発光素子の製造方法
【課題】 スクライブ溝の形成にレーザを用いながらも、汚染物除去時に出射面が損傷されにくい発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 個々の発光素子１を分離するためのスクライブ溝ＳＴをレーザを用いて形成する工程の前に、結晶成長用基板２において発光層３の光が出射する出射面を覆う保護膜７を設ける。スクライブ溝ＳＴの形成時に形成された汚染物ＣＭを除去する工程では、出射面の凹凸構造は保護膜７により保護されるから損傷されにくい。
【解決手段】 個々の発光素子１を分離するためのスクライブ溝ＳＴをレーザを用いて形成する工程の前に、結晶成長用基板２において発光層３の光が出射する出射面を覆う保護膜７を設ける。スクライブ溝ＳＴの形成時に形成された汚染物ＣＭを除去する工程では、出射面の凹凸構造は保護膜７により保護されるから損傷されにくい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３族窒化物半導体からなる発光層を有する発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばサファイアからなる結晶成長用基板に、３族窒化物半導体からなる発光層を設けた発光素子が提供されている。
【０００３】
ところで、通常、半導体プロセスでは、一枚のウェーハに複数個の素子の構造を形成し、最終的にダイシングによって個々の素子を分離する。しかし、上記の発光素子では、結晶成長用基板の材料の硬度が高く、例えばサファイアの場合にはモース硬度が略９に及ぶ。このため、一般に用いられるダイシングソーやスクライバによって切断しようとすると、分離時のチッピングやクラックにより歩留まりが悪くなる可能性がある。このようなチッピングやクラックの発生を抑えて歩留まりの悪化を防ぐためには、予め結晶成長用基板の厚さ寸法が１００μｍ程度になるまで研磨する必要があり、製造コストが比較的に高くなってしまう。
【０００４】
そこで、レーザを用いて結晶成長用基板にスクライブ溝を設け、このスクライブ溝に沿ってウェーハを割る（ブレイクする）ことにより個々の発光素子を分離することが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この方法であれば、研磨を行わずともチッピングやクラックが発生しにくいから、製造コストを低減することができる。
【特許文献１】特開平１０−３２１９０８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、レーザを用いる上記方法では、結晶成長用基板の溶融・再固化により生じたアルミナなどの非透明な汚染物が結晶成長用基板上に付着するため、特に発光層の光を結晶成長用基板を通じて出射させる発光素子では光取り出し効率が低下してしまう。
【０００６】
特許文献２に記載されているようなブラスト加工やエッチングによって上記汚染物を除去することも可能ではある。しかし、近年では、光の出射面に微細な凹凸を設けて透過率を向上させることにより光取り出し効率を向上することが行われており、上記汚染物を除去する工程において上記微細な凹凸が損なわれたり不均一となることは、光取り出し効率の低下につながる上に、同じウェーハに形成された発光素子間で発光効率にばらつきが生じることになるから好ましくない。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、スクライブ溝の形成にレーザを用いながらも、汚染物除去時に出射面が損傷されにくい発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、透光性を有する結晶成長用基板の一面に３族窒化物半導体からなる発光層が設けられてなり、結晶成長用基板において発光層が設けられた面の反対面を、発光層の光が出射する出射面とした発光素子の製造方法であって、発光層が設けられた結晶成長用基板の少なくとも出射面に凹凸を設ける凹凸形成工程と、発光層が設けられた結晶成長用基板の少なくとも出射面上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、出射面に保護膜が形成された結晶成長用基板に、ダイシング用のスクライブ溝をレーザにより形成するスクライブ溝形成工程と、スクライブ溝形成工程においてスクライブ溝の内面に付着した汚染物を除去する汚染物除去工程と、汚染物除去工程後に保護膜を除去する保護膜除去工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、保護膜を設けたことにより、スクライブ溝形成工程における汚染物が出射面に付着しにくくなり、且つ汚染物除去工程において出射面が損傷されにくい。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、スクライブ溝形成工程において、波長が紫外領域に属する第１のレーザと、第１のレーザよりも単位時間当たりのエネルギーが低く且つ第１のレーザよりも結晶成長用基板に吸収されやすい第２のレーザとを用いることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、第２のレーザによって結晶成長用基板に形成される多孔質や非晶質等の不透明な構造により第１のレーザが吸収されやすくなるから、第１のレーザのエネルギーを有効に利用し、発光層への熱の影響を低減することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、スクライブ溝の深さ寸法を、結晶成長用基板の厚さ寸法の３０％〜９０％とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、スクライブ溝形成工程において、形成されるスクライブ溝の内面の出射面に対してなす角が１５°〜７５°となるように、レーザを出射面に対して斜め向きに入射させることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、結晶成長用基板の切断面が発光層に対して斜め向きとなるから、発光層の光が切断面から出射しやすくなるので、光の利用効率が向上する。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、凹凸形成工程として、結晶成長用基板よりも凹凸を設けやすい加工膜を結晶成長用基板の少なくとも出射面上に設ける加工膜形成工程と、加工膜に凹凸を設ける加工膜成形工程と、加工膜成形工程後に、エッチングにより加工膜の凹凸に応じた凹凸を結晶成長用基板の出射面に設ける転写工程とを、それぞれ保護膜形成工程の前に備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、汚染物除去工程の前に保護膜に凹凸を形成する保護膜成形工程を備え、汚染物除去工程は、汚染物を除去する手段によって保護膜の凹凸に応じた凹凸が結晶成長用基板に形成される凹凸形成工程でもあることを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、保護膜はシリコーン樹脂からなり、保護膜の形成は塗布によってなされることを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、保護膜は金属からなることを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかの発明において、汚染物除去工程は、出射面にブラスト加工用の粒子を吹き付けるブラスト加工工程と、ブラスト加工工程後に残存したブラスト加工用の粒子を気流によって吹き飛ばす吹き飛ばし工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、吹き飛ばし工程を備えることにより、ブラスト加工用の粒子が結晶成長用基板上に残存しにくい。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、保護膜は結晶成長用基板及び発光層を覆うように設けられ、汚染物除去工程はエッチング液への浸漬により行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、出射面を覆う保護膜を形成する保護膜形成工程をスクライブ溝形成工程の前に備えることにより、スクライブ溝形成工程における汚染物が出射面に付着しにくくなり、且つ汚染物除去工程において出射面が損傷されにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
本実施形態において製造される発光素子１は、図２に示すように、透光性を有する材料からなる結晶成長用基板２上に、３族窒化物半導体からなる発光層３と電極４１，４２とが、緩衝層５を介して形成されてなる。
【００２５】
結晶成長用基板２の材料としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の他、窒化ガリウム（ＧａＮ）を始めとする３族窒化物半導体を用いることができる。緩衝層５は、結晶成長用基板２と発光層３との中間の格子定数を有する材料からなる。
【００２６】
発光層３を構成する３族窒化物半導体の組成は、一般に、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｕ＝１となるｘ、ｙ、ｚ、ｕを用いて、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＢｕＮと表される。また、発光層３は、緩衝層５上に形成されｎ型の電極４１が設けられたｎ型クラッド層３１と、ｐ型の電極４２が設けられたｐ型クラッド層３２と、ｎ型クラッド層３１とｐ型クラッド層３２との間に介在する活性層３３とを有する。さらに、活性層３３における電子−正孔再結合を促進して内部量子効率を向上するためのクラッド層を、活性層３３とクラッド層３１，３２との間に追加することもある。発光層３は、有機金属気層成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシャル成長法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）、ハライド気層成長法（Hydride Vapor. Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）、液層成長法（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥ）などの方法を用いたエピタキシャル成長により形成される。ｐ型クラッド層は例えばＳｉをドーピングすることにより形成され、ｎ型クラッド層は例えばＭｇをドーピングすることにより形成されている。活性層３３は、例えば波長４４０〜４９０ｎｍの青色光を生じるものの場合、ＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とが交互に積層された単一又は多重量子井戸構造を有する。
【００２７】
また、発光素子１は発光層３及び電極４１，４２を実装面（図示せず）に向けてフェースダウン実装され、発光層３の光を結晶成長用基板２を通じて実装面の反対側へ出射させるものであって、結晶成長用基板２において発光層３が設けられた面の反対面、すなわち発光層３の光が主に出射する面（以下、「出射面」と呼ぶ。）には、微細な凹凸を設けている。このように出射面に凹凸を設ければ、出射面の透過率が向上して光取出し効率が向上する。図２の発光素子１においてｄ＝ｐ／２とし結晶成長用基板２の材料としてサファイア（屈折率１．７７）を用いた場合における回折光に関し、凹凸のピッチｐと、結晶成長用基板２から空気への光取り出し効率との関係を図３に示す。ピッチｐ及び高低差ｄは、それぞれ０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが望ましい。本発明者は、高低差ｄすなわち深さが１．５μｍの逆角錐形状の凹部を３μｍのピッチｐで設けることにより、凹凸を設けない場合に比べて光取出し効率を約１．２倍とした発光素子１を得ることに成功している。凹凸のピッチｐは、発光層３が発する光の波長をλとするとλ／４〜１０λとする。ピッチｐが５λ〜１０λであれば入射角が臨界角以下となる出射面の面積の増大により、ピッチｐがλ〜５λであれば入射角が臨界角以上である光が回折光として出射する効果により、ピッチｐがλ／４〜λであれば発光素子１を封止する封止材又は外気と結晶成長用基板２との中間の屈折率を有する層を出射面上に設けるのと同様の効果が得られることにより、それぞれフレネル反射が低減されて光取り出し効率が向上する。
【００２８】
第１の媒質Ｍ１（屈折率ｎ１）と第２の媒質Ｍ２（屈折率ｎ２）とが接する界面であって通過する光の波長に対して適度なピッチで粗面化された界面について、凹凸を平均した面に平行なある断面において第２の媒質Ｍ２が占める比率をｒとおくと、該断面近傍での有効屈折率は、ＴＥ波に対して次の＜ｎＥ＞となり、ＴＭ波に対して次の＜ｎＭ＞となる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】
すなわち、粗面化された界面の凹凸を平均した面に平行な断面において一方の媒質Ｍ１が占める比率が、他方の媒質Ｍ２側に向かって徐々に小さくなるように、例えば界面の凹凸を三角波形状や円錐形状とすれば、有効屈折率が徐々に変化することになるから、例えば凹凸が矩形波形状や円柱形状であって上記比率が急激に変化する場合に比べ、上記界面での反射率がより低減される。
【００３２】
（実施形態１）
本実施形態での発光素子１の製造方法について図１（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。なお、以下では、活性層３３や緩衝層５の図示は省略している。
【００３３】
本実施形態は、発光素子１の複数個分の面積を有する結晶成長用基板２のウェーハに、複数個の発光素子１に相当する構造を形成した後に、個々の発光素子１を分離させるものである。
【００３４】
まず、図１（ａ）に示すように、複数個の発光素子１に相当する面積を有する結晶成長用基板２に、発光層３と電極４１，４２とを複数個分形成し、さらに出射面に凹凸を形成する。出射面に凹凸を形成する方法としては、例えばナノインプラントリソグラフィー（ＮＩＬ）を用いることができる。すなわち、図４（ａ）に示すように平坦な出射面上に、図４（ｂ）に示すように加工膜６を設け、所望の凹凸が設けられたモールドＭＯを押し付けることによって図４（ｃ）に示すように加工膜６に凹凸を転写し、次に例えば塩素系ガスによるエッチングを行うことで図４（ｄ）に示すように加工膜６の凹凸を出射面に転写する。加工膜６の厚さは例えば１μｍとする。また、加工膜６の材料としては、例えば熱可塑性樹脂や紫外線硬化樹脂のように熱や光によって硬度が変化する物質を用い、具体的には、フォトレジストとして用いられているようなポリマー系の皮膜材料を用いることができる。加工膜６を形成する方法としては、例えば遠心塗布（スピンコート）を用いることができる。熱可塑性樹脂を用いる場合は、凹凸の転写前に加熱して軟化させ、モールドＭＯを押し付けながら温度を下げて硬化させることによりモールドＭＯの凹凸を加工膜６に転写する。また、紫外線硬化樹脂を用いる場合、凹凸の転写後に紫外線を照射して硬化させる。
【００３５】
次に、図１（ｂ）に示すように出射面上に保護膜７を形成する。保護膜７の材料としては、例えば次表に示す合成樹脂を用いることができる。ここで、保護膜７の不要な蒸発を抑えるため、保護膜７の材料はレーザによる蒸発が可能な範囲内でなるべく熱的に安定であることが望ましい。また、保護膜７は、後述する汚染物除去工程で出射面の凹凸構造を保護するため、汚染物除去工程で汚染物ＣＭを除去する手段に対して十分な耐久性を有している必要があり、例えば汚染物除去工程でブラスト加工を用いる場合には保護膜７は高い弾性を有することが望ましい。以上の条件を満たす材料としては、成形可能な硬度となる温度（加工変形温度）が１８０℃以上と熱的に安定であって、１０５ｋｇ／ｃｍ２以上の高い弾性係数を有するシリコーン樹脂がある。
【００３６】
【表１】
【００３７】
保護膜７を形成する方法としては、図５（ａ）に示すようにシリコーン樹脂ＳＲの塊を出射面の中央部に配置し、結晶成長用基板２を図５（ａ）の上方から見た面内で例えば３０００ｒｐｍで２０秒程度回転させ、遠心力により図５（ｂ）（ｃ）のように出射面上にシリコーン樹脂ＳＲを均一に広げる遠心塗布を用いることができる。
【００３８】
次に、図１（ｃ）に矢印で示すように出射面にレーザを照射することによりスクライブ溝ＳＴを形成する。スクライブ溝ＳＴの深さ寸法は、後のブレーキングでの発光素子１の分離を容易とするために結晶成長用基板２の厚さ寸法の３０％以上とすることが望ましく、且つ発光層３に与える影響を抑えるように結晶成長用基板２の厚さ寸法の９０％以下とすることが望ましい。例えば、結晶成長用基板２の材料がサファイアであって厚さ寸法が３５０μｍの場合、波長３５５ｎｍのＴＨＧ−ＹＡＧレーザを、出力２．５Ｗ、周波数１０ｋＨｚ、パルス幅３０ｎｓ、走査速度１ｍｍ／ｓｅｃで照射すれば、深さ寸法が約３００μｍのスクライブ溝ＳＴを形成することができる。スクライブ溝ＳＴの幅寸法は、例えば５０μｍ程度とする。
【００３９】
次に、スクライブ溝ＳＴの形成時に生じたアルミナ等の汚染物ＣＭを除去する。汚染物ＣＭを除去する方法としては、例えばブラスト加工を用いることができる。具体的には例えば、吹き付けられるブラスト加工用の粒子（以下、「ブラスト粒子」と呼ぶ。）としてアルミナ粒子を用い、ブラスト粒子を吹き付ける圧力を０．５Ｍｐａとする。ブラスト粒子の粒径はスクライブ溝ＳＴの幅寸法に応じて適宜選択すればよく、例えばスクライブ溝ＳＴの幅寸法が５０μｍである場合には平均粒径を２０μｍとする。ブラスト粒子が均一に照射されるように、ブラスト加工中は結晶成長用基板２を出射面に平行な面内で回転させることが望ましい。このときの結晶成長用基板２の回転速度は、例えば１２ｒｐｍとする。ブラスト粒子の材料としては、結晶成長用基板２を加工するのに十分なモース硬度（結晶成長用基板２の材料としてサファイアを用いる場合はモース硬度９以上）を持った物質であれば何でもよく、例えばＳｉＣを用いてもよい。また、ブラスト粒子は、出射面に直交する方向から吹き付けてもよいし、出射面に対して斜め方向から吹き付けてもよい。さらに、上記ブラスト加工工程の後には、結晶成長用基板２上に残存するブラスト粒子を空気などの気体の吹き付けにより吹き飛ばす吹き飛ばし工程を設けることが望ましい。本発明者の実験によれば、５秒間のブラスト加工工程と５秒間の吹き飛ばし工程とを交互に数回繰り返した結果、汚染物ＣＭとブラスト粒子とを共に略完全に除去することに成功した。
【００４０】
次に、図１（ｄ）に示すようにスクライブ溝ＳＴに沿って結晶成長用基板２を割ることによって個々の発光素子１を分離させる。
【００４１】
最後に、保護膜７を除去し、ここにおいて図１（ｅ）に示すように発光素子１が完成する。保護膜７の材料としてシリコーン樹脂を用いた場合、例えばピンセット（図示せず）を用いて剥離させることにより容易に保護膜７を除去することができる。
【００４２】
上記構成によれば、出射面の凹凸を覆う保護膜７を形成する保護膜形成工程を、スクライブ溝形成工程の前に備えることにより、出射面が保護膜７によって保護されるから、スクライブ溝形成工程において生じた汚染物ＣＭが出射面に付着しにくく、且つ汚染物除去工程において出射面の凹凸構造が損傷されにくい。従って、保護膜７を設けない場合に比べ、光の利用効率を向上することができる。また、出射面の凹凸の均一性を汚染物除去工程の前後で維持することができるから、発光素子１間での発光効率のばらつきを抑えることができる。
【００４３】
また、スクライブ溝ＳＴの形成にパルスレーザを用いたことにより、スクライブ溝ＳＴの内面には凹凸が形成されており、この凹凸が汚染物除去工程後にもある程度残存することにより、結晶成長用基板２において出射面だけでなく切断面（図１（ｅ）の左右両面）にも凹凸が生じて透過率が向上しているから、光の利用効率が向上している。スクライブ溝形成工程におけるレーザの走査速度を一定とすることにより、上記の凹凸のピッチは均一とすることができる。
【００４４】
なお、保護膜７としては、モリブデンやステンレスなどの金属の厚膜を用いてもよい。この場合、スクライブ溝ＳＴを設ける位置において結晶成長用基板２を露出させる溝（図示せず）を、予めリソグラフィにより保護膜７に設けておく。
【００４５】
又は、保護膜７として、結晶成長用基板２に対して着脱可能な金属板を用いてもよい。例えば、保護膜７として厚さ３００μｍのモリブデンの板を用い、図６のように保護膜７を結晶成長用基板２の出射面（図６の上面）に金具ＭＦで押え付けることによって固定する。また、保護膜７においてスクライブ溝ＳＴに対応する位置にはスクライブ溝ＳＴの幅寸法に応じてスリット７１を設けておき、スクライブ溝形成工程ではこのスリット７１にレーザを通す。例えば、幅寸法が１００μｍのスリット７１を、１０００μｍのピッチで設けておく。汚染物除去工程をブラスト加工によって行う場合、保護膜７の材料としては例えばモリブデンやステンレスのようなモース硬度が５以上の材料を用い、保護膜７の厚さを１００μｍ以上とすれば十分な機械的強度を得ることができる。上記の保護膜７を用いて、格子状のスクライブ溝ＳＴを設けるに当たっては、スクライブ溝形成工程と汚染物除去工程とを、保護膜７の向きを変えて２回ずつ行う。この構成を採用すれば、保護膜７を複数回使用することができ、保護膜７の除去も容易となる。
【００４６】
また、スクライブ溝形成工程において、２種類のレーザを組み合わせて用いてもよい。例えば、高い出力を得やすい第１のレーザと、第１のレーザよりも結晶成長用基板２に吸収されやすい第２のレーザとを組み合わせて用いる。第１のレーザとしては、既に述べたＴＨＧ−ＹＡＧレーザを用いることができる。第２のレーザとしては、結晶成長用基板２に対し第１のレーザよりも吸収されやすい波長を有するレーザ、もしくはパルス幅が１ｆｓ〜１００ｐｓの短パルスレーザを用いることができる。前者の具体例としては、一般に透光材料は波長が短いほど吸収しやすいので、例えばＡｒＦレーザ（波長２１３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザ（波長２６６ｎｍ）、５倍波ＹＡＧレーザ（波長２１３ｎｍ）、固体レーザの高調波レーザなどが挙げられる。また、後者の具体例としては、Ｔｉサファイアレーザなどの固体レーザやこれらの高調波レーザなどの波長変換レーザが挙げられる。この構成を採用すれば、第２のレーザによるアブレーションによって多孔質や非晶質などの被透明な構造を形成し、第１のレーザが吸収されやすくすることにより、第１のレーザの利用効率を向上させることができる。従って、第１のレーザの出力を維持しながらも結晶成長用基板２を透過する第１のレーザを低減して発光層３の劣化を抑えることや、第１のレーザによる発光層３への影響の程度を維持しながらも第１のレーザの出力を向上してスクライブ溝ＳＴの形成速度を向上し生産性を向上することができる。また、第１のレーザとしてＴＨＧ−ＹＡＧレーザを用い、第２のレーザとしてＴｉ−サファイアレーザを用いた場合、図７の構成を採用することができる。図７の構成では、第１のレーザを発振する第１のレーザ発振器ＬＯ１と、第２のレーザを発振する第２のレーザ発振器ＬＯ２と、第２のレーザを反射する第２の反射鏡ＭＲ２と、第２のレーザを透過させて第１のレーザを反射するダイクロイックミラーからなる第１の反射鏡ＭＲ１と、第１のレーザ及び第２のレーザを結晶成長用基板２の出射面上に集光する集光レンズＬＥとを、第１の反射鏡ＭＲ１で反射され第２の反射鏡ＭＲ２を通過した第１のレーザの光軸と、第２の反射鏡ＭＲ２によって曲がった第２のレーザの光軸と、集光レンズＬＥの光軸とが一致するように配置し、スクライブ溝ＳＴの形成には集光レンズＬＥを通過したレーザ光を用いている。図７の構成を採用すれば、２個のレーザ発振器ＬＯ１，ＬＯ２を用いながらも、１個のレーザ発振器のみを用いる場合と同様の精度でスクライブ溝ＳＴを形成することができる。この場合、例えば第１のレーザの出力を２Ｗとし、第２のレーザの出力を０．２Ｗとする。もちろん、結晶成長用基板２の出射面に対して第１のレーザと第２のレーザとを互いに異なる方向から入射させてもよい。
【００４７】
さらに、図８（ａ）に一点鎖線で示すように出射面に対して斜め２方向からレーザを照射することにより、スクライブ溝ＳＴを断面Ｖ字形状としてもよい。このようにすれば、図８（ｂ）に示すように出射面に平行な断面を出射面に近い位置ほど小さくする方向に切断面が傾斜する。すると、図９（ａ）に示すように切断面が出射面に対して直交する場合に比べ、図９（ａ）（ｂ）にそれぞれ矢印で示す発光層３の光が臨界角以下の角度で切断面に入射しやすくなるから、図９（ｂ）に示すように発光層３の光が切断面から出射しやすくなる。これにより、図９（ａ）（ｂ）に破線で示す配光が出射面の向けられた方向へ対してより多くなる。この場合、レーザの向きと出射面とがなす角度θは、大きすぎると角度θを９０°とする場合との差が小さく、小さすぎるとスクライブ溝ＳＴの深さを得にくい上にスクライブ溝ＳＴから離れた位置の発光層３にまでレーザの影響が及びやすくなるため、１５°〜７５°とすることが望ましく、４５°〜６０°とすることがさらに望ましい。本発明者は、上記の角度θを４５°とすることにより、上記の角度θを９０°としたものに比べて光取り出し効率を１．７倍とした発光素子１を得ることに成功している。
【００４８】
また、汚染物除去工程において汚染物ＣＭを除去する手段としては、ブラスト加工に代えてウェットエッチングを用いてもよい。この場合は、保護膜７は結晶成長用基板２の出射面だけでなく発光層３や電極４１，４２を含めた全体を覆うように設け、エッチング液に浸漬することにより汚染物ＣＭを除去する。保護膜７の材料としてはフッ素樹脂のような耐食性の高い合成樹脂を用いることができ、エッチング液としては例えばフッ酸のような酸性溶液を用いることができる。条件としては、例えば５％のフッ酸水溶液に５分程度浸漬する。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態によって製造される発光素子１は実施形態１と同様のものであるので詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施形態では、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、出射面に凹凸を設ける前に保護膜７を設けており、汚染物ＣＭを除去する工程の前に、図１０（ｃ）に示すように保護膜７に凹凸を設ける工程を有する。そして、ブラスト加工によって汚染物ＣＭを除去するとともに保護膜７の凹凸に応じた凹凸を出射面に設け、図１０（ｄ）に示すように個々の発光素子１を分離した後、図１０（ｅ）に示すように保護膜７を除去している。具体的には、保護膜７の凹凸の形成は、図１０（ｃ）に下向きの細い矢印で示すようにレーザを照射して複数個の凹部乃至貫通穴を保護膜７に形成することにより、スクライブ溝ＳＴの形成とともに行うことができる。このレーザは、出射面への影響を抑えるように、下向きの太い矢印で示すスクライブ溝ＳＴを形成するレーザよりも、出力を低くしたり走査速度を高くしたりする。例えば、保護膜７の凹部や貫通穴を形成するレーザは、出力を０．５Ｗ、走査速度を１０ｍｍ／ｓとする。また、保護膜７の凹凸のピッチは例えば５μｍとする。
【００５１】
上記構成によれば、汚染物ＣＭを除去する工程と同時に、出射面には保護膜７の凹凸に応じた凹凸が形成されるから、汚染物ＣＭを除去する工程後の出射面の凹凸の均一性は損なわれにくい。
【００５２】
なお、実施形態１において示した保護膜７の形成方法や、レーザの照射方法や、ブラスト加工の方法は、本実施形態でも採用することができる。
【００５３】
また、実施形態１及び本実施形態において、スクライブ溝ＳＴを用いた個々の発光素子１の分離は、汚染物除去工程の後、保護膜除去工程の前に行っているが、汚染物除去工程の前や保護膜除去工程の後に行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態を示す説明図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる段階を示す。
【図２】本発明により製造される発光素子を示す断面図である。
【図３】縦軸に光取り出し効率をとり、横軸に出射面の凹凸のピッチをとったグラフである。
【図４】出射面に凹凸を設ける方法の一例を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【図５】同上において保護膜を設ける方法の一例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【図６】同上において保護膜を設ける方法の別の例を示す説明図である。
【図７】同上のスクライブ溝形成工程におけるレーザの照射方法の一例を示す説明図である。
【図８】（ａ）は同上のスクライブ溝形成工程におけるレーザの照射方法の別の例を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の方法によって形成される発光素子の形状を示す断面図である。
【図９】図８（ａ）の照射方法による効果を示す図であり、（ａ）はスクライブ溝形成工程におけるレーザを出射面に直交する方向から照射した例を示し、（ｂ）はスクライブ溝形成工程におけるレーザを出射面に対して斜め方向から照射した例を示す。
【図１０】本発明の実施形態２を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【符号の説明】
【００５５】
１ 発光素子
２ 結晶成長用基板
３ 発光層
６ 加工膜
７ 保護膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３族窒化物半導体からなる発光層を有する発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばサファイアからなる結晶成長用基板に、３族窒化物半導体からなる発光層を設けた発光素子が提供されている。
【０００３】
ところで、通常、半導体プロセスでは、一枚のウェーハに複数個の素子の構造を形成し、最終的にダイシングによって個々の素子を分離する。しかし、上記の発光素子では、結晶成長用基板の材料の硬度が高く、例えばサファイアの場合にはモース硬度が略９に及ぶ。このため、一般に用いられるダイシングソーやスクライバによって切断しようとすると、分離時のチッピングやクラックにより歩留まりが悪くなる可能性がある。このようなチッピングやクラックの発生を抑えて歩留まりの悪化を防ぐためには、予め結晶成長用基板の厚さ寸法が１００μｍ程度になるまで研磨する必要があり、製造コストが比較的に高くなってしまう。
【０００４】
そこで、レーザを用いて結晶成長用基板にスクライブ溝を設け、このスクライブ溝に沿ってウェーハを割る（ブレイクする）ことにより個々の発光素子を分離することが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この方法であれば、研磨を行わずともチッピングやクラックが発生しにくいから、製造コストを低減することができる。
【特許文献１】特開平１０−３２１９０８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、レーザを用いる上記方法では、結晶成長用基板の溶融・再固化により生じたアルミナなどの非透明な汚染物が結晶成長用基板上に付着するため、特に発光層の光を結晶成長用基板を通じて出射させる発光素子では光取り出し効率が低下してしまう。
【０００６】
特許文献２に記載されているようなブラスト加工やエッチングによって上記汚染物を除去することも可能ではある。しかし、近年では、光の出射面に微細な凹凸を設けて透過率を向上させることにより光取り出し効率を向上することが行われており、上記汚染物を除去する工程において上記微細な凹凸が損なわれたり不均一となることは、光取り出し効率の低下につながる上に、同じウェーハに形成された発光素子間で発光効率にばらつきが生じることになるから好ましくない。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、スクライブ溝の形成にレーザを用いながらも、汚染物除去時に出射面が損傷されにくい発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、透光性を有する結晶成長用基板の一面に３族窒化物半導体からなる発光層が設けられてなり、結晶成長用基板において発光層が設けられた面の反対面を、発光層の光が出射する出射面とした発光素子の製造方法であって、発光層が設けられた結晶成長用基板の少なくとも出射面に凹凸を設ける凹凸形成工程と、発光層が設けられた結晶成長用基板の少なくとも出射面上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、出射面に保護膜が形成された結晶成長用基板に、ダイシング用のスクライブ溝をレーザにより形成するスクライブ溝形成工程と、スクライブ溝形成工程においてスクライブ溝の内面に付着した汚染物を除去する汚染物除去工程と、汚染物除去工程後に保護膜を除去する保護膜除去工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、保護膜を設けたことにより、スクライブ溝形成工程における汚染物が出射面に付着しにくくなり、且つ汚染物除去工程において出射面が損傷されにくい。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、スクライブ溝形成工程において、波長が紫外領域に属する第１のレーザと、第１のレーザよりも単位時間当たりのエネルギーが低く且つ第１のレーザよりも結晶成長用基板に吸収されやすい第２のレーザとを用いることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、第２のレーザによって結晶成長用基板に形成される多孔質や非晶質等の不透明な構造により第１のレーザが吸収されやすくなるから、第１のレーザのエネルギーを有効に利用し、発光層への熱の影響を低減することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、スクライブ溝の深さ寸法を、結晶成長用基板の厚さ寸法の３０％〜９０％とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、スクライブ溝形成工程において、形成されるスクライブ溝の内面の出射面に対してなす角が１５°〜７５°となるように、レーザを出射面に対して斜め向きに入射させることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、結晶成長用基板の切断面が発光層に対して斜め向きとなるから、発光層の光が切断面から出射しやすくなるので、光の利用効率が向上する。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、凹凸形成工程として、結晶成長用基板よりも凹凸を設けやすい加工膜を結晶成長用基板の少なくとも出射面上に設ける加工膜形成工程と、加工膜に凹凸を設ける加工膜成形工程と、加工膜成形工程後に、エッチングにより加工膜の凹凸に応じた凹凸を結晶成長用基板の出射面に設ける転写工程とを、それぞれ保護膜形成工程の前に備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、汚染物除去工程の前に保護膜に凹凸を形成する保護膜成形工程を備え、汚染物除去工程は、汚染物を除去する手段によって保護膜の凹凸に応じた凹凸が結晶成長用基板に形成される凹凸形成工程でもあることを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、保護膜はシリコーン樹脂からなり、保護膜の形成は塗布によってなされることを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、保護膜は金属からなることを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかの発明において、汚染物除去工程は、出射面にブラスト加工用の粒子を吹き付けるブラスト加工工程と、ブラスト加工工程後に残存したブラスト加工用の粒子を気流によって吹き飛ばす吹き飛ばし工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、吹き飛ばし工程を備えることにより、ブラスト加工用の粒子が結晶成長用基板上に残存しにくい。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明において、保護膜は結晶成長用基板及び発光層を覆うように設けられ、汚染物除去工程はエッチング液への浸漬により行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、出射面を覆う保護膜を形成する保護膜形成工程をスクライブ溝形成工程の前に備えることにより、スクライブ溝形成工程における汚染物が出射面に付着しにくくなり、且つ汚染物除去工程において出射面が損傷されにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
本実施形態において製造される発光素子１は、図２に示すように、透光性を有する材料からなる結晶成長用基板２上に、３族窒化物半導体からなる発光層３と電極４１，４２とが、緩衝層５を介して形成されてなる。
【００２５】
結晶成長用基板２の材料としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の他、窒化ガリウム（ＧａＮ）を始めとする３族窒化物半導体を用いることができる。緩衝層５は、結晶成長用基板２と発光層３との中間の格子定数を有する材料からなる。
【００２６】
発光層３を構成する３族窒化物半導体の組成は、一般に、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｕ＝１となるｘ、ｙ、ｚ、ｕを用いて、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＢｕＮと表される。また、発光層３は、緩衝層５上に形成されｎ型の電極４１が設けられたｎ型クラッド層３１と、ｐ型の電極４２が設けられたｐ型クラッド層３２と、ｎ型クラッド層３１とｐ型クラッド層３２との間に介在する活性層３３とを有する。さらに、活性層３３における電子−正孔再結合を促進して内部量子効率を向上するためのクラッド層を、活性層３３とクラッド層３１，３２との間に追加することもある。発光層３は、有機金属気層成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシャル成長法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）、ハライド気層成長法（Hydride Vapor. Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）、液層成長法（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥ）などの方法を用いたエピタキシャル成長により形成される。ｐ型クラッド層は例えばＳｉをドーピングすることにより形成され、ｎ型クラッド層は例えばＭｇをドーピングすることにより形成されている。活性層３３は、例えば波長４４０〜４９０ｎｍの青色光を生じるものの場合、ＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とが交互に積層された単一又は多重量子井戸構造を有する。
【００２７】
また、発光素子１は発光層３及び電極４１，４２を実装面（図示せず）に向けてフェースダウン実装され、発光層３の光を結晶成長用基板２を通じて実装面の反対側へ出射させるものであって、結晶成長用基板２において発光層３が設けられた面の反対面、すなわち発光層３の光が主に出射する面（以下、「出射面」と呼ぶ。）には、微細な凹凸を設けている。このように出射面に凹凸を設ければ、出射面の透過率が向上して光取出し効率が向上する。図２の発光素子１においてｄ＝ｐ／２とし結晶成長用基板２の材料としてサファイア（屈折率１．７７）を用いた場合における回折光に関し、凹凸のピッチｐと、結晶成長用基板２から空気への光取り出し効率との関係を図３に示す。ピッチｐ及び高低差ｄは、それぞれ０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが望ましい。本発明者は、高低差ｄすなわち深さが１．５μｍの逆角錐形状の凹部を３μｍのピッチｐで設けることにより、凹凸を設けない場合に比べて光取出し効率を約１．２倍とした発光素子１を得ることに成功している。凹凸のピッチｐは、発光層３が発する光の波長をλとするとλ／４〜１０λとする。ピッチｐが５λ〜１０λであれば入射角が臨界角以下となる出射面の面積の増大により、ピッチｐがλ〜５λであれば入射角が臨界角以上である光が回折光として出射する効果により、ピッチｐがλ／４〜λであれば発光素子１を封止する封止材又は外気と結晶成長用基板２との中間の屈折率を有する層を出射面上に設けるのと同様の効果が得られることにより、それぞれフレネル反射が低減されて光取り出し効率が向上する。
【００２８】
第１の媒質Ｍ１（屈折率ｎ１）と第２の媒質Ｍ２（屈折率ｎ２）とが接する界面であって通過する光の波長に対して適度なピッチで粗面化された界面について、凹凸を平均した面に平行なある断面において第２の媒質Ｍ２が占める比率をｒとおくと、該断面近傍での有効屈折率は、ＴＥ波に対して次の＜ｎＥ＞となり、ＴＭ波に対して次の＜ｎＭ＞となる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】
すなわち、粗面化された界面の凹凸を平均した面に平行な断面において一方の媒質Ｍ１が占める比率が、他方の媒質Ｍ２側に向かって徐々に小さくなるように、例えば界面の凹凸を三角波形状や円錐形状とすれば、有効屈折率が徐々に変化することになるから、例えば凹凸が矩形波形状や円柱形状であって上記比率が急激に変化する場合に比べ、上記界面での反射率がより低減される。
【００３２】
（実施形態１）
本実施形態での発光素子１の製造方法について図１（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。なお、以下では、活性層３３や緩衝層５の図示は省略している。
【００３３】
本実施形態は、発光素子１の複数個分の面積を有する結晶成長用基板２のウェーハに、複数個の発光素子１に相当する構造を形成した後に、個々の発光素子１を分離させるものである。
【００３４】
まず、図１（ａ）に示すように、複数個の発光素子１に相当する面積を有する結晶成長用基板２に、発光層３と電極４１，４２とを複数個分形成し、さらに出射面に凹凸を形成する。出射面に凹凸を形成する方法としては、例えばナノインプラントリソグラフィー（ＮＩＬ）を用いることができる。すなわち、図４（ａ）に示すように平坦な出射面上に、図４（ｂ）に示すように加工膜６を設け、所望の凹凸が設けられたモールドＭＯを押し付けることによって図４（ｃ）に示すように加工膜６に凹凸を転写し、次に例えば塩素系ガスによるエッチングを行うことで図４（ｄ）に示すように加工膜６の凹凸を出射面に転写する。加工膜６の厚さは例えば１μｍとする。また、加工膜６の材料としては、例えば熱可塑性樹脂や紫外線硬化樹脂のように熱や光によって硬度が変化する物質を用い、具体的には、フォトレジストとして用いられているようなポリマー系の皮膜材料を用いることができる。加工膜６を形成する方法としては、例えば遠心塗布（スピンコート）を用いることができる。熱可塑性樹脂を用いる場合は、凹凸の転写前に加熱して軟化させ、モールドＭＯを押し付けながら温度を下げて硬化させることによりモールドＭＯの凹凸を加工膜６に転写する。また、紫外線硬化樹脂を用いる場合、凹凸の転写後に紫外線を照射して硬化させる。
【００３５】
次に、図１（ｂ）に示すように出射面上に保護膜７を形成する。保護膜７の材料としては、例えば次表に示す合成樹脂を用いることができる。ここで、保護膜７の不要な蒸発を抑えるため、保護膜７の材料はレーザによる蒸発が可能な範囲内でなるべく熱的に安定であることが望ましい。また、保護膜７は、後述する汚染物除去工程で出射面の凹凸構造を保護するため、汚染物除去工程で汚染物ＣＭを除去する手段に対して十分な耐久性を有している必要があり、例えば汚染物除去工程でブラスト加工を用いる場合には保護膜７は高い弾性を有することが望ましい。以上の条件を満たす材料としては、成形可能な硬度となる温度（加工変形温度）が１８０℃以上と熱的に安定であって、１０５ｋｇ／ｃｍ２以上の高い弾性係数を有するシリコーン樹脂がある。
【００３６】
【表１】
【００３７】
保護膜７を形成する方法としては、図５（ａ）に示すようにシリコーン樹脂ＳＲの塊を出射面の中央部に配置し、結晶成長用基板２を図５（ａ）の上方から見た面内で例えば３０００ｒｐｍで２０秒程度回転させ、遠心力により図５（ｂ）（ｃ）のように出射面上にシリコーン樹脂ＳＲを均一に広げる遠心塗布を用いることができる。
【００３８】
次に、図１（ｃ）に矢印で示すように出射面にレーザを照射することによりスクライブ溝ＳＴを形成する。スクライブ溝ＳＴの深さ寸法は、後のブレーキングでの発光素子１の分離を容易とするために結晶成長用基板２の厚さ寸法の３０％以上とすることが望ましく、且つ発光層３に与える影響を抑えるように結晶成長用基板２の厚さ寸法の９０％以下とすることが望ましい。例えば、結晶成長用基板２の材料がサファイアであって厚さ寸法が３５０μｍの場合、波長３５５ｎｍのＴＨＧ−ＹＡＧレーザを、出力２．５Ｗ、周波数１０ｋＨｚ、パルス幅３０ｎｓ、走査速度１ｍｍ／ｓｅｃで照射すれば、深さ寸法が約３００μｍのスクライブ溝ＳＴを形成することができる。スクライブ溝ＳＴの幅寸法は、例えば５０μｍ程度とする。
【００３９】
次に、スクライブ溝ＳＴの形成時に生じたアルミナ等の汚染物ＣＭを除去する。汚染物ＣＭを除去する方法としては、例えばブラスト加工を用いることができる。具体的には例えば、吹き付けられるブラスト加工用の粒子（以下、「ブラスト粒子」と呼ぶ。）としてアルミナ粒子を用い、ブラスト粒子を吹き付ける圧力を０．５Ｍｐａとする。ブラスト粒子の粒径はスクライブ溝ＳＴの幅寸法に応じて適宜選択すればよく、例えばスクライブ溝ＳＴの幅寸法が５０μｍである場合には平均粒径を２０μｍとする。ブラスト粒子が均一に照射されるように、ブラスト加工中は結晶成長用基板２を出射面に平行な面内で回転させることが望ましい。このときの結晶成長用基板２の回転速度は、例えば１２ｒｐｍとする。ブラスト粒子の材料としては、結晶成長用基板２を加工するのに十分なモース硬度（結晶成長用基板２の材料としてサファイアを用いる場合はモース硬度９以上）を持った物質であれば何でもよく、例えばＳｉＣを用いてもよい。また、ブラスト粒子は、出射面に直交する方向から吹き付けてもよいし、出射面に対して斜め方向から吹き付けてもよい。さらに、上記ブラスト加工工程の後には、結晶成長用基板２上に残存するブラスト粒子を空気などの気体の吹き付けにより吹き飛ばす吹き飛ばし工程を設けることが望ましい。本発明者の実験によれば、５秒間のブラスト加工工程と５秒間の吹き飛ばし工程とを交互に数回繰り返した結果、汚染物ＣＭとブラスト粒子とを共に略完全に除去することに成功した。
【００４０】
次に、図１（ｄ）に示すようにスクライブ溝ＳＴに沿って結晶成長用基板２を割ることによって個々の発光素子１を分離させる。
【００４１】
最後に、保護膜７を除去し、ここにおいて図１（ｅ）に示すように発光素子１が完成する。保護膜７の材料としてシリコーン樹脂を用いた場合、例えばピンセット（図示せず）を用いて剥離させることにより容易に保護膜７を除去することができる。
【００４２】
上記構成によれば、出射面の凹凸を覆う保護膜７を形成する保護膜形成工程を、スクライブ溝形成工程の前に備えることにより、出射面が保護膜７によって保護されるから、スクライブ溝形成工程において生じた汚染物ＣＭが出射面に付着しにくく、且つ汚染物除去工程において出射面の凹凸構造が損傷されにくい。従って、保護膜７を設けない場合に比べ、光の利用効率を向上することができる。また、出射面の凹凸の均一性を汚染物除去工程の前後で維持することができるから、発光素子１間での発光効率のばらつきを抑えることができる。
【００４３】
また、スクライブ溝ＳＴの形成にパルスレーザを用いたことにより、スクライブ溝ＳＴの内面には凹凸が形成されており、この凹凸が汚染物除去工程後にもある程度残存することにより、結晶成長用基板２において出射面だけでなく切断面（図１（ｅ）の左右両面）にも凹凸が生じて透過率が向上しているから、光の利用効率が向上している。スクライブ溝形成工程におけるレーザの走査速度を一定とすることにより、上記の凹凸のピッチは均一とすることができる。
【００４４】
なお、保護膜７としては、モリブデンやステンレスなどの金属の厚膜を用いてもよい。この場合、スクライブ溝ＳＴを設ける位置において結晶成長用基板２を露出させる溝（図示せず）を、予めリソグラフィにより保護膜７に設けておく。
【００４５】
又は、保護膜７として、結晶成長用基板２に対して着脱可能な金属板を用いてもよい。例えば、保護膜７として厚さ３００μｍのモリブデンの板を用い、図６のように保護膜７を結晶成長用基板２の出射面（図６の上面）に金具ＭＦで押え付けることによって固定する。また、保護膜７においてスクライブ溝ＳＴに対応する位置にはスクライブ溝ＳＴの幅寸法に応じてスリット７１を設けておき、スクライブ溝形成工程ではこのスリット７１にレーザを通す。例えば、幅寸法が１００μｍのスリット７１を、１０００μｍのピッチで設けておく。汚染物除去工程をブラスト加工によって行う場合、保護膜７の材料としては例えばモリブデンやステンレスのようなモース硬度が５以上の材料を用い、保護膜７の厚さを１００μｍ以上とすれば十分な機械的強度を得ることができる。上記の保護膜７を用いて、格子状のスクライブ溝ＳＴを設けるに当たっては、スクライブ溝形成工程と汚染物除去工程とを、保護膜７の向きを変えて２回ずつ行う。この構成を採用すれば、保護膜７を複数回使用することができ、保護膜７の除去も容易となる。
【００４６】
また、スクライブ溝形成工程において、２種類のレーザを組み合わせて用いてもよい。例えば、高い出力を得やすい第１のレーザと、第１のレーザよりも結晶成長用基板２に吸収されやすい第２のレーザとを組み合わせて用いる。第１のレーザとしては、既に述べたＴＨＧ−ＹＡＧレーザを用いることができる。第２のレーザとしては、結晶成長用基板２に対し第１のレーザよりも吸収されやすい波長を有するレーザ、もしくはパルス幅が１ｆｓ〜１００ｐｓの短パルスレーザを用いることができる。前者の具体例としては、一般に透光材料は波長が短いほど吸収しやすいので、例えばＡｒＦレーザ（波長２１３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザ（波長２６６ｎｍ）、５倍波ＹＡＧレーザ（波長２１３ｎｍ）、固体レーザの高調波レーザなどが挙げられる。また、後者の具体例としては、Ｔｉサファイアレーザなどの固体レーザやこれらの高調波レーザなどの波長変換レーザが挙げられる。この構成を採用すれば、第２のレーザによるアブレーションによって多孔質や非晶質などの被透明な構造を形成し、第１のレーザが吸収されやすくすることにより、第１のレーザの利用効率を向上させることができる。従って、第１のレーザの出力を維持しながらも結晶成長用基板２を透過する第１のレーザを低減して発光層３の劣化を抑えることや、第１のレーザによる発光層３への影響の程度を維持しながらも第１のレーザの出力を向上してスクライブ溝ＳＴの形成速度を向上し生産性を向上することができる。また、第１のレーザとしてＴＨＧ−ＹＡＧレーザを用い、第２のレーザとしてＴｉ−サファイアレーザを用いた場合、図７の構成を採用することができる。図７の構成では、第１のレーザを発振する第１のレーザ発振器ＬＯ１と、第２のレーザを発振する第２のレーザ発振器ＬＯ２と、第２のレーザを反射する第２の反射鏡ＭＲ２と、第２のレーザを透過させて第１のレーザを反射するダイクロイックミラーからなる第１の反射鏡ＭＲ１と、第１のレーザ及び第２のレーザを結晶成長用基板２の出射面上に集光する集光レンズＬＥとを、第１の反射鏡ＭＲ１で反射され第２の反射鏡ＭＲ２を通過した第１のレーザの光軸と、第２の反射鏡ＭＲ２によって曲がった第２のレーザの光軸と、集光レンズＬＥの光軸とが一致するように配置し、スクライブ溝ＳＴの形成には集光レンズＬＥを通過したレーザ光を用いている。図７の構成を採用すれば、２個のレーザ発振器ＬＯ１，ＬＯ２を用いながらも、１個のレーザ発振器のみを用いる場合と同様の精度でスクライブ溝ＳＴを形成することができる。この場合、例えば第１のレーザの出力を２Ｗとし、第２のレーザの出力を０．２Ｗとする。もちろん、結晶成長用基板２の出射面に対して第１のレーザと第２のレーザとを互いに異なる方向から入射させてもよい。
【００４７】
さらに、図８（ａ）に一点鎖線で示すように出射面に対して斜め２方向からレーザを照射することにより、スクライブ溝ＳＴを断面Ｖ字形状としてもよい。このようにすれば、図８（ｂ）に示すように出射面に平行な断面を出射面に近い位置ほど小さくする方向に切断面が傾斜する。すると、図９（ａ）に示すように切断面が出射面に対して直交する場合に比べ、図９（ａ）（ｂ）にそれぞれ矢印で示す発光層３の光が臨界角以下の角度で切断面に入射しやすくなるから、図９（ｂ）に示すように発光層３の光が切断面から出射しやすくなる。これにより、図９（ａ）（ｂ）に破線で示す配光が出射面の向けられた方向へ対してより多くなる。この場合、レーザの向きと出射面とがなす角度θは、大きすぎると角度θを９０°とする場合との差が小さく、小さすぎるとスクライブ溝ＳＴの深さを得にくい上にスクライブ溝ＳＴから離れた位置の発光層３にまでレーザの影響が及びやすくなるため、１５°〜７５°とすることが望ましく、４５°〜６０°とすることがさらに望ましい。本発明者は、上記の角度θを４５°とすることにより、上記の角度θを９０°としたものに比べて光取り出し効率を１．７倍とした発光素子１を得ることに成功している。
【００４８】
また、汚染物除去工程において汚染物ＣＭを除去する手段としては、ブラスト加工に代えてウェットエッチングを用いてもよい。この場合は、保護膜７は結晶成長用基板２の出射面だけでなく発光層３や電極４１，４２を含めた全体を覆うように設け、エッチング液に浸漬することにより汚染物ＣＭを除去する。保護膜７の材料としてはフッ素樹脂のような耐食性の高い合成樹脂を用いることができ、エッチング液としては例えばフッ酸のような酸性溶液を用いることができる。条件としては、例えば５％のフッ酸水溶液に５分程度浸漬する。
【００４９】
（実施形態２）
本実施形態によって製造される発光素子１は実施形態１と同様のものであるので詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施形態では、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、出射面に凹凸を設ける前に保護膜７を設けており、汚染物ＣＭを除去する工程の前に、図１０（ｃ）に示すように保護膜７に凹凸を設ける工程を有する。そして、ブラスト加工によって汚染物ＣＭを除去するとともに保護膜７の凹凸に応じた凹凸を出射面に設け、図１０（ｄ）に示すように個々の発光素子１を分離した後、図１０（ｅ）に示すように保護膜７を除去している。具体的には、保護膜７の凹凸の形成は、図１０（ｃ）に下向きの細い矢印で示すようにレーザを照射して複数個の凹部乃至貫通穴を保護膜７に形成することにより、スクライブ溝ＳＴの形成とともに行うことができる。このレーザは、出射面への影響を抑えるように、下向きの太い矢印で示すスクライブ溝ＳＴを形成するレーザよりも、出力を低くしたり走査速度を高くしたりする。例えば、保護膜７の凹部や貫通穴を形成するレーザは、出力を０．５Ｗ、走査速度を１０ｍｍ／ｓとする。また、保護膜７の凹凸のピッチは例えば５μｍとする。
【００５１】
上記構成によれば、汚染物ＣＭを除去する工程と同時に、出射面には保護膜７の凹凸に応じた凹凸が形成されるから、汚染物ＣＭを除去する工程後の出射面の凹凸の均一性は損なわれにくい。
【００５２】
なお、実施形態１において示した保護膜７の形成方法や、レーザの照射方法や、ブラスト加工の方法は、本実施形態でも採用することができる。
【００５３】
また、実施形態１及び本実施形態において、スクライブ溝ＳＴを用いた個々の発光素子１の分離は、汚染物除去工程の後、保護膜除去工程の前に行っているが、汚染物除去工程の前や保護膜除去工程の後に行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態を示す説明図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる段階を示す。
【図２】本発明により製造される発光素子を示す断面図である。
【図３】縦軸に光取り出し効率をとり、横軸に出射面の凹凸のピッチをとったグラフである。
【図４】出射面に凹凸を設ける方法の一例を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【図５】同上において保護膜を設ける方法の一例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【図６】同上において保護膜を設ける方法の別の例を示す説明図である。
【図７】同上のスクライブ溝形成工程におけるレーザの照射方法の一例を示す説明図である。
【図８】（ａ）は同上のスクライブ溝形成工程におけるレーザの照射方法の別の例を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の方法によって形成される発光素子の形状を示す断面図である。
【図９】図８（ａ）の照射方法による効果を示す図であり、（ａ）はスクライブ溝形成工程におけるレーザを出射面に直交する方向から照射した例を示し、（ｂ）はスクライブ溝形成工程におけるレーザを出射面に対して斜め方向から照射した例を示す。
【図１０】本発明の実施形態２を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる工程を示す。
【符号の説明】
【００５５】
１ 発光素子
２ 結晶成長用基板
３ 発光層
６ 加工膜
７ 保護膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する結晶成長用基板の一面に３族窒化物半導体からなる発光層が設けられてなり、結晶成長用基板において発光層が設けられた面の反対面を、発光層の光が出射する出射面とした発光素子の製造方法であって、
発光層が設けられた結晶成長用基板の少なくとも出射面に凹凸を設ける凹凸形成工程と、
発光層が設けられた結晶成長用基板の少なくとも出射面上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
出射面に保護膜が形成された結晶成長用基板に、ダイシング用のスクライブ溝をレーザにより形成するスクライブ溝形成工程と、
スクライブ溝形成工程においてスクライブ溝の内面に付着した汚染物を除去する汚染物除去工程と、
汚染物除去工程後に保護膜を除去する保護膜除去工程とを備えることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
スクライブ溝形成工程において、波長が紫外領域に属する第１のレーザと、第１のレーザよりも単位時間当たりのエネルギーが低く且つ第１のレーザよりも結晶成長用基板に吸収されやすい第２のレーザとを用いることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
スクライブ溝の深さ寸法を、結晶成長用基板の厚さ寸法の３０％〜９０％とすることを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
スクライブ溝形成工程において、形成されるスクライブ溝の内面の出射面に対してなす角が１５°〜７５°となるように、レーザを出射面に対して斜め向きに入射させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
凹凸形成工程として、
結晶成長用基板よりも凹凸を設けやすい加工膜を結晶成長用基板の少なくとも出射面上に設ける加工膜形成工程と、
加工膜に凹凸を設ける加工膜成形工程と、
加工膜成形工程後に、エッチングにより加工膜の凹凸に応じた凹凸を結晶成長用基板の出射面に設ける転写工程とを、
それぞれ保護膜形成工程の前に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
汚染物除去工程の前に保護膜に凹凸を形成する保護膜成形工程を備え、
汚染物除去工程は、汚染物を除去する手段によって保護膜の凹凸に応じた凹凸が結晶成長用基板に形成される凹凸形成工程でもあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
保護膜はシリコーン樹脂からなり、保護膜の形成は塗布によってなされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
保護膜は金属からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
汚染物除去工程は、出射面にブラスト加工用の粒子を吹き付けるブラスト加工工程と、ブラスト加工工程後に残存したブラスト加工用の粒子を気流によって吹き飛ばす吹き飛ばし工程とを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
保護膜は結晶成長用基板及び発光層を覆うように設けられ、汚染物除去工程はエッチング液への浸漬により行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項１】
透光性を有する結晶成長用基板の一面に３族窒化物半導体からなる発光層が設けられてなり、結晶成長用基板において発光層が設けられた面の反対面を、発光層の光が出射する出射面とした発光素子の製造方法であって、
発光層が設けられた結晶成長用基板の少なくとも出射面に凹凸を設ける凹凸形成工程と、
発光層が設けられた結晶成長用基板の少なくとも出射面上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
出射面に保護膜が形成された結晶成長用基板に、ダイシング用のスクライブ溝をレーザにより形成するスクライブ溝形成工程と、
スクライブ溝形成工程においてスクライブ溝の内面に付着した汚染物を除去する汚染物除去工程と、
汚染物除去工程後に保護膜を除去する保護膜除去工程とを備えることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
スクライブ溝形成工程において、波長が紫外領域に属する第１のレーザと、第１のレーザよりも単位時間当たりのエネルギーが低く且つ第１のレーザよりも結晶成長用基板に吸収されやすい第２のレーザとを用いることを特徴とする請求項１記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
スクライブ溝の深さ寸法を、結晶成長用基板の厚さ寸法の３０％〜９０％とすることを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
スクライブ溝形成工程において、形成されるスクライブ溝の内面の出射面に対してなす角が１５°〜７５°となるように、レーザを出射面に対して斜め向きに入射させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
凹凸形成工程として、
結晶成長用基板よりも凹凸を設けやすい加工膜を結晶成長用基板の少なくとも出射面上に設ける加工膜形成工程と、
加工膜に凹凸を設ける加工膜成形工程と、
加工膜成形工程後に、エッチングにより加工膜の凹凸に応じた凹凸を結晶成長用基板の出射面に設ける転写工程とを、
それぞれ保護膜形成工程の前に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
汚染物除去工程の前に保護膜に凹凸を形成する保護膜成形工程を備え、
汚染物除去工程は、汚染物を除去する手段によって保護膜の凹凸に応じた凹凸が結晶成長用基板に形成される凹凸形成工程でもあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
保護膜はシリコーン樹脂からなり、保護膜の形成は塗布によってなされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
保護膜は金属からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
汚染物除去工程は、出射面にブラスト加工用の粒子を吹き付けるブラスト加工工程と、ブラスト加工工程後に残存したブラスト加工用の粒子を気流によって吹き飛ばす吹き飛ばし工程とを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
保護膜は結晶成長用基板及び発光層を覆うように設けられ、汚染物除去工程はエッチング液への浸漬により行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１４２２７７（Ｐ２００７−１４２２７７Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３６１８６（Ｐ２００５−３３６１８６）
【出願日】平成１７年１１月２１日（２００５．１１．２１）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２１日（２００５．１１．２１）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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