特許 5747743 発光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5747743

(24)【登録日】2015年5月22日

(45)【発行日】2015年7月15日

(54)【発明の名称】発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20150625BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20150625BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 186

   H01L21/78 L

   H01L21/78 B

   H01L21/78 V

【請求項の数】11

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2011-188104(P2011-188104)

(22)【出願日】2011年8月31日

(65)【公開番号】特開2013-51298(P2013-51298A)

(43)【公開日】2013年3月14日

【審査請求日】2014年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(72)【発明者】

【氏名】松本 耕一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 裕史

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０９００２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／０２００３３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃ面を主面とするサファイア基板上にｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とをこの順で積層して複数個の矩形状の発光素子部を縦横方向に整列配置し、前記サファイア基板のＡ面と前記主面との交線に平行な方向に沿って分割する横分割領域の幅が、前記Ａ面と前記主面との交線に垂直な方向に沿って分割する縦分割領域の幅よりも狭く、前記発光素子部のｎ側電極が前記縦分割領域側の少なくとも一方側に配置された半導体ウエハを分割して発光素子とする発光素子の製造方法であって、
前記半導体ウエハを製造するウエハ製造工程と、
前記製造した半導体ウエハを分割するウエハ分割工程と、を含み、
前記ウエハ分割工程において、
前記サファイア基板の内部にレーザ光の集光点を合わせて照射して、多光子吸収により前記サファイア基板の内部に溶解領域または変質領域を形成するステルスレーザ加工によって、前記縦分割領域の幅方向の中央線から幅方向の一方側に所定の距離をシフトした線位置において、前記縦分割領域の延伸方向に延伸し、前記サファイア基板の厚さ方向に所定の高さを有する帯状の前記溶解領域または前記変質領域を内部割断溝として形成し、
前記内部割断溝を割断起点として前記半導体ウエハを分割することを特徴とする発光素子の製造方法。

【請求項2】

前記サファイア基板上に複数の凸部が形成されており、すべての凸部において、前記凸部の頂部が平面視において同一形状で、かつ同一方向を向いた多角形であり、前記多角形について前記縦横方向における横方向を向いた鋭角が、左側を向いているときは、前記中央線の右側に前記線位置をシフトし、右側を向いているときは、前記中央線の左側に前記線位置をシフトすることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。

【請求項3】

前記発光素子部のｎ側電極は、両側の前記縦分割領域のうち、少なくとも前記ｎ側電極が前記線位置に近くなる側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。

【請求項4】

前記発光素子部が平面視において長方形であり、前記長方形の短辺が前記縦分割領域と平行に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。

【請求項5】

前記レーザ光の照射は、前記サファイア基板の裏面側から入射し、
前記内部割断溝は、前記サファイア基板の厚さ方向において、前記主面から７０μｍ以上離れた位置に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。

【請求項6】

前記内部割断溝は、前記レーザ光の集光点の前記サファイア基板の厚さ方向における位置を、順次複数段階にシフトして前記レーザ光を照射して形成することを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。

【請求項7】

前記半導体ウエハの前記縦分割領域および前記横分割領域の主面側において、前記ｎ型窒化物半導体層及び前記ｐ型窒化物半導体層の、平面視において前記割断起点から分割したときの前記サファイア基板の主面における割断位置を含む領域に、前記サファイア基板を露出させた割断溝である主面割断溝を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。

【請求項8】

前記内部割断溝の延伸方向に沿って、前記半導体ウエハの上下をブロックで挟持し、前記ブロックからはみ出た前記半導体ウエハの端部の前記サファイア基板の裏面側に、前記内部割断溝の延伸方向と平行に延伸するブレードを用いて衝撃を加えることによって前記半導体ウエハを割断するブレイキング工程において、
前記ブロックの、前記サファイア基板の主面に平行な面内であって前記延伸方向に垂直な方向である幅方向において、前記内部割断溝の線位置が平面視において中央になるように前記ブロックで前記半導体ウエハを挟持することを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。

【請求項9】

前記内部割断溝の延伸方向に平行に延伸する２個のブロックを互いに離間して配置するとともに、前記サファイア基板の主面側を下向きとして、前記内部割断溝の線位置を前記２個のブロックの離間した空間の中央となるように前記半導体ウエハを前記２個のブロック上に載置し、前記内部割断溝の線位置において、前記サファイア基板の裏面側からブレードを用いて加重をかけることで前記半導体ウエハを分割することを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。

【請求項10】

前記半導体ウエハの両面に、柔軟性のあるシートを貼り合せてから、前記ブレードを用いた分割を行うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の発光素子の製造方法。

【請求項11】

前記サファイア基板の厚さは１６０μｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハを分割して発光素子を得る発光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体プロセスでは、フォトリソグラフィ、真空蒸着等を用いて、半導体ウエハ上に整列配置した多数の半導体素子部（発光素子部）を同時に形成している。そして、同時に形成した発光素子部の間には、発光素子部を分割するための分割領域が形成され、この分割領域の中央に沿った分割ラインをダイシング等により縦横に切断することで、発光素子部を個々の矩形の半導体チップ（発光素子）として分割している。

【0003】

また、窒化ガリウム（ＧａＮ）系などの窒化物半導体を用いた発光素子の製造おいて、発光波長に対して透明度の高いサファイア基板を用いたものが知られている。しかしながら、硬度の高いサファイアはシリコンなどの基板に比べて加工が容易ではなく、半導体ウエハを個々の素子に分割する際に困難が伴い、基板が厚いと分割がより一層困難となる。

【0004】

そこで、例えば、特許文献１には、サファイア基板の裏面を研削して、基板を薄肉化してから分割する方法が記載されている。また、特許文献２には、サファイア基板の分割領域にドライエッチング法によって分離溝を形成し、分離溝の中央にスクライブラインを引いて分割する方法が記載されている。

【0005】

また、発光素子のコストダウンのために発光素子の面積の小型化が図られている。発光素子の大きさが小さくなるにしたがって、半導体ウエハに占める分割領域の面積が大きくなる。そのため、半導体ウエハにおける発光素子の取り個数を増やすためには、分割領域をいかに有効に狭くするかが問題となっていた。

【0006】

そこで、例えば、特許文献３には、縦分割領域の幅と横分割領域の幅が相互に異なるように半導体ウエハを形成すること、半導体素子の長い辺に沿って延在する方向の分割領域の幅を狭く（短い辺は幅を広く）することが記載されている。また、特許文献４には、ステッパ用のアライメントマークのあるダイシングラインの幅を広くした半導体ウエハについて記載されている。さらに、特許文献５には、半導体ウエハのチッピングが発生しにくい、オリエンテーションフラットと水平方向に、半導体素子部の短辺が沿うように配置することで、この短辺に沿った分割領域の幅を狭くすることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−２１８３８８号公報

【特許文献2】特開平１０−２７７６９号公報

【特許文献3】特開平１１−２３３４５８号公報

【特許文献4】特開２０００−１２４１５８号公報

【特許文献5】特開２００２−２４６３３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、従来の技術においては、以下の問題がある。
Ｃ面を主面とするサファイア基板上にＧａＮ系半導体を積層した半導体ウエハを分割する場合、基板の主面に対して斜め方向に存在するＲ面等のサファイアの結晶性の影響により、割断狙い位置である一方の面側の割断起点と、他方の面側の割断される位置である割断位置とにずれが生じる。すなわち、半導体ウエハを分割する際、サファイア基板は、所定の結晶方向においては、分割領域の割断起点から半導体ウエハの厚み方向に対して半導体ウエハの断面視で斜め方向に割れる。このずれが発光素子の特性や発光素子の取り個数に影響する。

【0009】

しかし前記した従来の技術では、発光素子の取り個数を増大させるためや、発光素子の機械的強度を劣化させないために所定の分割領域の幅を狭くしたものであり、前記のずれについては考慮されていない。そのため、分割の際のずれによって割断位置が発光素子に近くなりすぎることで、発光素子の外観が不良になり、また、ずれによって発光素子部の活性層に損傷が起き、これにより、発光素子の出力低下やリークが発生するという問題がある。

【0010】

一方、発光素子は、基板の厚さが厚い方が、基板内を進行する光が基板から外部に取り出されるまでに、基板の上下界面で反射する回数が低減される。このため、基板内で吸収される光量が低減され、結果として、発光素子の光取り出し効率が向上することが知られている。また、高膜厚な窒化物半導体をチップ化する際に、チップの機械的な強度を確保するために基板を厚肉化することが望まれていた。しかしながら、基板を厚くすると、前記した分割領域の割断基点と割断位置とのずれの問題が一層大きくなる。

【0011】

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、半導体ウエハの分割時の割断による発光素子への悪影響を低減することができる発光素子の製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記した課題を解決するために、本発明に係る発光素子の製造方法は、Ｃ面を主面とするサファイア基板上にｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とをこの順で積層して複数個の矩形状の発光素子部を縦横方向に整列配置し、前記サファイア基板のＡ面と前記主面との交線に平行な方向に沿って分割する横分割領域の幅が、前記Ａ面と前記主面との交線に垂直な方向に沿って分割する縦分割領域の幅よりも狭く、前記発光素子部のｎ側電極が前記縦分割領域側の少なくとも一方側に配置された半導体ウエハを分割して発光素子とする発光素子の製造方法であって、前記半導体ウエハを製造するウエハ製造工程と、前記製造した半導体ウエハを分割するウエハ分割工程と、を含み、前記ウエハ分割工程において、前記サファイア基板の内部にレーザ光の集光点を合わせて照射して、多光子吸収により前記サファイア基板の内部に溶解領域または変質領域を形成するステルスレーザ加工によって、前記縦分割領域の幅方向の中央線から幅方向の一方側に所定の距離をシフトした線位置において、前記縦分割領域の延伸方向に延伸し、前記サファイア基板の厚さ方向に所定の高さを有する帯状の前記溶解領域または前記変質領域を内部割断溝として形成し、前記内部割断溝を割断起点として前記半導体ウエハを分割することを特徴とする。

【0013】

かかる製造方法によれば、ウエハ製造工程で製造された半導体ウエハにおいて、横分割領域の幅が縦分割領域の幅よりも狭いことで、発光素子の取り個数、あるいは、活性層領域の面積の増大を図るものである。ここで、縦分割領域は、サファイア基板の裏面側に設定された割断起点から主面側における割断位置にかけて斜めに割れることを考慮した幅を確保する必要がある。そこで、サファイア基板の割断起点を中央線から所定の距離をシフトした線位置にシフトして、主面側の割断位置を中央線に寄るようにする。さらに、サファイア基板の内部に、割断起点の線位置に沿って、サファイア基板の厚さ方向に所定の高さを有する帯状の内部割断溝を形成することで、内部割断溝を形成した部分では、主面に垂直に割断されるため、斜めに割れることにより割断位置の割断起点からずれる量が低減される。また、ｎ側電極を縦分割領域側に配置するため、結果として縦分割領域側に配置される活性層領域が減少する。このため、発光素子部が受けるダメージが低減される。

【0014】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記サファイア基板上に複数の凸部が形成されており、すべての凸部において、前記凸部の頂部が平面視において同一形状で、かつ同一方向を向いた多角形であり、前記多角形について前記縦横方向における横方向を向いた鋭角が、左側を向いているときは、前記中央線の右側に前記線位置をシフトし、右側を向いているときは、前記中央線の左側に前記線位置をシフトすることを特徴とする。

【0015】

かかる製造方法によれば、凸部における多角形の頂部の向きに対応して、中央線の左右の何れかに割断起点の線位置を決定する。

【0016】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記発光素子部のｎ側電極が、両側の前記縦分割領域のうち、少なくとも前記ｎ側電極が前記線位置に近くなる側に配置されていることが好ましい。

【0017】

かかる製造方法によれば、割断による発光素子部の損傷がより生じやすい側に、損傷による発光出力への影響の少ないｎ側電極が配置されるため、発光素子部としてのダメージが低減される。

【0018】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記発光素子部が平面視において長方形であり、前記長方形の短辺が前記縦分割領域と平行に形成されていることを特徴とする。

【0019】

かかる製造方法によれば、割断による発光素子部の損傷がより生じやすい縦分割領域側に発光素子部の長方形の短辺があるため、縦分割領域の割断による個々の発光素子部におけるダメージが低減される。また、幅を広く確保する必要のある縦分割領域を短辺側とすることによって縦分割領域の本数が減るため、半導体ウエハあたりの発光素子の取り個数、あるいは、個々の発光素子の活性層領域の面積が増大する。

【0020】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記レーザ光の照射は、前記サファイア基板の裏面側から入射し、前記内部割断溝は、前記サファイア基板の厚さ方向において、前記主面から７０μｍ以上離れた位置に形成することが好ましい。

【0021】

かかる製造方法によれば、半導体層に及ぶレーザ光の照射量を少なくし、半導体層に対する損傷を低減しつつ内部割断溝を形成する。

【0022】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記内部割断溝は、前記レーザ光の集光点の前記サファイア基板の厚さ方向における位置を、順次複数段階にシフトして前記レーザ光を照射して形成することを特徴とする。

【0023】

かかる製造方法によれば、厚さ方向に、幅の狭い内部割断溝を積み重ねるようにして幅広の内部割断溝を形成する。これによって、レーザ光の照射強度を強くすることなく、従って、半導体層に対する損傷を大きくすることなく、厚さ方向に幅広の内部割断溝が形成される。

【0024】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記半導体ウエハの前記縦分割領域および前記横分割領域の主面側において、前記ｎ型窒化物半導体層及び前記ｐ型窒化物半導体層の、平面視において前記割断起点から分割したときの前記サファイア基板の主面における割断位置を含む領域に、前記サファイア基板を露出させた割断溝である主面割断溝を形成することが好ましい。

【0025】

かかる製造方法によれば、主面割断溝のサファイア基板の露出面が割断位置となる。このとき、割断位置の半導体層が除去されているため、割断による割れが半導体層に及ぶことなく半導体ウエハが割断される。

【0026】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記内部割断溝の延伸方向に沿って、前記半導体ウエハの上下をブロックで挟持し、前記ブロックからはみ出た前記半導体ウエハの端部の前記サファイア基板の裏面側に、前記内部割断溝の延伸方向と平行に延伸するブレードを用いて衝撃を加えることによって前記半導体ウエハを割断するブレイキング工程において、前記ブロックの、前記サファイア基板の主面に平行な面内であって前記延伸方向に垂直な方向である幅方向において、前記内部割断溝の線位置が平面視において中央になるように前記ブロックで前記半導体ウエハを挟持することを特徴とする。

【0027】

かかる製造方法によれば、半導体ウエハの端部にブレードを用いて加えられた衝撃は、下側のブロックの一辺を支点とするてこの原理で、上下をブロックで挟まれた内部割断溝に作用して、半導体ウエハが割断される。

【0028】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記内部割断溝の延伸方向に平行に延伸する２個のブロックを互いに離間して配置するとともに、前記サファイア基板の主面側を下向きとして、前記内部割断溝の線位置を前記２個のブロックの離間した空間の中央となるように前記半導体ウエハを前記２個のブロック上に載置し、前記内部割断溝の線位置において、前記サファイア基板の裏面側からブレードを用いて加重をかけることで前記半導体ウエハを分割することを特徴とする。

【0029】

かかる製造方法によれば、半導体ウエハは、下側に離間して配置された２個のブロックと、サファイア基板の裏面側のブレードにより、断面視で３点で支持される。そして、ブレードに加重をかけることにより、下側の２個のブロックのそれぞれの一辺を支点として、中央部から折れ曲がるようにして半導体ウエハが割断される。

【0030】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記半導体ウエハの両面に、柔軟性のあるシートを貼り合せてから、前記ブレードを用いた分割を行うことが好ましい。

【0031】

かかる製造方法によれば、半導体ウエハの両面に貼り合せた柔軟性のあるシートによって、ブレードを用いたブレイキングの際に、分割されるチップの浮きやチップ飛び、シート自体の破れを防止する。

【0032】

本発明に係る発光素子の製造方法は、前記サファイア基板の厚さは１６０μｍ以上とすることが好ましい。

【0033】

かかる製造方法によれば、基板の厚さが厚い発光素子が製造される。

【発明の効果】

【0034】

本発明に係る発光素子の製造方法によれば、割断による発光素子部への損傷を低減しつつ、基板の厚い発光素子を、ウエハあたりの取り個数を増加、あるいは、発光素子あたりの活性層領域の面積を増加させることができる。

【0035】

また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、サファイア基板に凸部を形成するため、製造された発光素子の外部への光取り出し効率が向上する。また、半導体ウエハの試し割りをすることなく、割断起点をシフトする方向を決定できるため、無駄なく発光素子を分割することができる。

【0036】

また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、割断による発光素子部へのダメージを低減するため、発光出力の良好な発光素子を製造することができる。
また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、縦分割領域の割断による個々の発光素子部におけるダメージが低減されるため、発光出力の良好な発光素子を製造することができる。また、半導体ウエハあたりの発光素子の取り個数、あるいは、個々の発光素子の活性層領域の面積が増大するため、発光素子の製造コストが低減でき、あるいは、発光出力の高い発光素子を製造することができる。

【0037】

また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、レーザ光の窒化物半導体層への照射量を少なくし、半導体層に対する損傷を低減するため、発光出力の良好な発光素子を製造することができる。

【0038】

また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、半導体層に対する損傷を大きくすることなく、厚さ方向に幅広の内部割断溝を形成することができるため、基板が厚く発光出力が良好な発光素子を製造することができる。

【0039】

また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、割断による割れが半導体層に及ぼすことなく半導体ウエハを割断するため、発光出力の良好な発光素子を製造することができる。

【0040】

また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、てこの原理で割断起点に強く力を作用させて半導体ウエハを割断するため、基板の厚さが厚い場合でも良好に割断することができる。
また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、３点支持された形で半導体ウエハを割断するため、精度よく半導体ウエハを割断することができる。

【0041】

また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、ブレードを用いたブレイキングの際に、分割されるチップの浮きやチップ飛びおよびシート自体の破れが防止されるため、良好な歩留まりで発光素子を製造することができる。

【0042】

また、本発明に係る発光素子の製造方法によれば、基板の厚さが厚い発光素子が製造されるため、機械的な強度が高く、また外部への光取り出し効率の高い発光素子を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】（ａ）は本発明の実施形態に用いる半導体ウエハの構成を示す模式的平面図、（ｂ）は発光素子の模式的平面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る製造方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】本発明の実施形態に用いるサファイア基板において、（ａ）はサファイア結晶の構造を示す模式的斜視図、（ｂ）はサファイア結晶の集合体を示す模式的平面図である。

【図4】本発明の実施形態に用いる半導体ウエハにおいて、発光素子部と分割領域の構成を示す模式的平面図である。

【図5】本発明の実施形態に用いるサファイア基板において、（ａ）は凸部の形状と頂部の方向を示す模式的平面図、（ｂ）は斜め方向への割断の様子を示す模式的斜視図である。

【図6】本発明の実施形態に用いるサファイア基板において、（ａ）は凸部の形状と頂部の方向を示す模式的平面図、（ｂ）は斜め方向への割断の様子を示す模式的斜視図である。

【図7】本発明の実施形態に用いるサファイア基板の割断の様子を説明するための図であり、（ａ）は基板に内部割断溝を形成しない場合、（ｂ）は基板に内部割断溝を形成した場合の割断の様子を示す模式的断面図である。

【図8】本発明の実施形態に用いる半導体ウエハにおいて、（ａ）〜（ｄ）は、分割領域の幅および発光素子部の配置等と、活性層領域の面積および割断影響範囲について説明するための模式的平面図である。

【図9】本発明の実施形態に係る製造方法におけるウエハ分割工程の処理の流れを示すフローチャートである。

【図10A】本発明の実施形態に係る製造方法における工程の一部を示す模式的断面図であり、（ａ）および（ｂ）は主面割断溝形成工程、（ｃ）は基板裏面研磨工程を示す。

【図10B】本発明の実施形態に係る製造方法における工程の一部を示す模式的断面図であり、（ａ）は第１シート貼り合せ工程、（ｂ）〜（ｄ）は内部割断溝形成工程を示す。

【図10C】本発明の実施形態に係る製造方法における工程の一部を示す模式的断面図であり、（ａ）は内部割断溝形成工程完了後の様子を示し、（ｂ）はその部分拡大図である。

【図10D】本発明の実施形態に係る製造方法における工程の一部を示す模式的断面図であり、（ａ）は第２シート貼り合せ工程、（ｂ）はブレイキング工程を示す。

【図10E】本発明の実施形態に係る製造方法における工程の一部を示す模式的断面図であり、（ａ）はブレイキング工程完了後の様子、（ｂ）はシート剥離工程を示す。

【図10F】本発明の実施形態に係る製造方法におけるブレイキング工程の変形例を示す模式的断面図である。

【図11】本発明の他の実施形態に用いる半導体ウエハにおいて、発光素子部と分割領域の構成を示す模式的平面図である。

【図12】本発明の実施形態の実施例による発光素子において、基板の厚さと発光出力の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下、本発明の実施形態に係る発光素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材のサイズや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。
なお、各図面は原則として、紙面上、オリエンテーションフラット（以下、適宜、オリフラという）（Ａ面）を下または手前とする（ただし図３（ａ）は、濃色部分がＡ面である）。また、本実施形態において方向を説明する場合は、紙面に対してオリフラを下または手前にしたときに、紙面に対して左側を「左」、紙面に対して右側を「右」とする。

【0045】

＜半導体発光素子の製造方法＞
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、発光素子３の製造方法は、Ｃ面を主面（表面）とするサファイア基板１上に窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体（窒化物半導体）を積層して複数個の矩形状の発光素子部２を縦横方向に整列配置した半導体ウエハ１００を、割断起点４２、５１（図４参照）をサファイア基板１の−Ｃ面（裏面）側に設けて、分割して発光素子（半導体チップ）３を製造する方法である。

【0046】

図２に示すように、本発明の実施形態における発光素子３の製造方法は、半導体ウエハ１００を製造するウエハ製造工程Ｓ１と、半導体ウエハ１００を個々の発光素子３のチップに分割するウエハ分割工程Ｓ２と、を含むものである。ここで、縦横方向とは、サファイア基板１の主面内（平面視）でみて、サファイア基板１のＡ面とＣ面との交線に対して、垂直な方向を縦方向、平行な方向を横方向とする。また、図１に示すように、Ａ面をオリエンテーションフラット１ｃとするサファイア基板１を例にとるとわかりやすいので、実施の形態ではオリエンテーションフラット１ｃも交えて説明する。

【0047】

各工程について説明する前に、半導体ウエハ１００の構成について説明する。

【0048】

［半導体ウエハ］
図１（ａ）に示すように、半導体ウエハ１００は、サファイア基板１上に、縦横方向に整列配置された平面視で長方形の複数個の発光素子部２と、サファイア基板１のオリフラ１ｃであるＡ面と主面であるＣ面との交線に平行な方向に沿って分割する横分割領域５と、Ａ面とＣ面との交線に垂直な方向に沿って分割する縦分割領域４と、を備える（縦分割領域４、横分割領域５は、以下、適宜、分割領域４、５という）。

【0049】

（サファイア基板）
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、サファイア基板１は、所定のサファイア結晶構造を持つサファイア結晶１０の集合体でできており、Ｃ面を主面とする。このサファイア基板１は、サファイアの結晶性により割れやすい方向（裂開方向）がある。図３（ｂ）の矢印は、サファイア基板１の割れやすい方向を示しており、例えば、図３（ｂ）の太線に沿って割れが生じやすい。

【0050】

そして、Ａ面（１１−２０）に垂直な方向がこの割れやすい方向であり、この方向、すなわち、結晶方位＜１１−２０＞に沿って縦分割領域４を形成する。一方、Ａ面（１１−２０）に平行（Ｍ面（１−１００）に垂直）な方向が割れにくい方向であり、この方向、すなわち、結晶方位＜１−１００＞に沿って横分割領域５を形成する。なお、結晶方位＜１−１００＞方向に対して、結晶方位＜１１−２０＞方向の方が、すなわち、縦分割領域４に沿った方向の方が、半導体ウエハ１００を分割した際にチッピングが発生しやすい。

【0051】

また、結晶方位＜１−１００＞方向と平行に直線的に切り欠かれたオリエンテーションフラット（オリフラ）１ｃが設けられている。通常、Ａ面をオリフラ面として結晶方位＜１−１００＞方向と平行に設けることから、このオリフラ１ｃを指標にして縦分割領域４と横分割領域５とを決定する。

【0052】

ここで、サファイア基板１上には、図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、複数の凸部１１が形成されていることが好ましい。
半導体ウエハ１００において、Ｃ面を主面とし、Ａ面をオリフラ１ｃとしたサファイア基板１を用いると、マスクパターンの形状、エッチング条件（エッチャントの種類、エッチング時間等）によって、主面１ａ上に所定形状の凸部１１を形成することができる。

【0053】

平坦なサファイア基板１を有する半導体発光素子の場合、半導体層中を横方向に伝搬している光は伝搬している間に半導体層や電極に一部が吸収され、半導体層から出るまでに減衰する。しかし、凸部１１を設けると、凸部１１による光の散乱・回折効果により、サファイア基板１の上方または下方への光束が多くなり、発光素子の発光面を正面から観察したときの輝度（＝正面輝度）を高めることができる。また、凸部１１による光の散乱・回折効果により、半導体層中を横方向に伝播する光を減らし、伝播中の吸収ロスを低減して発光の総量を高めることができる。しかも、サファイア基板１の主面１ａ上に凸部１１を形成しても、半導体層には凸部１１による結晶欠陥が殆ど成長しないので、前記の高い外部量子効率を安定に確保できる。

【0054】

そして凸部１１は、すべての凸部１１において、上部が平面視で同一形状、かつ頂部１１ａの鋭角の一つが同一方向を向いた多角形の形状をしている。多角形としては、例えば三角形、五角形、好ましくは正三角形を挙げることができる。なお、凸部１１を多角形にするとは、凸部１１の上面である頂部１１ａの平面視の形状が多角形にすることをいい、凸部１１の底面形状は円形や多角形であってもよい。また、凸部１１の断面形状については、台形であることが好ましい。このような断面形状とすることにより、光の散乱および回折効率を高めることができる。なお、凸部１１の平面形状および断面形状は、幾何学的に完全な多角形または台形である必要はなく、加工上の理由等から角が丸みを帯びていてもよい。

【0055】

そして、この多角形の頂部１１ａの一つの鋭角の向きが、Ａ面とＣ面との交線に平行な方向と一致する傾向があり、さらに、頂部１１ａのその鋭角が左右のどちらかを向く傾向がある。そして、後記するように、この多角形の鋭角の向きに対応して、中央線４１の左右の何れかに割断起点４２の線位置を決定することができる。なお、製造上は凸部１１の大きさ、および、相互の間隔は１０μｍ以下とするのがよい。さらに５μｍ以下とすることで、散乱面が増えるため好ましい。

【0056】

サファイア基板１上に凸部１１を形成する方法は、特に限定されず、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、適当な形状のマスクパターンを用いて、後記するようなドライエッチングまたはウェットエッチング等のエッチングを行なう方法が挙げられる。中でも、ウェットエッチングが好ましい。この場合のエッチャントは、例えば、硫酸とリン酸との混酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、リン酸、ピロ硫酸カリウム等が挙げられる。

【0057】

凸部１１の形状は、例えば、用いるマスクパターンの形状、エッチング方法および条件を適宜調整して制御することができる。この際のマスクパターンの材料および形状は、例えば、絶縁膜（レジスト、ＳｉＯ_２等）によって形成することができ、円形、楕円形、三角形または四角形等の多角形状の繰り返しパターン等が挙げられる。このようなマスクパターンの形成は、フォトリソグラフィおよびエッチング工程等の公知の方法により実現することができる。

【0058】

マスクパターンの形成のためのエッチング方法は、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチング等、当該分野で公知の方法を利用することができる。例えば、ドライエッチングとしては、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング、イオンミリング、集束イオンビームエッチング、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）エッチング等が挙げられる。ウェットエッチングのエッチャントは、前記したものと同様のものを例示することができる。

【0059】

（発光素子部）
図１（ａ）に示すように、発光素子部２は、サファイア基板１上にＧａＮ系半導体を積層してサファイア基板１の縦横方向に複数個を整列配置したものである。発光素子部２の形状は、上面視で矩形状からなるものであり、ここでは長方形であって、この長方形の短辺が縦分割領域４と平行に形成されている。このような構成とすれば、縦分割領域４側に発光素子部２の長方形の短辺があるため、縦分割領域４の割断による発光素子部２の発光層、すなわち活性層２４（図１０Ａ（ａ）参照）を有する領域である活性層領域２６（図４参照）の損傷が低減され、割断による発光出力への影響（割断影響）が低減する。また、横分割領域５の幅を狭めるため、その分、発光素子部２を大きくする場合には、長方形の長辺が縦分割領域４と平行に形成された場合と比べ、活性層領域２６(図４参照)の面積を大きくすることができる。また、発光素子部２を縦方向に詰めて配置する場合には、発光素子３の取り個数の増大を図ることができる。ただし、半導体ウエハ１００のサイズや、発光素子部２のサイズおよび数等によっては、長方形の短辺が縦分割領域４と平行に形成されていてもよく、また、後記するように、発光素子部２の形状は、平面視で正方形であってもよい。

【0060】

また、図４に示すように、発光素子部２のｎ側電極２１は、縦分割領域４側の少なくとも一方側に配置されている。縦分割領域４は、ウエハを分割する際にチッピングが発生しやすいことから、縦分割領域４に接する発光素子部２の両側の活性層領域２６を損傷させやすい。しかし、ｎ側電極２１が存在する領域は活性層２４（図１０Ａ（ａ）参照）が存在しないため、縦分割領域４側にｎ側電極２１を配置することで縦分割領域４側における活性層領域２６の範囲が減少し、活性層２４（図１０Ａ（ａ）参照）の損傷が低減される。

【0061】

ここで、ｎ側電極２１は、両側の縦分割領域４のうち、少なくとも縦分割領域４の幅方向の中央線４１から幅方向の一方側に所定の距離をシフトした割断起点４２の線位置に近くなる側に配置されていることが好ましい。本実施形態では、縦分割領域４における割断起点４２をサファイア基板１の裏面側に設定し、割断位置４３をサファイア基板１の主面側に設定する。従って、サファイア基板１の主面（表面）側の割断位置４３は、平面視において、割断起点４２よりも中央線４１の方向にシフトすることになる。

【0062】

また、本実施形態では、サファイア基板１の裏面側から、割断起点４２の線位置に沿って、多光子吸収されるレーザ光を照射して、サファイア基板１の厚さ方向において、少なくとも裏面側の内部に、主面であるＣ面に対して略垂直に割断溝（内部割断溝７、図７（ｂ）参照）を形成する。このため、サファイア基板１の内部に割断溝を形成しない部分のみ斜めに割断されることになる。なお、レーザ照射、割断溝の詳細については、後記する。

【0063】

縦分割領域４では、割断起点４２をシフトした側の発光素子部２の活性層２４（図１０Ａ（ａ）参照）の方が、平面視で割断起点４２の線位置からの距離が近くなるため、割断起点４２の線位置に沿ってサファイア基板１の裏面側から照射される前記したレーザ光により、変質などの損傷（割断影響）をより受けやすくなる。発光素子部２のｎ側電極２１が存在する縦辺は、ｎ側電極２１が存在する分だけ活性層領域２６が少ないため、両側の縦分割領域４のうち、縦分割領域４の幅方向の中央線４１から幅方向の一方側に所定の距離をシフトした割断起点４２の線位置に近くなる側にｎ側電極２１を配置することで、活性層領域２６への損傷がより低減され、割断影響の範囲を低減することができる。なお、ｎ側電極２１は、前記した線位置に近くなる側にのみ配置されていてもよく、縦分割領域４の両側に配置されていてもよい。

【0064】

（分割領域）
図１（ａ）に示すように、分割領域４、５は、半導体ウエハ１００から発光素子部２を分割するための領域であり、平面視で、サファイア基板１のオリフラ１ｃであるＡ面と、主面であるＣ面との交線と平行な方向に沿って分割する横分割領域５と、このＡ面とＣ面との交線に垂直な方向に沿って分割する縦分割領域４と、からなる。この分割領域４、５においては、横分割領域５の幅βが、縦分割領域４の幅αよりも狭く設定されている。このように、チッピングが発生しにくく、主面に対して略垂直に割断できる横分割領域５の幅βを狭くすることで、発光素子３の取り個数、あるいは、活性層領域２６(図４参照)の面積の増大を図ることができる。また、縦分割領域４の幅αを狭くすることがないため、発光素子部２の損傷を低減することができる。分割領域４、５の幅α，βは、半導体ウエハ１００や発光素子部２のサイズやサファイア基板１の厚さ等により異なるが、例えば、縦分割領域４で１５〜７０μｍ、横分割領域５で１０〜６０μｍである。

【0065】

ここで、図７を参照して、本実施形態における縦分割領域４における割断の様子について説明する。
前記したように、縦分割領域４においては図７（ａ）に示すように、サファイア基板１は、サファイア基板１の裏面（−Ｃ面）１ｂの割断起点４２から主面（表面、Ｃ面）１ａの割断位置４３にかけて斜めに割断される。そのため、サファイア基板１の厚さが厚くなると、縦分割領域４の幅α（図１（ａ）参照）を広く確保することが必要となる。

【0066】

そこで、本実施形態においては、図７（ｂ）に示すように、縦分割領域４の延伸方向からみた断面視において、サファイア基板１の主面１ａに対して略垂直な方向に延伸する内部割断溝７を、サファイア基板１の内部に形成し、内部割断溝７が形成されない上下の厚さ部分についてのみ斜めに割断することとした。これによって、サファイア基板１の厚さ方向において、内部割断溝７が形成された部分は、主面１ａに対して略垂直に割断されるため、割断起点４２と割断位置４３とのずれが低減され、その分だけ縦分割領域４の幅を狭くすることができる。また、内部割断溝７の形成により、実質的に衝撃または加重を加えるブレイキングで割断すべきサファイア基板１の厚さが減少するため、容易に、かつ安定した精度で割断することができる。

【0067】

内部割断溝７は、サファイア基板１の内部にレーザ光の照射を行って、割断起点４２の線位置に沿って、溶解領域または変質領域として加工するステルスレーザ加工によって形成する。このような加工を行うためのレーザ光は、サファイア基板１に対して透明であるが、集光レンズを用いてレーザ光を集光させ高エネルギー密度状態とした集光点において、多光子吸収により、サファイア基板１の内部を溶解または変質させる。このようなレーザ光としては、パルスレーザを発生するレーザ、多光子吸収を起こさせることができる連続波レーザ等、種々のものを用いることができる。中でも、フェムト秒レーザ、ピコ秒レーザ、ナノ秒レーザ等のパルスレーザを発生させるものが好ましい。また、その波長は特に限定されるものではなく、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、チタンサファイアレーザ等による種々のものを利用することができる。

【0068】

ここで、レーザ光の照射は、半導体層２０（図１０Ａ（ａ）参照）での吸収を考慮して、半導体ウエハ１００の裏面１ｂ側から行ない、かつ、半導体層２０（図１０Ａ（ａ）参照）、すなわち、サファイア基板１の主面１ａから所定の距離γ_１以上離れた位置に行う。このようにして、半導体層２０、特に活性層２４（図１０Ａ（ａ）参照）へのレーザ光の照射を回避することによって、半導体層２０の変質による発光効率の低下を最小限にとどめることができる。前記した距離γ_１は、半導体層２０への影響を回避するとともに、サファイア基板１が斜めに割断されることにより縦分割領域４の幅が広くなり過ぎないように、７０μｍ程度とすることが好ましい。

【0069】

また、内部割断溝７は、サファイア基板１の裏面１ｂにできる限り近いところまで形成することが好ましく、裏面１ｂまでの距離γ_２は、例えば、１０〜６０μｍ程度とすることができる。

【0070】

次に、図８および表１を参照して、分割領域４、５の幅および発光素子部２の配置等と、活性層領域２６の面積および割断影響範囲について説明する。
ここでは、表計算ソフトにおいて、多数の碁盤目状の正方形からなるセル上に、図８（ａ）〜（ｄ）の形態の発光素子部２を作図し、セルを距離または面積の単位として、セル数を計測することで、分割領域４、５の幅および発光素子部２の配置等と、活性層領域２６の面積および割断影響範囲について考察した。

【0071】

図８（ａ）は、縦分割領域４の幅と横分割領域５の幅が同じで、かつ発光素子部２を縦長（長辺が縦分割領域４と平行）にしたものである。図８（ｂ）は、横分割領域５の幅を狭め、かつ発光素子部２を縦長（長辺が縦分割領域４と平行）にしたものである。図８（ｃ）は、横分割領域５の幅を狭め、かつ発光素子部２を横長（長辺が横分割領域５と平行）にし、さらにｎ側電極２１を、両側の縦分割領域４のうち、ｎ側電極２１が割断起点４２の線位置に近くなる側と反対の側にのみ配置したものである。図８（ｄ）は、横分割領域５の幅を狭め、かつ発光素子部２を横長（長辺が横分割領域５と平行）にし、さらにｎ側電極２１を、両側の縦分割領域４のうち、ｎ側電極２１が割断起点４２の線位置に近くなる側にのみ配置したものである。なお、図８（ａ）〜（ｄ）において、割断起点４２は半導体ウエハ１００の裏面に、割断位置４３は表面（Ｃ面）にあるものとする。また、割断影響範囲は、前記した内部割断溝７（図７（ｂ）参照）を形成する際のレーザ光照射の影響が大きく、発光素子部２の縦辺が割断起点４２の線位置に近くなる側のほうが割断の影響をより受けやすいことから、この側について考察した。

【0072】

【表1】

【0073】

表１に示すように、図８（ａ）に比べ、図８（ｂ）〜（ｄ）のように横分割領域５の幅を狭くした方が、半導体ウエハの単位面積当たりに形成できる活性層領域２６の面積を大きくすることができる。また、図８（ａ）〜（ｄ）のように縦分割領域４の幅が同一であれば、割断起点４２から活性層領域２６までの平面視における距離は同じである。そして、図８（ａ）に比べ、図８（ｂ）は、活性層領域２６の面積が増えたため、割断影響範囲はやや大きくなっているが、図８（ｃ）のように、縦分割領域４側を短辺とすれば割断影響範囲を小さくできる。また、図８（ｄ）のように、ｎ側電極２１を割断起点４２の線位置に近くなる側にのみ配置すれば、ｎ側電極２１が存在する分、割断起点４２の線位置に近い活性層領域２６が減少するため、割断影響範囲をさらに小さくすることができる。

【0074】

次に、図２に示した発光素子３の製造方法の各工程について説明する。

【0075】

＜ウエハ製造工程＞
ウエハ製造工程Ｓ１は、半導体ウエハ１００を製造する工程である。
図１に示した半導体ウエハ１００の製造は、従来公知の方法に従い、例えば、オリフラ１ｃが設けられたサファイア基板１の片面（Ｃ面）に、フォトリソグラフィ、真空蒸着等を用いてＧａＮ系半導体を積層して複数個の矩形状の発光素子部２を縦横方向に整列配置することにより行なう。

【0076】

発光素子部２は、例えば、図１０Ａ（ａ）に示すように、サファイア基板１の主面１ａ上に、ｎ型半導体層２３、活性層２４およびｐ型半導体層２５を順次積層した半導体層２０を形成し、半導体層２０の上面の一部の領域について、ｐ型半導体層２５、活性層２４およびｎ型半導体層２３の一部をエッチングにより除去してｎ型半導体層２３を露出させ、この露出面にパッド電極であるｎ側電極２１（図４参照）を形成する。また、ｐ型半導体層２５および活性層２４が除去されなかった領域である活性層領域２６（図４参照）には、ｐ型半導体層２５の上面の略全面を覆う全面電極（不図示）および全面電極の上面の一部にパッド電極であるｐ側電極２２（図４参照）を形成する。

【0077】

そして、同時に形成した発光素子部２の間には、発光素子部２を分割するための分割領域４、５が確保されるが、横分割領域の幅βが縦分割領域４の幅αよりも狭くなるように、分割領域４、５の幅を適宜調整する。

【0078】

＜ウエハ分割工程＞
図２に示したウエハ分割工程Ｓ２は、ウエハ製造工程Ｓ１で製造した半導体ウエハ１００を分割する工程である。ここで、図９を参照して、本実施形態におけるウエハ分割工程Ｓ２の詳細な手順について説明する。

【0079】

図９に示すように、ウエハ分割工程Ｓ２（図２参照）は、主面割断溝形成工程Ｓ１０と、基板裏面研磨工程Ｓ１１と、第１シート貼り合せ工程Ｓ１２と、内部割断溝形成工程Ｓ１３と、第２シート貼り合せ工程Ｓ１４と、ブレイキング工程Ｓ１５と、シート剥離工程Ｓ１６と、を含んで構成される。
続いて、図１０Ａから図１０Ｆを参照（適宜図９参照）して、ウエハ分割工程Ｓ２（図２参照）について詳細に説明する。

【0080】

主面割断溝形成工程Ｓ１０は、図１０Ａ（ａ）および図１０Ａ（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１００の半導体層２０を積層した面であるサファイア基板１の主面１ａ側の、分割領域４、５（図１（ａ）参照）内に、主面割断溝６を形成する工程である。本実施形態では、主面割断溝６は、図１０Ａ（ａ）に示しように、ｎ型半導体層２３を露出させる工程と、図１０Ａ（ｂ）に示したように、サファイア基板１を露出させる工程との、２段階の工程から成る。

【0081】

なお、図１０Ａ（ａ）および図１０Ａ（ｂ）では、縦分割領域４の形成の様子について示すが、横分割領域５（図１（ａ）参照）についても、横分割領域５の幅が、縦分割領域４の幅より狭いこと以外は同様である。また、図１０Ａ（ｃ）〜図１０Ｆにおいても、特に断らない限りは同様である。さらにまた、図１０Ａ〜図１０Ｆにおいては、ｎ側電極２１、ｐ側電極２２（図４参照）などや、半導体層２０の詳細な構成の図示は適宜省略している。

【0082】

図１０Ａ（ａ）に示した第１段階の工程では、縦分割領域４に沿って、ｎ型半導体層２３を露出させる。この第１段階の工程で形成される主面割断溝６の底面６ａは、ｎ型半導体層２３の露出面である。これによって、半導体ウエハ１００を割断する際に、割れ目が活性層２４に及ぶことを防止でき、安定した品質で発光素子３（図１（ｂ）参照）をチップ化することができる。

【0083】

主面割断溝形成工程Ｓ１０の第１段階の工程は、前記したウエハ製造工程Ｓ１（図２参照）において、ｎ側電極２１（図１（ａ）参照）を形成するためのｎ型半導体層２３を露出させるエッチング工程で、縦分割領域４も露出させることで、同時に行うことができる。なお、横分割領域５（図１（ａ）参照）についても同様である。

【0084】

図１０Ａ（ｂ）に示した第２段階の工程では、縦分割領域４に沿って、縦分割領域４の範囲内で、サファイア基板１を露出させる。この第２段階の工程で形成される主面割断溝６の２段目の底面６ｂは、サファイア基板１の露出面である。このとき、平面視で、少なくとも割断位置４３の線位置を含む領域のサファイア基板１を露出させることが好ましく、割断起点４２の線位置と割断位置４３の線位置とを含む領域のサファイア基板１を露出させることがさらに好ましい。
これによって、半導体ウエハ１００を割断する際に、割れ目が半導体層２０に及ぶことを防止でき、ｎ型半導体層２３まで露出させた場合よりも、さらに安定した品質で発光素子３（図１（ｂ）参照）をチップ化することができる。

【0085】

主面割断溝形成工程Ｓ１０の第２段階の工程では、前記した第１段階の工程に続いて、フォトリソグラフィで２段目の主面割断溝６の形成領域以外をマスクし、エッチングして主面割断溝６を形成することができる。
なお、主面割断溝６の形成は、２段階に行うことに限定されず、ｎ側電極２１（図４参照）を形成するためのエッチング工程とは別の工程として、分割領域４，５以外をマスクして、エッチング法によりサファイア基板１を露出させるようにしてもよい。

【0086】

なお、主面割断溝６は、エッチング法による形成に限定されず、ダイサーやスクライバを用いて形成してもよい。
また、主面割断溝６は、前記した第１段階の工程であるｎ型半導体層２３を露出する工程のみ行って形成するようにしてもよい。

【0087】

基板裏面研磨工程Ｓ１１は、図１０Ａ（ｃ）に示すように、所定の厚さになるまでサファイア基板１の裏面１ｂを研磨する工程である。サファイア基板１の厚さは、光取り出し効率と、ウエハ分割工程Ｓ２（図２参照）において加工に要する時間とから適宜に決めることができ、例えば、１６０〜２４０μｍ程度とすることができる。
なお、ウエハ製造工程Ｓ１（図２参照）で用いたサファイア基板１の厚さが所定の厚さである場合は、基板裏面研磨工程Ｓ１１を省略してもよい。

【0088】

第１シート貼り合せ工程Ｓ１２は、図１０Ｂ（ａ）に示すように、半導体ウエハ１００の半導体層２０を積層した側の面に、第１シート３６を貼り合せる工程である。第１シート３６は、ブレイキング工程Ｓ１５において、半導体層２０をブレイキングの衝撃から保護するとともに、ブレイキング工程Ｓ１５の途中において、割断された半導体ウエハ１００がバラバラにならないように半導体ウエハ１００を保持するための粘着性を有するシートである。

【0089】

第１シート３６としては、例えば、厚さ１００μｍ程度のポリオレフィンの基材に、ＵＶ（紫外線）硬化型の粘着剤層を設けたＵＶシートを用いることができ、例えば、日東電工社製のＵＶシートＵＥ１１１−ＡＪを挙げることができる。

【0090】

このような、ＵＶシートは、粘着剤層によってシートの基材と半導体ウエハ１００とを貼り合せて、半導体ウエハ１００を保持および保護する。そして、ブレイキング工程Ｓ１５が完了後に、ＵＶシートに紫外線を照射することにより、粘着剤層が硬化して粘着性を喪失するため、容易にシートを剥離して割断されたチップを取り出すことができる。
なお、第１シート３６は、紫外線硬化型のＵＶシートのほか、熱硬化型のシートなどを用いることもできる。

【0091】

また、第１シート３６は、柔軟性を有することが好ましい。後記する第２シート３７（図１０Ｄ（ａ）参照）とともに、柔軟性のあるシートで半導体ウエハ１００の両面を挟み込むことにより、ブレイキング工程Ｓ１５において、ブレード３５によって強い加重衝撃を加えても、分割されるチップのチップ浮きやチップ飛び、シートの破れを防止することができる。

【0092】

内部割断溝形成工程Ｓ１３は、図１０Ｂ（ｂ）〜図１０Ｂ（ｄ）に示すように、縦分割領域４の割断起点４２および横分割領域５の割断起点５１（図４参照）に沿ったレーザ光３０の照射により、サファイア基板１の内部に前記した内部割断溝７を形成する工程である。

【0093】

図１０Ｂ（ｂ）に示すように、レーザ光３０を集光レンズ３１によって集光し、サファイア基板１の内部に集光点３０ａが位置するように、サファイア基板１の裏面１ｂ側から照射する。ここで、レーザ光３０の照射の影響を受けて半導体層２０が変質しないように、レーザ光３０の集光点３０ａを、サファイア基板１の厚さ方向において、半導体層２０から所定の距離γ_１以上離した位置に設定する。そして、図１（ａ）に示した縦分割領域４の割断起点４２の線位置および横分割領域５の割断起点５１の線位置に沿って、分割領域４、５ごとに、順次レーザ光３０を走査する。

【0094】

なお、レーザ光３０の走査は、半導体ウエハ１００を、例えば、ＸＹステージに載置して、Ｘ方向（サファイア基板１の主面内の横方向）あるいはＹ方向（同縦方向）に半導体ウエハ１００を移動させて行うことができる。また、半導体ウエハ１００を固定してレーザ光３０を移動させるようにしてもよい。

【0095】

ここで、１回のレーザ光３０の照射により、サファイア基板１の内部に形成される内部割断溝７_１の厚さ方向の高さは、レーザ光３０の出力にもよるが、２０〜４０μｍ程度とすることが好ましい。これにより、サファイア基板１を必要以上に溶解または変質させることがなく、半導体層２０への影響を低減することができる。

【0096】

そして、図１０Ｂ（ｃ）に示すように、集光レンズ３１の位置を調整して、レーザ光３０の集光点３０ａの位置を、例えば、２０μｍだけサファイア基板１の厚さ方向において、裏面１ｂ側にシフトするように設定する。そして、２回目のレーザ光照射により、１回目のレーザ光照射による内部割断溝７_１の裏面１ｂ側の端部に積層するように、内部割断溝７_２が形成される。

【0097】

このレーザ光走査を複数段繰り返すことにより、図１０Ｂ（ｄ）に示すように、サファイア基板１の所定の厚さの範囲に、内部割断溝７を形成することができる。
例えば、サファイア基板１の厚さを２４０μｍ、１回のレーザ光照射により形成される内部割断溝７_１、７_２などの高さを２０μｍ、距離γ_１を７０μｍ、距離γ_２を１０μｍとすると、形成すべき内部割断溝７の高さは１６０μｍである。従って、８段階のレーザ光照射を行うことで、この内部割断溝７を形成することができる。
このように、厚さ方向に集光点３０ａの位置をシフトさせながら、レーザ光照射を多段階に行うことにより、厚いサファイア基板１であっても適切な高さの内部割断溝７を形成することができる。

【0098】

なお、集光点３０ａの位置は、集光レンズ３１の位置を固定し、例えば、半導体ウエハ１００をＸＹＺステージに載置して、半導体ウエハ１００をＺ方向（サファイア基板１の厚さ方向）にシフトさせるようにしてもよい。

【0099】

ここで、図１０Ｃを参照して、縦分割領域４の割断起点４２の線位置に沿って形成される内部割断溝７について詳細に説明する。なお、図１０Ｃは、縦分割領域４の割断起点４２の線位置に沿って形成される内部割断溝７の延伸方向に垂直な面、すなわちＡ面に平行な面による断面図である。

【0100】

図１０Ｃ（ａ）に示すように（図１０Ｂ（ｄ）も参照）、内部割断溝７は、各縦分割領域４内のサファイア基板１の内部に扁平な帯状に形成される。このとき、半導体ウエハ１００は、図１０Ｃ（ｂ）に示すように、分割予定線８に沿って割断される。すなわち、サファイア基板１の厚さ方向において、内部割断溝７が形成された部分は主面１ａに略垂直に、それ以外は斜めに割断される。

【0101】

そこで、内部割断溝７の半導体層２０側の端部（図１０Ｃ（ｂ）において下端部）から、サファイア基板１の主面１ａにおける斜め割れを考慮して、割断起点４２は、縦分割領域４の幅方向の中央線４１に対して、右側にシフトした位置に設定されている。なお、斜め割れの方向が反対の場合は、左側にシフトして設定する。

【0102】

図１０Ｃ（ｂ）に示した例では、平面視で、割断起点４２の線位置と割断位置４３の線位置とは、中央線４１を挟んで対称な位置となるように設定しているが、これに限定されるものではない。但し、割断位置４３が、主面割断溝６のサファイア基板１の露出面である底面６ｂ内に位置するように、割断起点４２を設定することが好ましい。これによって、割断による半導体層２０への割れなどの影響を低減することができる。また、割断起点４２の線位置は、縦分割領域４内に位置することが好ましい。これによって、レーザ光照射による半導体層２０の変質などの影響を低減することができる。

【0103】

ここで、縦分割領域４におけるサファイア基板１の斜め割れの方向について図５および図６を参照して説明する。
半導体ウエハ１００を分割する際、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、縦分割領域４の割断起点４２から、半導体ウエハ１００の厚さ方向について、断面視で斜め方向に割れる。この斜め方向は、Ｃ面を主面１ａとし、オリフラ１ｃ（図１参照）をＡ面とするサファイア基板１において、オリフラ１ｃを正面にした場合、割断起点４２を下にしたときに、傾斜面が左上を向く場合を「右斜め」（図６（ｂ）参照）、傾斜面が右上を向く場合を「左斜め」（図５（ｂ）参照）とする。

【0104】

この斜め方向は、サファイア基板１の試し割りにより確認することができる。また、前記したサファイア基板１上に形成された、凸部１１における頂部１１ａの多角形の鋭角の向きによって確認することもできる。この凸部１１における頂部１１ａの多角形の鋭角の向きと、割れにおける斜め方向の関係について、図５、６を参照して説明する。
図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、凸部１１は、すべての凸部１１において、頂部１１ａが平面視で同一形状で、かつ頂部１１ａの多角形（三角形）の鋭角が同一方向を向いている。

【0105】

そして、例えば、オリフラ面を手前にしたときに、図５（ａ）に示すように頂部１１ａの多角形の鋭角の一つが、平面視で左を向いている場合には、図５（ｂ）に示すように左斜めに割れが生じ、図６（ａ）に示すように頂部１１ａの多角形の鋭角の一つが、平面視で右を向いている場合には、図６（ｂ）に示すように右斜めに割れが生じる。このような頂部１１ａの多角形の鋭角の向きと、割れにおける斜め方向との関係について予め確認しておけば、頂部１１ａの多角形の鋭角の向きによって、割断起点４２の線位置を決定することができるため、線位置の決定が容易となる。さらには、図４に示すように、ｎ側電極２１について、発光素子部２の両側の縦分割領域４のうち、ｎ側電極２１を割断起点４２の線位置に近くなる側にのみ配置する場合、頂部１１ａの多角形の鋭角の向きによって、ｎ側電極２１の配置を決定することができる。なお、凸部１１における頂部１１ａの多角形の鋭角の向きと、割れにおける斜め方向の関係については、基板メーカーに予め確認しておくこともできる。

【0106】

そして、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、多角形の頂部１１ａの鋭角の一つが縦横方向のうちの横方向において、すなわち、オリフラ面を手前にして左側を向いているときは、左斜めに割れが生じるため、中央線４１の右側に割断起点４２の線位置をシフトさせ、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、右側を向いているときは、右斜めに割れが生じるため、中央線４１の左側に割断起点４２の線位置をシフトさせる。このように、多角形の頂部１１ａの鋭角の向きに対応して、前記中央線４１の左右のいずれかに割断起点４２の線位置を決定することができる。

【0107】

なお、横分割領域５の割断起点５１（図１（ａ）参照）の線位置に沿って割断する際は、サファイア基板１の主面１ａに対して、略垂直に割ることができる。このため、横分割領域５の割断起点５１（図１（ａ）参照）の線位置は、横分割領域５（図１（ａ）参照）の幅方向の略中央に設定され、割断起点５１（図１（ａ）参照）の線位置に沿って内部割断溝７を形成することになる。
また、サファイア基板１の厚さ方向において、内部割断溝７の形成範囲を示す距離γ_１および距離γ_２については、縦分割領域４に形成される内部割断溝７と同様である。

【0108】

なお、サファイア基板１は、横分割領域５（図１（ａ）参照）については裂開性がなく、工程の作業中に不用意に割れることがないため、縦分割領域４よりも先に、横分割領域５（図１（ａ）参照）において内部割断溝７を形成することが好ましい。

【0109】

第２シート貼り合せ工程Ｓ１４は、図１０Ｄ（ａ）に示すように、半導体ウエハ１００の裏面側、すなわちサファイア基板１の裏面１ｂに、ブレイキング工程Ｓ１５において、サファイア基板１を衝撃から保護するための第２シート３７を貼り合せるための工程である。

【0110】

第２シート３７としては、第１シート３６と同様のＵＶシートを用いることができる。また、第２シート３７は、粘着性はなくてもよく、例えば、厚さ３０μｍ程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのセパレータを用いることもできる。

【0111】

ブレイキング工程Ｓ１５は、図１０Ｄ（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１００にブレード３５で衝撃を加え、主面割断溝６および内部割断溝７に沿って、個々の発光素子３（図１（ｂ）参照）のチップに分割する工程である。

【0112】

本実施形態では、図１０Ｄ（ｂ）に示したように、半導体ウエハ１００の半導体層２０を積層した側を下向きにして、平面視で、半導体ウエハ１００の割断起点４２の線位置が略中心になるように、上側受けブロック３２および下側受けブロック３３で半導体上は００を挟み込む。そして、ブレード３５を用いて、上側受けブロック３２および下側受けブロック３３からはみ出した発光素子３の端部を、サファイア基板１の裏面１ｂ側から、第２シート３７を介して衝撃を加える。これにより、下側受けブロック３３の上面のブレード３５側の辺を支点３３ａとして、てこの原理により、上側受けブロック３２および下側受けブロック３３で挟まれた内部割断溝７に大きな力が作用し、サファイア基板１が分割予定線８に沿って割断される。この衝撃を加える方式によるブレイキング方法は、特にサファイア基板１のようにへき開性がなく硬度の高い基板を割断するのに適した方法である。

【0113】

なお、上側受けブロック３２および下側受けブロック３３の半導体ウエハ１００を挟み込む面の形状および大きさは同じであることが好ましい。また、この面の幅は、図１０Ｄ（ｂ）に示した断面視で、割断起点４２の線位置の左右両側について、それぞれ発光素子３の幅の半分程度まで挟み込むことが好ましい。また、上側受けブロック３２、下側受けブロック３３およびブレード３５の、図１０Ｄ（ｂ）における紙面の奥行き方向の長さは、半導体ウエハ１００の奥行き方向の長さ（平面視で円形の場合は、その直径を指す）と同じか、それ以上の長さとすることが好ましい。

【0114】

上側受けブロック３２および下側受けブロック３３としては、例えば、セラミック製やＳＵＳ（ステンレス鋼）製のブロックを用いることができる。

【0115】

また、ブレイキング工程Ｓ１５では、まず、縦方向の複数の縦分割領域４について、左右何れかの端から順次に分割し、その後、複数の横分割領域５について、上下何れかの端から順次に分割する。なお、横分割領域５について、先に分割するようにしてもよい。

【0116】

なお、横方向の分割についても縦方向と同様に、割断する割断起点５１の線位置が略中心になるように、割断起点５１の線位置を、上側受けブロック３２および下側受けブロック３３で挟み、割断済みの半導体ウエハ１００の端部にブレード３５を用いて衝撃を加えて割断する。

【0117】

このように、ブレイキング工程Ｓ１５において、すべての分割領域４，５（図１（ａ）参照）について割断が終了すると、図１０Ｅ（ａ）に示すように、第１シート３６（および第２シート３７）によって保持された状態で、分割予定線８に沿って割れが生じ、発光素子３が個々のチップに分割される。

【0118】

シート剥離工程Ｓ１６は、分割された発光素子３を保持する第１シート３６および第２シート３７を剥離し、発光素子３を個々のチップとして取り出す工程である。
第１シート３６および第２シート３７として、ＵＶシートを用いた場合は、第１シート３６および第２シート３７に紫外線を照射して、粘着剤層を硬化させる。これにより、粘着剤層の粘着性がなくなり、図１０Ｅ（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１００から容易に剥離することができる。そして、分割予定線８に沿って分割された個々の発光素子３のチップを取り出すことができる。

【0119】

＜ブレイキング工程の変形例＞
次に、図１０Ｆを参照して、ブレイキング工程Ｓ１５の変形例について説明する。
図１０Ｆに示した変形例では、半導体ウエハ１００の半導体層２０を積層した側を下向きにして、半導体ウエハ１００の下側に、２個のブロック３４を設置する。２個のブロック３４は、割断対象となる割断起点４２の線位置を中心として、左右にそれぞれ発光素子３のチップ幅の半分程度離間して配置する。そして、ブレード３５Ａを用いて、半導体ウエハ１００の裏面、すなわち、サファイア基板１の裏面１ｂ側から、割断起点４２の線位置に第２シート３７を介して加重を加える。これにより、割断対象の内部割断溝７に力が作用し、２個のブロック３４の上面の割断起点４２の線位置に近い辺を支点３４ａとして折れ曲がり、サファイア基板１が分割予定線８に沿って割断される。すなわち、３点支持方式によるブレイキング方法である。

【0120】

なお、本変形例のブロック３４としては、図１０Ｄ（ｂ）に示した実施形態における上側受けブロック３２および下側受けブロック３３と同様のブロックを用いることができる。

【0121】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
例えば、他の実施形態として、発光素子部が正方形である半導体ウエハについても適用することができる。

【0122】

＜他の実施形態＞
他の実施形態における発光素子の製造方法は、Ｃ面を主面とするサファイア基板上にＧａＮ系半導体を積層して複数個の正方形の発光素子部を縦横方向に整列配置した半導体ウエハを、割断起点をサファイア基板の裏面側に設けて、分割して発光素子を製造する方法であって、ウエハ製造工程と、ウエハ分割工程と、を含むものである。

【0123】

図１１に示すように、半導体ウエハ１００Ａは、サファイア基板上に、縦横方向に整列配置された平面視で正方形の複数個の発光素子部２Ａと、サファイア基板のＡ面と平行の方向に沿って分割する横分割領域５と、Ａ面と垂直の方向に沿って分割する縦分割領域４と、を備える。

【0124】

また、発光素子部２Ａのｎ側電極２１Ａは、ここでは、縦分割領域４側にそれぞれ３個ずつ設けられている。ただし、発光素子部２Ａのｎ側電極２１Ａは、縦分割領域４側の少なくとも一方側に配置されていればよい。一方側にのみｎ側電極２１Ａを配置する場合は、両側の縦分割領域４のうち、縦分割領域４の幅方向の中央線４１から幅方向の一方側に所定の距離をシフトした割断起点４２の線位置に近くなる側にのみ配置されていることが好ましい。
その他、ウエハ製造工程、ウエハ分割工程につては、前記した発光素子の製造方法と同様である。

【0125】

＜その他＞
発光素子部２、２Ａのｎ側電極２１、２１Ａの個数は特に限定されるものではなく、１個でもよく、２個以上であってもよい。
さらに、本発明を行うにあたり、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、前記した工程以外の工程を含めてもよい。例えば、サファイア基板を洗浄する基板洗浄工程や、ごみ等の不要物を除去する不要物除去工程や、発光素子の切断面を研磨等する仕上げ工程等を含めてもよい。

【実施例】

【0126】

次に、本発明における実施形態の製造方法により作製した発光素子およびその製造方法について説明する。

【0127】

まず、サファイア基板に活性層を含むＧａＮ系半導体層とｎ側電極およびｐ側電極を形成した半導体ウエハについて、サファイア基板の裏面を研磨して、基板の厚さが８５〜２４０μｍとなるようにする。なお、発光素子部のダイスサイズ（チップサイズ）は、表２に示す３種類について作製する。平面視のサイズは、サイズ１が２３０μｍ×２３０μｍ、サイズ２が５００μｍ×２９０μｍ、サイズ３が７５０μｍ×５５０μｍである。

【0128】

次に、半導体層を積層した側の面にＵＶシート（日東電工社製ＵＥ１１１−ＡＪ）を貼り合せる。

【0129】

次に、半導体ウエハのＵＶシートを貼り合せた面を下向きにステルスレーザ加工装置に載置し、サファイア基板の裏面側からフェムト秒レーザを照射し、サファイア基板の内部に割断溝を形成する。ダイス（チップ）サイズとサファイア基板の厚さに応じて、表２の左端の欄に記載した段数でレーザ光照射を行う。また、１段目の照射位置は、サファイア基板の半導体層を積層した面から７０μｍ離れた位置とし、１段当りの割断溝の、基板の厚さ方向の高さは２０μｍである。

【0130】

ステルスレーザ加工による割断溝の形成後、サファイア基板の裏面側にＵＶシートを貼り合せ、図１０Ｄ（ｂ）に示した衝撃方式によるブレイキング方法によりチップに分割する。

【0131】

ＵＶシートを剥離し、個々に分割されたチップをリードフレームに実装し、樹脂で封止してＬＥＤ（発光ダイオード）を作製する。

【0132】

作製したＬＥＤについて、発光出力を測定し、各サイズについてサファイア基板の厚さが８５μｍの場合の発光出力を１００［％］としたときの、各厚さにおける出力比を計算する。その結果を表２に示す。また、各サイズについて、サファイア基板の厚さと出力比との関係を図１２に示す。

【0133】

【表2】

【0134】

表２および図１２に示すように、サファイア基板の厚さが１４０μｍ以上で高い出力を得ることができ、１６０μｍ〜１８０μｍで特に高い出力を得ることができる。

【符号の説明】

【0135】

１ サファイア基板
１ａ 主面
１ｂ 裏面
１ｃ オリエンテーションフラット（オリフラ）
２、２Ａ 発光素子部
３ 発光素子（半導体チップ）
４ 縦分割領域
５ 横分割領域
６ 主面割断溝
６ａ 第１底面
６ｂ 第２底面
７ 内部割断溝
８ 分割予定線
１０ サファイア結晶
１１ 凸部
１１ａ 頂部
２０ 半導体層（窒化物半導体層）
２１ ｎ側電極
２２ ｐ側電極
２３ ｎ型半導体層（ｎ型窒化物半導体層）
２４ 活性層
２５ ｐ型半導体層（ｐ型窒化物半導体層）
２６ 活性層領域
３０ レーザ光
３０ａ 集光点
３１ 集光レンズ
３２ 上側受けブロック（ブロック）
３３ 下側受けブロック（ブロック）
３４ 受けブロック（ブロック）
３５、３５Ａ ブレード
３６ 第１シート
３７ 第２シート
４１ 中央線
４２、５１ 割断起点
４３ 割断位置
１００、１００Ａ 半導体ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図10E】

【図10F】

【図11】

【図12】