパントガスとしてＳｉＨ₄
（シラン）ガス、キャリアガスとして水素ガスを流すこ
とによりｎ型コンタクト層として働く厚さ約４μｍのＧ
ａＮ層を形成させた。

【００５２】活性層は、一旦、キャリアガスのみとさせ
反応装置の温度を８００℃に保持し後、原料ガスとして
ＮＨ₃（アンモニア）ガス、ＴＭＧガス、ＴＭＩ（トリ
メチルインジウム）及びキャリアガスとして水素ガスを
流すことにより厚さ約３ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ層
を堆積させた。

【００５３】活性層上にクラッド層を形成させるため原
料ガスの流入を停止し反応装置の温度を１０５０℃に保
持した後、原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガス、
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧガス、
ドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエル
マグシウム）ガス及びキャリアガスとして、水素ガスを
流しｐ型クラッド層として厚さ約０．１μｍのＧａＡｌ
Ｎ層を形成させた。

【００５４】最後に、反応装置の温度を１０５０℃に維
持し原料ガスとしてＮＨ₃（アンモニア）ガス、ＴＭＧ
ガス、ドーパントガスとしてＣｐ₂Ｍｇガス及びキャリ
アガスとして水素ガスを流しｐ型コンタクト層として厚
さ約０．５μｍのＧａＮ層を形成させた（なお、ｐ型窒
化物半導体層は４００℃以上でアニール処理してあ
る。）。

【００５５】半導体ウエハー３００に、ＲＩＥ（Reacti
ve Ion Etching）によって窒化物半導体が積層された表
面側３５１から溝部が形成されるサファイア基板との境
界面が露出するまでエッチングしエッチング面３２０を
形成させ複数の島状窒化物半導体層が形成された半導体
ウエハー３００を用いる。なお、エッチング時にｐｎ各
半導体が露出するようマスクを形成させエッチング後除
去させてある。また、ｐｎ各半導体層には、ｐ型電極３
２０及びｎ型電極３２１として電極がスパッタリング法
により形成されている。半導体表面側からｐ型電極３２
０を介して光を取り出すためｐ型電極３２０の厚みをＡ
ｕを１０００オングストロームと薄く形成させてある
（図３（Ａ））。

【００５６】こうして形成された窒化物半導体ウエハー
３００のサファイア基板３０１を１００μｍまで研磨し
た後、半導体ウエハー３００のサファイア基板裏面側３
５２が上になるように水平方向に自由駆動可能なテーブ
ル上に真空チャックを用いて固定させた（不示図）。

【００５７】ブレード回転数３０，０００ｒｐｍ、切断
速度３ｍｍ／ｓｅｃでステージを移動させることにより
サファイア基板３０１の底面に幅約２５μｍ、深さ約２
０μｍの溝をほぼ均一に縦横に形成し溝部３０３とさせ
る。溝部３０３は、半導体ウエハー３００のサファイア
基板裏面側３５２から見るとエッチング面３３０と略平
行に形成されておりそれぞれがその後に光半導体素子３
１０となる３００μｍ角の大きさに形成させてある（図
３（Ｂ））。

【００５８】次に、片面研磨機と研磨剤となる平均粒径
３μｍのダイヤモンド・スラリを用いてサファイア基板
３０１の裏面側３５２の研磨を行い透光性基板３０１が
レンズ効果を有する曲面形状３０４を形成する。

【００５９】半導体ウエハー３００を洗浄後、真空蒸着
法によりＡｌの反射膜３０９を窒化物半導体ウエハーの
裏面全面となる透光性基板裏面側３５２上に形成する
（図３（Ｃ））。

【００６０】反射膜３０９の形成後に、溝部３０３の底
面にレーザー照射により深さ５μｍのブレイク・ライン
３０５を形成する（図３（Ｄ））。

【００６１】次に、溝部３０３に沿って加重をかけたロ
ーラーを走らせ半導体ウエハー３００を切断し光半導体
素子３１０であるＬＥＤチップを形成させる（図３
（Ｅ））。

【００６２】溝部３０３、スクライブ・ライン３０５の
形成をレーザーで行うため、スクライバーなど機械的に
溝部を形成させるものに較べカッターの消耗、劣化によ
る加工精度のバラツキ、刃先交換のために発生するコス
トを低減することができる。また、溝部３０３を窒化物
半導体ウエハー３００分割のためにも利用するため、半
導体ウエハー分割の工程を減らすことが可能となる。さ
らに、レーザー照射により反射膜が設けられた透光性基
板上にブレイク・ラインを形成するため、ブレイク・ラ
イン形成時にブレードが反射膜３０９を構成するＡｌな
どの金属による目詰まりを起こすこともない。

【００６３】この光半導体素子４１０の実装例を図４に
示す。エポキシ樹脂などのマウント部材を用いて光半導
体素子を実装基板４０８にマウントし光半導体素子４１
０の電極と実装基板４０８上に設けられた外部電極とを
ワイヤーボンディングすることにより実装が完成する
（不示図）。光半導体素子４１０の透光性基板裏面側が
曲面形状を有するため発光波長を効率よく集光して外部
に取り出すことが可能となる。また、反射膜４０９はマ
ウント部材４０６に入射する光量を低減するため、光半
導体素子４１０や外部からの発光波長が原因となるダイ
ボンド部材４０６の劣化を低減することが可能となる。
特に、野外で使用される光半導体素子や発光波長が紫外
線域にある場合は効果が大きい。

【００６４】（比較例１）実施例１において研磨工程を
行わず、曲面を持たない以外は同様にしてＬＥＤチップ
を形成させた。形成されたＬＥＤチップを、実施例１及
び実施例２のＬＥＤチップと比較した。実施例１のＬＥ
Ｄチップと比較したところ実施例１の光量が曲面を持た
ない比較例１のＬＥＤチップに較べ約１．３倍に向上す
る。同様に実施例２のＬＥＤチップと比較したところ実
施例２の光量が曲面を持たない比較例１のＬＥＤチップ
に較べ約１．２倍に向上する。

【００６５】（実施例３）溝部５０３をレーザーにより
形成させると共に光半導体素子の分割に利用しない溝部
５１３も形成させた以外は実施例１と同様にして半導体
ウエハー５００を形成させた（図５（Ａ））。なお、レ
ーザー（３５６ｎｍ）はＹＡＧレーザー照射装置から１
６Ｊ／ｃｍ²で照射させつつステージを移動させること
によりサファイア基板５０１の底面に幅約３０μｍ、深
さ約５μｍの溝を縦横に形成し溝部５０３とさせてあ
る。溝部５０３はその底面と半導体層面の表面との間隔
が、９５μｍ内で、ほぼ均一になるように調整し形成さ
れる。分割に利用しない溝部５１３は溝部５０３よりも
浅く形成させてある。

【００６６】透光性基板５０１の裏面側５５２を研磨す
ることにより半導体ウエハー裏面に曲面形状５０４を形
成する。研磨により後に形成される光半導体素子５１０
の１個に対して４個のレンズとして働く曲面形状が形成
される（図５（Ｃ））。

【００６７】次に光半導体素子５１０の大きさに相当す
る溝部５０３の底面にのみブレイク・ライン５０５を形
成する。このとき、レーザーによって形成されるブレイ
ク・ライン５０５の深さが、３μｍ以上になるように
レーザー出力を調整する（図５（Ｄ））。

【００６８】続いて、溝部５０３に沿ってローラーによ
って荷重を作用させ、半導体ウエハー５００を切断し光
半導体素子５１０を分離する（図５（Ｅ））。

【００６９】溝部５０３、５１３、ブレイク・ライン５
０５の形成をレーザーで行うため、カッターの消耗、劣
化による加工精度のバラツキ、刃先交換のために発生す
るコストを低減することができる。

【００７０】

【発明の効果】光半導体素子は基板裏面側が曲面形状を
持ち、従来は臨界角反射の為に光半導体素子の外部に取
り出せなかった光を取り出せる。或いは、取り込めなか
った光を取り込めるようになり光半導体素子の光利用効
率が向上する。

【００７１】曲面形状をもつ透光性基板裏面上に反射膜
を形成することにより、透光性基板裏面側が発光波長又
は受光波長に対してパラボナ・アンテナ同様の効果を果
たす。そのため、効率よく光半導体素子から光を取り出
す又は光を取り込むことが可能となる。

【００７２】さらに、光半導体素子を半導体層面側を下
にして実装するフリップチップ型とする場合、曲面形状
の基板裏面がレンズとしての効果を持つ。更に、ｐ型電
極が反射鏡として機能するため発光効率若しくは受光効
率の高い光半導体素子となる。

【００７３】本発明の製造方法とすることにより、簡単
に光利用効率の高い光半導体素子を製造することが可能
となる。

【００７４】また、レーザーにより溝部を形成すること
により、従来のようなスクライブ・カッター劣化、交換
により発生していた加工コストの低減が可能となる。溝
部に沿ってウエハーを分割することにより、形状の揃っ
た光半導体素子を比較的簡単に歩留りよく得ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例１における光半導体ウエハーの加
工方法を示した模式図である。

【図２】図２は実施例１における光半導体素子の実装例
を示した模式図である。

【図３】図３は実施例２における光半導体ウエハーの加
工方法を示した模式図である。

【図４】図４は実施例２における光半導体素子の実装例
を示した模式図である。

【図５】図５は実施例３における光半導体ウエハーの加
工方法を示した模式図である。

【図６】図６は本発明と比較のために示す光半導体ウエ
ハーの加工方法を示した模式図である。

【図７】図７は本発明の効果の一つを示す模式的説明図
である。

【符号の説明】

１００、３００、５００・・・窒化物半導体ウエハー１０１、２０１、３０１、４０１、５０１・・・透光性
基板１０２、２０２、３０２、４０２、５０２・・・窒化物
半導体１０３、３０３・・・透光性基板に設けられた溝部１０４、２０４、３０４、５０４・・・透光性基板の裏
面側に設けられた曲面形状１０５、３０５、５０５・・・ブレイク・ライン１１０、２１０、３１０、４１０、５１０・・・光半導
体素子１２０、２２０、３２０、４２０・・・ｐ型電極１２１、３２１、４２１・・・ｎ型電極１３０、３３０・・・エッチング面１５１、３５１、５５１・・・第１の主面１５２、３５２、５５２・・・第２の主面２０６、４０６・・・マウント部材２０７・・・実装基板上の電極２０８、４０８・・・実装基板２０９・・・光ファイバーの端部３０９、４０９・・・反射膜５０３・・・光半導体素子の分割に利用する溝部５１３・・・光半導体素子の分割に利用しない溝部６００・・・半導体ウエハー６０１・・・透光性基板６０２・・・窒化物半導体６０３・・・溝６０４・・・スクライブ・ライン６１０・・・光半導体素子６２０・・・ｐ型電極６２１・・・ｎ型電極７０１・・・溝に沿って形成された所望通りのスクライ
ブライン７０２・・・歪んだスクライブライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基板(101)が第１の主面(151)及び第
１の主面と対向する第２の主面(152)を有し第１の主面
(151)上に窒化物半導体(102)が積層された光半導体素子
(110)であって、前記第２の主面(152)の少なくとも一部がレンズ効果を
有する曲面形状(104)であることを特徴とする光半導体
素子。
【請求項２】前記窒化物半導体(102)が透光性基板(101)
上にｎ型半導体、ｐ型半導体で積層されていると共に少
なくとも発光波長又は受光波長に対して非透過性若しく
は透過率が低いｐ型半導体と接するｐ型電極(120)を有
する請求項１記載の光半導体素子。
【請求項３】透光性基板(301)が第１の主面(351)及び第
１の主面と対向する第２の主面(352)を有し第１の主面
(351)上に窒化物半導体(302)が積層された光半導体素子
(310)であって、前記透光性基板(301)の第２の主面(352)が曲面形状(30
4)を有すると共に該曲面形状(304)上に、少なくとも窒
化物半導体(302)の発光波長若しくは受光波長を反射す
る反射膜(309)を有することを特徴とする光半導体素
子。
【請求項４】透光性基板(101)上に窒化物半導体(102)が
積層された半導体ウエハー(100)を分割して形成する光
半導体素子(110)の製造方法であって、前記窒化物半導体(102)積層面側と対向する透光性基板
の裏面側から前記窒化物半導体(102)に達しない溝部(10
3)を形成する工程と、前記溝部(103)の形成後に前記透光性基板(101)の裏面側
を研磨することで曲面形状(104)を形成する工程と、前記溝部(103)に沿って半導体ウエハー(100)を分離する
工程とを有することを特徴とする光半導体素子の製造方
法
【請求項５】前記溝部(103)の形成がレーザー照射によ
る請求項４に記載された光半導体素子の製造方法。