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(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】6136908
(24)【登録日】2017年5月12日
(45)【発行日】2017年5月31日
(54)【発明の名称】発光素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/20 20100101AFI20170522BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20170522BHJP
【ＦＩ】
H01L33/20
H01L33/32
【請求項の数】4
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2013-256975(P2013-256975)
(22)【出願日】2013年12月12日
(65)【公開番号】特開2015-115483(P2015-115483A)
(43)【公開日】2015年6月22日
【審査請求日】2016年1月22日
(73)【特許権者】
【識別番号】000241463
【氏名又は名称】豊田合成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087723
【弁理士】
【氏名又は名称】藤谷 修
(72)【発明者】
【氏名】前田 将
(72)【発明者】
【氏名】松尾 大輔
(72)【発明者】
【氏名】野々山 晋
(72)【発明者】
【氏名】千賀 卓也
【審査官】
百瀬 正之
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−０４０５５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−３３８４６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−２３５８６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−１９２３７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−１６６７２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−２３５８６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１８１９０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１５５０６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−１１８４１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１３／１４１０３２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１２／１７３４１６（ＷＯ，Ａ２）
(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】
サファイア基板上にIII 族窒化物半導体からなる発光素子の素子構造を複数形成し、レーザーの照射によりドット状の改質部を前記サファイア基板中に複数形成し、その改質部に物理的な力を加えることによって前記サファイア基板を分割し、それにより各前記素子構造ごとに分離する発光素子の製造方法において、
前記素子構造は、光出力が第１の所定値となるように設計して形成し、
その後のレーザー照射において、前記素子構造から前記改質部までの深さを０〜１５μｍの範囲で制御することによって、各前記素子構造の光出力が、前記第１の所定値よりも小さな第２の所定値となるように制御する、
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
前記素子構造は、光出力が第１の所定値となるように設計して形成し、
その後のレーザー照射において、前記素子構造から前記改質部までの深さを０〜１５μｍの範囲で制御することによって、各前記素子構造の光出力が、前記第１の所定値よりも小さな第２の所定値となるように制御する、
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項2】
前記素子構造から前記改質部までの深さを０〜１５μｍの範囲で制御することによって、その深さの低下に対して前記発光素子の光出力が線形に低下するよう制御する、
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。
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】
前記改質部は、前記素子構造から前記改質部までの深さが０〜１５μｍの範囲において、深さを変えて２以上形成する、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】
深さの異なる前記改質部同士が重ならないようにした、ことを特徴とする請求項３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、III 族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法に関する。特に光出力の制御を容易に可能とするものである。
【背景技術】
【0002】
従来、III 族窒化物半導体からなる発光素子の光出力を抑える方向に制御したい場合には、半導体層や電極構造の変更など素子構造自体を変更することにより光出力を抑えている。たとえば、ｐ層上に形成するＩＴＯからなる透明電極について、スパッタ法による形成から蒸着法による形成に変更したり、あるいは素子間を分離する溝の幅を広げて素子面積を小さく変更したりすることで光出力を抑制している。
【0003】
一方、サファイア基板上にIII 族窒化物半導体からなる素子構造を形成後、各素子ごとにウェハを分割する方法として、レーザーを用いるレーザーダイシングが知られている（たとえば特許文献１、２）。サファイア基板へのレーザーの照射によって、サファイア基板中にドット状の改質部とそれに連続するクラックを発生させ、その後ブレーキングすることによってクラックを起点としてウェハの分割をする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１１−１８１９０９号公報
【特許文献2】ＷＯ２０１１／０９００２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来の光出力を抑制する制御方法では、素子構造と光出力の増減が対応しているため、目的の光出力を得るためには複数の構造変更が必要な場合があり、光出力の制御、特に微調整が難しく、また製造工程数が増大してしまう。さらに、製造工程自体の変更が必要であるため、製造工程の途中で光出力を評価して制御することが困難である。
【0006】
また、レーザーを用いたウェハ分割の方法と発光素子の光出力について、従来その関連性については知られていなかった。ところが、発明者らがレーザによるウェハ分割の技術について鋭意研究開発を重ねたところ、レーザーを用いたウェハ分割の方法と発光素子の光出力との間に所定の関連性を有することが明らかとなった。
【0007】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その目的は、III 族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において光出力の制御を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、サファイア基板上にIII 族窒化物半導体からなる発光素子の素子構造を複数形成し、レーザーの照射によりドット状の改質部をサファイア基板中に複数形成し、その改質部に物理的な力を加えることによってサファイア基板を分割し、それにより各素子構造ごとに分離する発光素子の製造方法において、素子構造は、光出力が第１の所定値となるように設計して形成し、その後のレーザー照射において、素子構造から改質部までの深さを０〜１５μｍの範囲で制御することによって、各素子構造の光出力が、第１の所定値よりも小さな第２の所定値となるように制御する、ことを特徴とする発光素子の製造方法である。
【0009】
素子構造から改質部までの深さを０〜１５μｍの範囲で制御することによって、発光素子の光出力を制御することが望ましい。特に、その深さの増加に対して発光素子の光出力が線形に増加するよう制御することが望ましい。深さがこの範囲であれば、深さの変化に対して光出力が大きく変化するため、深さによる光出力の制御が容易となる。また、線形に変化する範囲であれば、さらに容易に光出力を制御することができる。
【0010】
本発明により、以下のように制御することができる。素子構造の形成後レーザー照射前に、各素子構造の光出力を測定し、その後のレーザー照射において、その光出力の測定結果に基づき、素子構造から改質部までの深さを制御することによって、各素子構造の光出力が揃うよう制御する。この制御によって、同一のウェハ内の各発光素子の光出力のばらつきを抑えることができる。
【0011】
また、本発明により、以下のように制御することができる。素子構造は、光出力が第１の所定値となるように設計して形成し、その後のレーザー照射において、素子構造から改質部までの深さを制御することによって、各素子構造の光出力が第２の所定値となるように制御する。この制御により、光出力の値を素子構造の形成後においても他の値に調整することができる。たとえば、各需要者の要求ごとに光出力の値をカスタマイズして発光素子を製造することが容易となる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ウェハ上に素子構造を形成した後であっても、ウェハにレーザーを照射する時にレーザーの照射位置を調整することで発光素子の光出力を容易に調整することができる。特に光出力を微調整することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施例１の発光素子の構成を示した断面図。
【図2】実施例１の発光素子を上方から見た平面図。
【図3】実施例１の発光素子の製造工程を示した図。
【図4】実施例１の発光素子の製造工程を示した図。
【図5】サファイア基板１０の面方位と発光素子の配置との関係を示した図。
【図6】加工位置と光出力との関係を示したグラフ。
【図7】素子分離溝２２形成後の素子構造を上方から見た平面図。
【図8】実施例１の発光素子１を長辺側側面から見た図。
【図9】実施例１の発光素子１を短辺側側面から見た図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例1】
【0015】
まず、実施例１の発光素子１の構成を図１、２を参照に説明する。図１は、実施例１の発光素子１の構成を示した断面図である。また、図２は実施例１の発光素子１を上方から見た平面図である。図１は、図２におけるＡ−Ａでの断面図である。また、図２のように、実施例１の発光素子１は、平面視で長方形のフェイスアップ型素子である。
【0016】
実施例１の発光素子１は、図１、２のように、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上にｎ層１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ層１１ｃの順に積層された半導体層１１と、ｐ層１１ｃ上に位置する透明電極１２と、を有している。また、透明電極１２上、および溝底面に露出するｎ層１１ａ上に連続して位置する絶縁膜１５と、絶縁膜１５上にそれぞれ分離して位置するｐ電極１３、ｎ電極１４を有している。以下、各構成についてより詳しく説明する。
【0017】
サファイア基板１０は、ｃ面を主面とする。ただし、ｍ軸方向に０．３５°オフセットされている。また、サファイア基板１０のａ軸方向と、発光素子１の長辺方向とが揃えられている（図５参照）。サファイア基板１０は、ａ軸方向、つまりｍ面に沿った方向が分割しやすい。そこで、サファイア基板１０の面方位と発光素子１の配置とを図５のような関係とすることで、サファイア基板１０の分割を容易とするとともに、サファイア基板１０の分割位置のずれがより少なくなるようにしている。また、サファイア基板１０の表面（ｎ層１１ａが形成されている側の面）には、三角格子状に配列されたドット状の凹凸加工（図示しない）が施されている。この凹凸形状によって光取り出し効率を高めている。
【0018】
ｎ層１１ａは、基板１０側から順に、ｎ型コンタクト層、ｎ型ＥＳＤ層、ｎ型ＳＬ層が積層された構造である。ｎ型コンタクト層はｎ電極１１ａが接触する層である。ｎ型コンタクト層は、Ｓｉ濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上のｎ−ＧａＮからなる。ｎ型コンタクト層をキャリア濃度の異なる複数の層で構成することでｎ電極１１ａのコンタクト抵抗を低減することも可能である。ｎ型ＥＳＤ層は、素子の静電破壊を防止するための静電耐圧層である。ｎ型ＥＳＤ層は、ノンドープのＧａＮとＳｉドープのｎ−ＧａＮの積層構造である。ｎ型ＳＬ層は、ＩｎＧａＮと、ＧａＮと、ｎ−ＧａＮとを順に積層した構造を単位として、これを複数単位繰り返し積層した超格子構造を有するｎ型超格子層である。ｎ型ＳＬ層は、発光層１１ｂにかかる応力を緩和するための層である。
【0019】
発光層１１ｂは、ＩｎＧａＮからなる井戸層と、ＡｌＧａＮからなる障壁層とを繰り返し積層したＭＱＷ構造である。井戸層と障壁層との間に、Ｉｎの蒸発を防ぐためのバリア層を設けてもよい。
【0020】
ｐ層１１ｃは、発光層１１ｂ側から順に、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が積層された構造である。ｐ型クラッド層は、電子がｐ型コンタクト層側に拡散するのを防止するための層である。ｐ型クラッド層は、ｐ−ＩｎＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮを順に積層した構造を単位として、これを複数回繰り返し積層させた構造である。ｐ型コンタクト層は、ｐ電極１３がｐ層１１ｃに良好にコンタクトをとるために設ける層である。ｐ型コンタクト層は、Ｍｇ濃度が１×１０19〜１×１０22／ｃｍ3 で厚さ１００〜１０００Åのｐ−ＧａＮからなる。
【0021】
なお、ｎ層１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ層１１ｃの構成は、上記記載の構成に限るものではなく、従来、III 族窒化物半導体からなる発光素子１に用いられている任意の構成を採用することができる。
【0022】
透明電極１２は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる。それ以外にも、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）、などの発光波長に対して透光性を有した導電性酸化物を材料として用いることができる。透明電極１２の表面に凹凸形状を設け、光取り出し効率を向上させてもよい。
【0023】
絶縁膜１５は、溝の底面に露出するｎ層１１ａ表面から透明電極１２表面にかけて覆うようにして形成されている。絶縁膜１５は、ＳｉＯ2 からなる。ＳｉＯ2 以外にも、ＳｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 などを用いることができる。また、絶縁膜１５の所定の位置に孔２１が設けられ、絶縁膜１５を貫通している。この孔２１は、後に説明するようにｐ電極１３、ｎ電極１４の配線状部１３ｂ、１４ｂによって埋められている。
【0024】
絶縁膜１５中であって、平面視においてｐ電極１３、ｎ電極１４に重なる領域には、反射膜１６が設けられている。反射膜１６は絶縁膜１５中にあるため、電気的に絶縁されており、マイグレーションが防止される。この反射膜１６は、ｐ電極１３、ｎ電極１４方向へ向かう光を反射させることでｐ電極１３、ｎ電極１４による光の吸収を抑制し、これにより発光素子１の発光効率を向上させるために設けるものである。
【0025】
反射膜１６は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｌ合金、Ａｇ合金など、ｐ電極１３やｎ電極１４の材料よりも反射率の高い材料からなる。反射膜１６は単層としてもよいし多層としてもよい。多層とする場合、Ａｌ合金／Ｔｉ、Ａｇ合金／Ａｌ、Ａｇ合金／Ｔｉ、Ａｌ／Ａｇ／Ａｌ、Ａｇ合金／Ｎｉなどを用いることができる。ここで記号「／」は、積層を意味し、Ａ／ＢはＡを成膜した後Ｂを成膜した積層構造であることを意味する。以下においても材料の説明において「／」を同様の意味で用いる。反射膜１６と絶縁膜１５との密着性を向上させるために、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌなどの薄膜を、反射膜１６と絶縁膜１５との間に設けてもよい。また、反射膜１６として、誘電体多層膜を採用することもできる。
【0026】
ｐ電極１３は、パッド部１３ａ、配線状部１３ｂ、コンタクト部１３ｃ、によって構成されている。コンタクト部１３ｃは、Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌからなり、パッド部１３ａおよび配線状部１３ｂは、Ｔｉ／Ａｕ／Ａｌからなる。
【0027】
パッド部１３ａは、絶縁膜１５上に位置した円形の領域であり、ワイヤと接続される領域である。配線状部１３ｂは、絶縁膜１５上に位置し、パッド部１３ａから延びる配線状の部分であり、配線状とすることで電流を面方向に拡散させるものである。また、配線状部１３ｂは、絶縁膜１５に設けられた孔２１の内部にも形成されている。コンタクト部１３ｃは、透明電極１２上に設けられた複数のドット状の円形の領域である。また、コンタクト部１３ｃは、絶縁膜１５に設けられた孔２１を介して、配線状部１３ｂと接続されている。このコンタクト部１３ｃは、ｐ電極１３と透明電極１２とが良好にコンタクトをとるために設けるものである。なお、孔２１とコンタクト部１３ｃは、平面視で同一形状である必要はなく、平面視において孔２１がコンタクト部１６ｃに含まれる形状であればよい。
【0028】
ｐ電極１３の平面パターンを説明する。図２のように、パッド部１３ａは、一方の短辺中央近傍に位置している。そのパッド部１３ａから、２本の直線状の配線状部１６ｂが延びている。配線状部１６ｂは、一方の長辺近傍に、その長辺に沿って延びる直線状の部分と、他方の長辺近傍に、その長辺に沿って延びる直線状の部分とを有している。その直線状部分は、孔２１によって面垂直方向に分岐していて、その分岐端で円形のコンタクト部１６ｃに接続している。
【0029】
ｎ電極１４は、ｐ電極１３と同様に、パッド部１４ａ、配線状部１４ｂ、コンタクト部１４ｃによって構成されていて、それぞれの部分の役割もｐ電極１３の場合と同様である。図２のように、パッド部１４ａは、パッド部１３ａが位置する側とは反対側の短辺中央近傍に位置している。そして、パッド部１４ａから一本の直線状の配線状部１４ｂが長辺に沿って延びていて、配線状部１３ｂの２本の直線状の間に位置している。また、ｎ電極１４のパッド部１４ａ、配線状部１４ｂは、ｐ電極１３のパッド部１３ａ、配線状部１３ｂと同一材料で構成され、コンタクト部１４ｃはコンタクト部１３ｃと同一材料で構成されている。
【0030】
ｐ電極１３のうちパッド部１３ａを除く領域、およびｎ電極１４のうちパッド部１４ａを除く領域は、保護膜２０が形成されている。電流のショートなどを防止するためである。
【0031】
次に、実施例１の発光素子１の製造工程を図３、図４を参照に説明する。最初に、図３を参照にサファイア基板１０上に素子構造を形成する工程を説明する。
【0032】
まず、表面に凹凸加工が施されたｃ面サファイア基板１０を用意する。サファイア基板１０は、厚さ１０００μｍ、直径６インチであり、側面にａ面が露出する第１のオリエンテーションフラット２５と、その第１のオリエンテーションフラット２５から時計回りに９０°の位置に、側面にｍ面が露出する第２のオリエンテーションフラット２６が設けられたものである（図５参照）。第１のオリエンテーションフラット２５、第２のオリエンテーションフラット２６を利用して、載置する際のサファイア基板１０の面方位を調整し、サファイア基板１０上に形成する素子構造の方位との位置合わせをする。すなわち、サファイア基板１０のａ軸方向と、長方形である素子構造の長辺方向とを一致させる。そして、サファイア基板１０を水素雰囲気下で熱処理して表面に付着する不純物を除去する。
【0033】
次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、基板１０上にｎ層１１ａ、発光層１１ｂ、ｐ層１１ｃを順に積層し、半導体層１１を形成する（図３（ａ）参照）。原料ガスには、Ｇａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ａｌ源としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｎ源としてアンモニア、ｐ型ドーパントガスとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ｎ型ドーパントガスとしてシランを用いた。キャリアガスには水素と窒素を用いる。
【0034】
次に、ｐ層１１ｃ上の所定領域に、透明電極１２を形成する。透明電極１２は、スパッタによってＩＴＯ膜を形成後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによってパターン形成する。その後、１０Ｐａ以下の減圧窒素雰囲気下、７００℃で５分間、熱処理を行い、ｐ層１１ｃをｐ型化するとともに透明電極１２を結晶化させて低抵抗化する。なお、熱処理は常圧で行ってもよい。
【0035】
次に、ｐ層１１ｃ表面の所定の領域をドライエッチングして溝を形成し、溝の底面にｎ層１１ａを露出させる。そして、透明電極１２上の所定領域にｐ電極１３のコンタクト部１３ｃ、溝底面に露出するｎ層１１ａ上の所定領域にｎ電極１４のコンタクト部１４ｃを形成する（図３（ｂ）参照）。コンタクト部１３ｃ、１４ｃは、フォトリソグラフィ、蒸着、リフトオフによってパターン形成する。コンタクト部１３ｃ、１４ｃを同一材料として同時に形成することで製造工程を簡略化でき、製造コストを低減することができる。もちろん、別々に形成してもよい。その後、２５Ｐａの減圧酸素雰囲気下、５５０℃で５分間熱処理を行い、コンタクト部１３ｃ、１４ｃをアロイ化した。
【0036】
次に、上方全面を覆うようにして、内部に反射膜１６を有した絶縁膜１５を形成する（図３（ｃ）参照）。絶縁膜１５は、たとえば以下のようにして形成する。まず、ＣＶＤ法によって上方全面に第１絶縁膜を形成する。そして、第１絶縁膜上の所定領域（ｐ電極１３、ｎ電極１４に平面視で重なる領域）に、蒸着、フォトリソグラフィ、エッチングによって反射膜１６を形成する。次に、ＣＶＤ法によって、第１絶縁膜上および反射膜１６上に第２絶縁膜を形成し、第１絶縁膜と第２絶縁膜とで一体の絶縁膜１５とする。以上により、内部の所定領域に反射膜１６を有する絶縁膜１５を形成することができる。
【0037】
次に、絶縁膜１５の所定領域（コンタクト部１３ｃ、１４ｃの上部にあたる領域）をドライエッチングして絶縁膜１５を貫通する孔２１を形成する。孔２１の底面にはコンタクト部１３ｃ、１４ｃが露出する。そして、絶縁膜１５上であって反射膜１６の上部にあたる領域に、フォトリソグラフィ、蒸着、リフトオフによって、ｐ電極１３のパッド部１３ａ、配線状部１３ｂ、およびｎ電極１４のパッド部１４ａ、配線状部１４ｂを形成する。ここで、配線状部１３ｂ、１４ｂは孔２１内部も埋めるようにして形成し、孔２１内部で配線状部１３ｂとコンタクト部１３ｃ、および配線状部１４ｂとコンタクト部１４ｃが接続するようにする（図３（ｄ）参照）。
【0038】
次に、パッド部１３ａ、１４ａを除く全面に、ＣＶＤ法、フォトリソグラフィ、ドライエッチングによって保護膜２０を形成する。
【0039】
続いて、図４を参照に、各発光素子１ごとにサファイア基板１０を分割する工程を説明する。なお、以下ではサファイア基板１０上に形成され、素子分離溝２２によって区画された部分（半導体層１１、透明電極１２、ｐ電極１３、ｎ電極１４、絶縁膜１５、反射膜１６、保護膜２０）をまとめて素子構造２と呼ぶこととし、図４中においても一まとめにして図示する。
【0040】
次に、ドライエッチングによって長方形の格子状のパターンに素子分離溝２２を形成する（図４（ａ）、図７参照）。素子分離溝２２はｎ型層１１ａのｎ型コンタクト層が露出するまで行い、これにより半導体層１１を各発光素子１ごとに区画する。また、素子分離溝２２の格子の長辺方向がサファイア基板１０のａ軸方向、短辺方向がサファイア基板１０のｍ軸方向となるようにする。素子分離溝２２の深さは、サファイア基板１０表面が露出するまでとする。また、素子分離溝２２の幅は２０〜３８μｍとする。
【0041】
次に、素子構造２の表面側にテープ２３を貼り合わせる（図４（ｂ）参照）。テープ２３は分割された部分が保持されるようにするものである。このテープ２３による保持により、たとえば、発光素子１の長辺方向に沿って分割後、短辺方向に沿って分割するまでの間にサファイア基板１０の位置がずれてしまわないようにしている。
【0042】
次に、サファイア基板１０をステージ（図示しない）上に載置する。素子構造２側をステージ側とする。ステージは３次元的にサファイア基板１０を移動可能とするものである。そして、ステージによってサファイア基板１０を移動させることで、サファイア基板１０裏面側からレーザーを素子分離溝２２のパターンに沿って走査して照射する。レーザーはパルスレーザーであり、波長１０４０ｎｍでパルス幅が８００ｆｓ、パルスの周期が１００ｋＨｚ、出力０．３Ｗである。レーザーには、フェムト秒レーザーであるＹＡＧレーザーや、ナノ秒レーザー、ピコ秒レーザー、などを用いることができる。また、レーザーは対物レンズを通して照射し、サファイア基板１０内部の所定の位置に集光するよう対物レンズを制御する。
【0043】
このレーザー照射によって、サファイア基板１０内部であって、レーザーが集光する位置に改質部１７を形成する（図４（ｃ）参照）。改質部１７は、結晶であるサファイア基板１０の一部領域が非晶質となったものである。改質部１７はドット状であり、レーザーの走査によってそのドットが素子分離溝２２の格子状パターンに配列される。ドットの形状は、長軸方向がサファイア基板１０主面に垂直な方向の楕円をその長軸を回転軸として回転させた細長い回転楕円体状の形状である。その長軸の長さは２６〜３２μｍ、短軸の長さは２〜５μｍである。
【0044】
改質部１７の形成に伴い、その改質部１７からサファイア基板１０主面に垂直な方向、および格子状パターンに沿った水平方向にクラック２４が生じる。このクラック２４によって、後のサファイア基板１０の分割が容易になる。
【0045】
なお、レーザーの波長は５３２〜１０５５ｎｍ、パルス幅は４００ｆｓ〜６００ｐｓ、出力は０．１８〜０．５Ｗ、とすることが望ましい。これらの範囲とすることで改質部１７の形成が容易となり、サファイア基板１０の分割がより容易となる。さらに望ましくは、レーザーの波長を１０３５〜１０５５ｎｍ、パルス幅を４００〜１２００ｆｓ、出力を０．１８〜０．２１Ｗとすることである。
【0046】
また、レーザーの照射は、集光する深さを２段階に変えて行う。深さの制御は、対物レンズの位置をサファイア基板１０に対して主面垂直方向に移動させることで行う。まず、深さＤ１（μｍ）の位置に集光するようにした状態で、素子分離溝２２の格子状パターンに走査し、第１改質部１７ａを形成する。その後深さＤ２（μｍ）の位置に集光するようにして素子分離溝２２の格子状パターンに走査し、第２改質部１７ｂを形成する。なお、深さは、半導体層１１裏面（サファイア基板１０側の面）から改質部１７までの距離で定義する。このように２段階の深さでレーザーを走査して第１改質部１７ａ、第２改質部１７ｂを形成することにより、サファイア基板１０主面に垂直な方向にクラック２４が連続して伸びるため、サファイア基板１０の分割がより容易となる。
【0047】
なお、レーザーを照射する深さは上記のように２段階に限らず、１段階のみであってもよいし、３段階以上としてもよい。サファイア基板１０が十分に薄い場合、サファイア基板１０を研磨して十分に薄くする場合などには１段階であってもよいし、サファイア基板１０が厚い場合には深さを変えて３段階以上であってもよい。
【0048】
第１改質部１７ａと第２改質部１７ｂとの深さの差は、７５〜１１０μｍとすることが望ましい。クラック２４が基板主面垂直方向に連続しやすくなり、サファイア基板１０の分割がより容易となるためである。
【0049】
第１改質部１７ａの形成時と第２改質部１７ｂの形成時とでレーザーの走査速度を変えて、第１改質部１７ａのドット間隔は１０μｍ、第２改質部１７ｂのドット間隔は６μｍとする。このように第１改質部１７よりも遠い第２改質部１７ｂのドット間隔を、第１改質部１７ａのドット間隔よりも狭くすることで、クラック２４同士が連続しやすくし、サファイア基板１０の分割がより容易になるようにしている。
【0050】
なお、第１改質部１７ａ、第２改質部１７ｂのドット間隔は上記値に限るものではないが、次のような値とすることが望ましい。第１改質部１７ａ、第２改質部１７ｂのドット間隔は５〜１２μｍとすることが望ましい。ドット間隔をこのような範囲とすることで、サファイア基板１０主面に平行な方向にクラック２４が連続しやすくなり、サファイア基板１０の分割がより容易となる。
【0051】
また、レーザーを２段階の深さで格子状パターンに走査する順番は任意の順番としてよい。ただし、長辺方向を先に走査することが望ましい。たとえば、深さＤ１で長辺方向をストライプ状に走査した後、深さＤ２で長辺方向をストライプ状に走査し、その後、短辺方向についても同様に走査してもよい。また、長辺方向のある列について深さＤ１、Ｄ２の順に深さ方向に走査した後、他の列を走査するのを繰り返して深さＤ１、Ｄ２のストライプ状に走査し、その後短辺方向について同様に走査してもよい。また、上の２つの例示において、先に深さＤ２で走査した後に深さＤ１で走査してもよい。
【0052】
第１改質部１７ａの深さＤ１は、０〜１５μｍの範囲とする。また、第２改質部１７ｂの深さＤ２は１５μｍよりも深い範囲とする。ここで、第１改質部１７ａの深さＤ１を０〜１５μｍの範囲で増加させると、発光素子１の光出力は線形に増加する。一方、第２改質部１７ｂの深さＤ２を１５μｍよりも深い範囲で変化させても、発光素子１の光出力にはほとんど変化がない。そこで、第１改質部１７ａの深さＤ１の変化に対する発光素子１の光出力の変化の割合を事前に計測しておけば、その変化割合をもとに第１改質部１７ａの深さＤ１を０〜１５μｍの範囲で変化させることで、発光素子１の光出力を制御することができる。この光出力の制御方法では、従来のように素子構造２を変化させる必要がないため、効率的で簡便である。
【0053】
これにより、たとえば、同一ウェハ内の各発光素子１の光出力のばらつきを抑える制御が可能となる。それは次のように制御すればよい。まず、素子分離溝２２を形成して半導体層１１を各素子ごとに分離した後に、各素子構造２の光出力の分布を測定する。次に、レーザーを走査して第１改質部１７ａを形成する際に、各素子構造２ごとに第１改質部１７ａの深さＤ１を０〜１５μｍの範囲で変化させ、各素子構造２の光出力を所定の割合変化させる。以上により、同一ウェハ内の各発光素子の光出力のばらつきを抑えることができる。
【0054】
また、同一ウェハ内の各素子構造２の光出力が所定値となるように設計して形成した後、レーザー照射の段階で同様に深さＤ１を０〜１５μｍの範囲で変化させることで、光出力を他の値に変更することも可能である。これは、たとえば、各需要者の要求ごとに光出力の値をカスタマイズして発光素子１を製造する場合に有効である。素子構造２の形成工程までは共通の工程とすることができるためである。
【0055】
第１改質部１７ａの深さＤ１によって発光素子１の光出力の制御が可能である理由は、以下のように推察できる。
【0056】
第１改質部１７ａは、非晶質となったサファイアであるから、結晶であるサファイア基板１０の他の部分よりも屈折率が低くなっている。そのため、サファイア基板１０内部から発光素子１の側面方向に進む光の一部は、サファイア基板１０の結晶部分と第１改質部１７ａとの界面において反射され、素子内部へと戻される。つまり、第１改質部１７ａがなければ発光素子１側面から素子外部へと取り出されたはずの光の一部は、第１改質部１７ａの存在によって反射されて発光素子１内部へと戻される。ゆえに、第１改質部１７ａの形成により光取り出し効率が低下し、光出力は低下する。半導体層１１に近いほど発光素子１側面に向かう光の成分が多いため、第１改質部１７ａの深さＤ１が半導体層１１に近いほど光出力は大きく低下する。一方で、半導体層１１から遠いと発光素子１側面に向かう光成分は大きく減少し、第１改質部１７ａの形成は光取り出し効率にあまり影響しない。第２改質部１７ｂの深さＤ２が発光素子１の光出力にあまり影響しないのはこの理由による。そこで、第１改質部１７ａの深さＤ１の制御を０〜１５μｍの範囲とすることで、効率的な光出力の制御を可能としている。
【0057】
なお、実施例１では第１改質部１７ａは深さＤ１が０〜１５μｍの範囲に１つ形成しているが、０〜１５μｍの範囲において互いに深さＤ１が異なる２以上の第１改質部１７ａを形成してもよい。この場合、さらに光出力を低下させることができ、その低下率は、およそ各第１改質部１７ａの低下率を掛け合わせた値となる。たとえば、Ｄ１＝２０μｍのときの光出力に対し、深さ５μｍで３．６％低下し、深さ１０μｍで２．６％低下する場合、深さ５μｍと１０μｍの両方に第１改質部１７ａを形成した場合には、光出力は（１−０．０３６）×（１−０．０２６）×１００％となるので、低下率はおよそ６．１％である。このように、深さＤ１の異なる複数の第１改質部１７ａを形成すると光出力の制御できる範囲をより広げることができる。ただし、第１改質部１７ａを複数形成する場合、深さＤ１の異なる第１改質部１７ａ同士が重ならないようにすることが難しくなり、素子の電気的特性や信頼性に影響を及ぼす可能性がある点には留意する。
【0058】
次に、サファイア基板１０の裏面に厚さ２０μｍのＰＥＴからなるセパレータフィルム２８を貼り付ける。セパレータフィルム２８は、次工程のサファイア基板１０の分割時に加工装置などの設備を保護したり、チップが飛んだりするのを防止する目的である。
【0059】
次に、押し刃２７を素子分離溝２２底面に露出するｎ型層１１ａのｎ型コンタクト層に押し当て、機械的な力を加えることによって、サファイア基板１０を分割し、これによって各発光素子１ごとに分離させる（図４（ｄ）参照）。このとき、サファイア基板１０内部には、素子分離溝２２の格子状パターンに沿って主面垂直方向に、改質部１７の形成に伴うクラック２４が走っている。そのため、クラック２４を起点として容易にサファイア基板１０が主面垂直方向に分割される。以上のようにして、実施例１の発光素子１が個々に分割される。
【0060】
図８、９は上記の方法によって製造された発光素子１を側面から見た図である。図８、９のように、サファイア基板１０側面には、深さＤ１の位置には１０μｍの間隔で主面に平行な方向に直線状に配列された細長い楕円状の第１改質部１７ａが形成されており、深さＤ２の位置には６μｍの間隔で主面に平行な方向に直線状に配列された細長い楕円状の第２改質部１７ｂが形成されている。これらは、サファイア基板１０内部に存在していた第１改質部１７ａ、第２改質部１７ｂが、サファイア基板１０の分割によって側面に露出したものである。なお、サファイア基板１０の長辺側側面はｍ面、短辺側側面はａ面である。このサファイア基板１０側面に深さＤ１で形成された第１改質部１７ａが、発光素子１の光出力に影響しているものと考えられる。
【0061】
なお、上記の素子分離溝２２の格子状パターンにブレーキングする際、長辺方向を先に行い、後に短辺方向を行うことが望ましい。サファイア基板１０はａ軸方向の方が分割しやすく、先に長辺方向を行うことで、後の短辺方向の分割位置のずれが少なくなるためである。また、素子分離溝２２底面のサファイア基板１０に物理的な力を加える手段であれば、押し刃２７以外を用いてもよい。
【0062】
図６は、第１改質部１７ａの位置と光出力との関係を示したグラフである。第１改質部１７ａについては深さＤ１（μｍ）を変化させて形成し、第２改質部１７ｂは深さＤ２を１００μｍに固定して形成した場合である。横軸は、半導体層１１裏面（サファイア基板１０側の面）から第１改質部１７ａまでの深さＤ１（μｍ）を示し、縦軸は発光素子１の相対光出力Ｐ０（％）を示している。相対光出力Ｐ０はＤ１を２０μｍとした場合を１００％とした相対値である。また、下記表１に相対光出力Ｐ０と実際の光出力Ｐ（ｍＷ）との対応を示す。
【0063】
【表1】
【0064】
図６のように、深さＤ１が０〜１５μｍの範囲では、深さＤ１の増加に伴い相対光出力Ｐ０は線形に大きく増加しており、およそＰ０＝０．００３・Ｄ１＋０．９６３の関係がある。一方、深さＤ１が１５μｍを越えると、深さＤ１の増加に伴い相対光出力Ｐ０は若干増加するだけで、相対光出力Ｐ０はほとんど一定となっている。
【0065】
したがって、深さＤ１を０〜１５μｍの範囲で変化させることにより、相対光出力Ｐ０を線形に大きく変化させることが可能であり、容易に光出力の制御が可能である。特に、直線の傾き（Ｄ１の変化に対するＰ０の変化の割合）の値０．００３から、相対光出力を所定量変化させるために、Ｄ１を基準値からどれくらい変化させればよいかが容易にわかり、光出力を揃えるなどの制御を簡易に行うことができる。
【0066】
なお、実施例１はフェイスアップ型の発光素子であったが、本発明はフェイスアップ型に限るものではなく、任意の構成の発光素子に適用することができる。たとえば、フリップチップ型の発光素子においても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明により製造される発光素子は、照明装置、表示装置などの光源にとして利用することができる。
【符号の説明】
【0068】
１０：サファイア基板１１：半導体層
１１ａ：ｎ層
１１ｂ：発光層
１１ｃ：ｐ層
１２：透明電極
１３：ｐ電極
１４：ｎ電極
１５：絶縁膜
１６：反射膜
１７：改質部
１７ａ：第１改質部
１７ｂ：第２改質部
２１：孔
２２：素子分離溝
２３：テープ
２４：クラック
２７：押し刃