JP2009245967A - ＺｎＯ系半導体装置の製造方法及びＺｎＯ系半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばＺｎＯ系半導体発光素子の良好な分割に適したＺｎＯ系半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ＺｎＯ系半導体装置の製造方法は、ウルツァイト構造を持ち、上面が＋Ｃ面で下面が−Ｃ面であるＺｎＯ系半導体部材の−Ｃ面にスクライブ溝を形成するスクライブ工程と、＋Ｃ面の、スクライブ溝の上方の位置に劈開用部材を押し当てて、ＺｎＯ系半導体部材を割るブレーキング工程とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＺｎＯ系半導体装置の製造方法及びＺｎＯ系半導体装置に関し、例えば、発光に適したＺｎＯ系半導体装置の製造方法及びＺｎＯ系半導体装置に関する。

一般に、発光素子は、基板面内に並べて多数個同時形成された後、例えばスクライブ及びブレーキングにより個々の発光素子に分割される。通常の素子分割方法として、発光素子が形成された側の各発光素子間の隙間にスクライブ溝を形成し、その裏面側よりナイフエッジで加圧劈開する。サファイア基板上に形成された窒化ガリウム系半導体発光素子について、このような分割方法が、例えば特許文献１に開示されている。

この方法では、各発光素子間に形成したスクライブ溝の底から劈開を進行させて、各発光素子の端面を画定できる。端面が発光素子の発光層を横切って発光素子が損傷される不具合が防止される。

特許文献２は、サファイア基板上の窒化ガリウム系半導体発光素子について、他の素子分割方法を開示する。特許文献２では、発光素子が形成された側の各発光素子間に割り溝をエッチングで形成し、その裏面側にスクライブ溝を形成して素子分割を行い、発光素子が形成された側の端面の位置が、割り溝内に配置されるようにしている。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、例えば、高効率な発光材料として期待されており、ＺｎＯ系半導体を用いた発光素子が提案されている。ウルツァイト構造のＣ面ＺｎＯ基板上にＺｎＯ系半導体発光素子を形成する場合、−Ｃ面（Ｏ面）側よりも＋Ｃ面（Ｚｎ面）側に形成することが望ましい。例えば、ＺｎＯの結晶特性から、−Ｃ面側は酸溶液等によるエッチングレートが非常に高く素子形成が困難であり、＋Ｃ面側はエッチングレートが低く素子形成しやすい（特願２００７−２９１５９１号参照）。また例えば、特許文献３に開示されているように、成長面を＋Ｃ面とする場合、成長面を−Ｃ面とする場合に比べて、ｐ型不純物ＮのＺｎＯ結晶への添加濃度を高くでき、良好な発光素子を形成しやすい。

特許第２７４８３５４号公報 特許第２７８０６１８号公報 特開２００２−３２６８９５号公報

本願発明者らの研究により、Ｃ面ＺｎＯ基板上の＋Ｃ面上にＺｎＯ系半導体発光素子を形成したとき、発光素子側にスクライブ溝を形成し、その裏面側からブレーキングを行うと、スクライブ溝のチッピングが酷く、また、スクライブ溝底から劈開が進行せずに、発光層を横切って劈開が生じ、発光素子が損傷する不具合が発生しやすいことがわかった。

本発明の一目的は、例えばＺｎＯ系半導体発光素子の良好な分割に適したＺｎＯ系半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、このようなＺｎＯ系半導体装置の製造方法で得ることができる、良好に分割されたＺｎＯ系半導体装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、ウルツァイト構造を持ち、上面が＋Ｃ面で下面が−Ｃ面であるＺｎＯ系半導体部材の前記−Ｃ面にスクライブ溝を形成するスクライブ工程と、前記＋Ｃ面の、前記スクライブ溝の上方の位置に劈開用部材を押し当てて、ＺｎＯ系半導体部材を割るブレーキング工程とを有するＺｎＯ系半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の観点によれば、ウルツァイト構造を持つＺｎＯ系半導体からなり、上面が＋Ｃ面で下面が−Ｃ面であり、該−Ｃ面側の縁にスクライブ溝が形成され、該＋Ｃ面側から荷重劈開によるブレーキングで割られて端面が形成された第１の部分と、前記第１の部分の前記＋Ｃ面の縁から内側に引き下がった領域上に配置され、第１の導電型を有する第１のＺｎＯ系半導体層、及び該第１のＺｎＯ系半導体層上方に形成され前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２のＺｎＯ系半導体層を含む第２の部分とを有するＺｎＯ系半導体装置が提供される。

ウルツァイト構造のＺｎＯ系半導体部材の−Ｃ面にスクライブ溝を形成し、反対の＋Ｃ面側から加圧劈開を行うと、例えば、スクライブ溝底に深さ方向に派生クラックが生じやすく、分割された部材の端面の位置を、スクライブ溝底を通るように制御しやすい。

まず、ウルツァイト構造の酸化亜鉛（ＺｎＯ）結晶について説明する。

図１（Ａ）に、ウルツァイト構造の面方位を示す。Ｃ面（０００１）、Ａ面（１１−２０）、Ｍ面（１０−１０）等の結晶面が存在する。Ｃ面に対し、Ａ面及びＭ面が直交する。また、Ｃ面とＡ面（Ｍ面）に直交する面はＭ面（Ａ面）である。

図１（Ｂ）に、ウルツァイト構造のＺｎＯ結晶のｃ軸＜０００１＞方向の原子配置を示す。黒丸がＺｎ原子を示し、白丸がＯ原子を示す。Ｏ原子の並ぶＯ原子面（Ｏ面）とＺｎ原子の並ぶＺｎ原子面（Ｚｎ面）とがｃ軸方向に交互に積層されており、ウルツァイト構造のＺｎＯ結晶のＣ面は、Ｚｎ面である＋Ｃ面と、Ｏ面である−Ｃ面とに分類される。ｃ軸方向の一端側が＋Ｃ面となり、その反対側が−Ｃ面となる。なお、Ｚｎ面である＋Ｃ面側が＋δ正に分極し、Ｏ面である−Ｃ面側が−δ負に分極している。

図１（Ｃ）に、Ｃ面ＺｎＯ基板の概略斜視図を示す。Ｃ面ＺｎＯ基板は、一方の面に＋Ｃ面が露出し、その裏面に−Ｃ面が露出するＺｎＯ基板である。

次に、実施例のＺｎＯ系半導体発光素子に用いる発光ダイオード（ＬＥＤ）動作層付きＺｎＯ系半導体基板（以下単に、動作層付き基板と呼ぶこともある）の構成例について説明する。なお、ＺｎＯ系半導体とは、少なくともＺｎとＯとを含むものとする。

図２は、動作層付き基板の概略断面図である。支持基板１としてｎ型導電性で厚さ４００μｍのＣ面ＺｎＯ単結晶基板を用意する。Ｃ面ＺｎＯ基板１は、一方の面１１が＋Ｃ面であり、その裏面１０が−Ｃ面である。

Ｃ面ＺｎＯ基板１の＋Ｃ面１１上に、Ｃ面ＺｎＯ基板１側から、緩衝層として厚さ１０ｎｍのＺｎＯ層２、厚さ３００ｎｍのｎ型ＭｇＺｎＯ層３、不純物を添加しないＺｎＯ／ＭｇＺｎＯを厚さ２．５ｎｍ／７ｎｍで３ペア積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層４、及び、ｐ型不純物を添加した厚さ１００ｎｍのｐ型ＭｇＺｎＯ層５を積層して、動作層付き基板を作製した。

緩衝層２を例えば３００℃の低温で成長させ、ｎ型ＭｇＺｎＯ層３、発光層４、ｐ型ＭｇＺｎＯ層５を例えば６００℃〜８５０℃の高温で成長させる。なお、緩衝層２及びｎ型ＭｇＺｎＯ層３については、特にＧａ等のｎ型不純物をドープせずともｎ型の導電型を得ることができる。ｐ型ＭｇＺｎＯ層５に添加するｐ型不純物としては、Ｎが用いられる。今回用意した動作層付き基板は、ラジオ周波数（ＲＦ）プラズマガンにより酸素ラジカルを供給できるラジカルソース分子線エピタキシ（ＲＳ−ＭＢＥ）装置にて作製した。

緩衝層２〜ｐ型ＭｇＺｎＯ層５は、Ｃ面ＺｎＯ基板１の＋Ｃ面１１上に、成長面極性が＋Ｃ面となるようにエピタキシャル成長されている。動作層付き基板の最上面であるｐ型ＭｇＺｎＯ層５の表面１２が＋Ｃ面となっている。

発光素子等の半導体素子に適用可能な半導体積層構造は多様に存在するが、最低限必要な機能層は、ｐｎ接合を形成するｐ型層及びｎ型層の２層である。ただし、発光素子として用いられる場合、ｐ型層とｎ型層との間に発光層が挿入された構成が一般的である。ここでは代表的な例として、ｐ型層とｎ型層とが発光層を介して接合する構成を挙げている。また、発光層の例として、ＭＱＷ構造を挙げている。

緩衝層２、ｎ型ＭｇＺｎＯ層３、発光層４、及びｐ型ＭｇＺｎＯ層５の積層構造をまとめて、ＬＥＤ動作層６と呼ぶこととする。なお、動作層付き基板のＬＥＤ動作層６側（＋Ｃ面側）を上側または表側と呼び、ＺｎＯ支持基板１側（−Ｃ面側）を下側または裏側と呼ぶこととする。

ところで、ＭｇＯ結晶は、安定結晶構造として立方晶構造の岩塩構造を取る。対して、ＺｎＯ結晶は、六方晶構造であるウルツァイト構造を取る。近年の研究の結果、ＺｎＯ結晶とＭｇＯ結晶との混晶は、すなわち、ＺｎＯのＺｎがＭｇで置換されたＭｇＺｎＯ結晶は、Ｍｇ組成が１８％程度までは安定に六方晶構造を取り、準平衡状態ならＭｇ組成が５０％程度まで六方晶構造を保てるとの知見が得られている。

つまり、Ｍｇ_ｘＺｎ_{（１−ｘ）}Ｏは、Ｍｇ組成ｘが０≦ｘ＜０．５の範囲でウルツァイト構造にできる。用意した動作層付き基板では、ウルツァイト構造となるように、ＭｇＺｎＯのＭｇ組成を選択した（ｐ型ＭｇＺｎＯ層及びｎ型ＭｇＺｎＯ層のＭｇ組成比０．２、発光層のバリア層のＭｇＺｎＯ層の組成比０．１５）。また、動作層付き基板を成膜装置から取り出してから、後述のように個々の素子にするまでの工程（特に、電極の合金化・透明化工程のＲＴＡ処理）において、最高処理温度を５００℃以下に抑えた。

次に、本発明の第１の実施例によるＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法について説明する。上述のような動作層付き基板面内に、多数個並んだ同一構造の発光素子を同時形成し、個々の発光素子に分離する。

図３（Ａ）は第１の実施例の発光素子の概略上面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の１点鎖線ＡＡ’に沿った第１の実施例の発光素子の概略断面図であり、図３（Ｃ）は第１の実施例の発光素子の概略下面図である。なお、これらの図は、特に、１つの発光素子とその近傍を示す。

個々の発光素子の平面形状（ダイサイズ）は、一対の辺がａ軸＜１１−２０＞に平行で、他の一対の辺がｍ軸＜１０−１０＞に平行である正方形に設定され、一辺の長さは例えば４００μｍである。

まず、フォトリソグラフィーにより、ｐ型ＭｇＺｎＯ層５の上に、ｐ側電極２０の形状で開口したレジストマスクを形成する。ｐ側電極２０の平面形状は、例えば、一対の辺がａ軸に平行で、他の一対の辺がｍ軸に平行な正方形であり、一辺の長さは例えば２７０μｍである。

電子ビーム（ＥＢ）蒸着にて、Ｎｉを厚さ０．３ｎｍ〜１０ｎｍ積層し、さらにＡｕを厚さ５ｎｍ〜２０ｎｍ積層して、ｐ型ＭｇＺｎＯ層５上にｐ側電極２０を形成する。その後、リフトオフ法によりマスク開口部以外の電極材料を除去する。

なお、複数材料（例えばＮｉ、Ａｕ）が動作層付き基板側から積層された構造を、動作層付き基板側の材料ほど左側に配置して、Ｎｉ／Ａｕ等と記載することとする。

形成したｐ側電極２０を、ラピッドサーマルアニーラー（ＲＴＡ）にて、酸素雰囲気下で５００℃、３０秒熱処理し、合金化及びＮｉ／Ａｕ層の酸化透明化を行った。

次に、フォトリソグラフィーにより、ｐ側電極２０の上に、ｐ側電極パッド２１の形状で開口したレジストマスクを形成する。ｐ側電極パッド２１の平面形状は、例えば直径１００μｍの円形である。

ＥＢ蒸着で、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕを、１ｎｍ〜１０ｎｍ／１００ｎｍ／１０００ｎｍの厚みで積層して、ｐ側電極２０上にｐ側電極パッド２１を形成する。その後、リフトオフ法にてマスク開口部以外の蒸着材料を除去する。

次に、フォトリソグラフィーにより、ｐ側電極パッド２１及びｐ側電極２０を覆ってｐ型ＭｇＺｎＯ層５の上に、輪郭溝３０の形状で開口したレジストマスクを形成する。輪郭溝３０は、個々の発光素子の外形に沿った正方格子形状の溝であり、ｐｎ接合が配置された厚さ部分について、隣り合う発光素子同士を分離する。

ウエットエッチングにより、開口部のｐ型ＭｇＺｎＯ層５、発光層４、ｎ型ＭｇＺｎＯ層３、及び緩衝層２を取り除き、底面にＺｎＯ基板１の上面（＋Ｃ面）が露出する深さの輪郭溝３０を形成する。エッチャントとして、例えばエチレンジアミン四酢酸２ナトリウム（ＥＤＴＡ）とエチレンジアミン（ＥＤＡ）の１０：１混合溶液を用いることができる。次いで、レジストマスクを洗浄除去する。なお、輪郭溝３０形成のエッチングとして、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を用いることもできる。

輪郭溝３０形成により、ｐ型ＭｇＺｎＯ層５上面からＺｎＯ基板１上面までの厚さ部分が、各発光素子の設定された外形（一辺４００μｍの正方形）から内側に引き下がった形状に残される。残された動作層部分を、ＬＥＤ動作層部分７と呼ぶこととする。

ＬＥＤ動作層部分７の平面形状は、例えば、一対の辺がａ軸に平行で、他の一対の辺がｍ軸に平行な正方形であり、一辺の長さは例えば３００μｍである。輪郭溝３０の幅（隣り合う素子のＬＥＤ動作層部分７間の距離）が、例えば１００μｍである。

次に、動作層付き基板のＬＥＤ動作層側を保護基板に貼り付け、それを研削盤にセットし、元の厚さ４００μｍのＺｎＯ基板１を厚さ１７０μｍまで研削した。続けて研磨装置にて研削面が鏡面になるまで研磨材の番手を徐々に下げて（粒径を小さくして）磨き、厚さ約１５０μｍに仕上げた。

次に、フォトリソグラフィーにより、動作層付き基板のＺｎＯ基板１の裏面上に、ｎ側電極２２の形状で開口したレジストマスクを形成する。ｎ側電極２２の平面形状は、例えば、一対の辺がａ軸に平行で、他の一対の辺がｍ軸に平行な正方形であり、一辺の長さは例えば２７０μｍである。

ＥＢ蒸着でＴｉ／Ａｕを１０ｎｍ〜１００ｎｍ／３００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚みで積層して、ＺｎＯ基板１の裏面上にｎ側電極２２を形成する。その後、リフトオフ法にてマスク開口部以外の蒸着材料を除去する。

図３（Ｃ）に示すように、ＺｎＯ基板１の裏側では、隣り合う発光素子のｎ側電極２２の間に、ＺｎＯ基板１の−Ｃ面が露出する。−Ｃ面の露出領域３１は、ａ軸方向に細長い領域と、ｍ軸方向に細長い領域とが交差して構成される正方格子状である。

ａ軸方向に細長い領域の中心線が中心線３２ａであり、ｍ軸方向に細長い領域の中心線が中心線３２ｍである。隣接する２本の中心線３２ａと、隣接する２本の中心線３２ｍとが構成する正方形が、各発光素子の設定された外形と一致する。

次に、−Ｃ面の露出領域３１に、中心線３２ａに沿って、ａ軸方向に延在するスクライブ溝を形成するとともに、中心線３２ｍに沿って、ｍ軸方向に延在するスクライブ溝を形成する。

輪郭溝３０の正方格子状の底の、ａ軸方向に細長い部分の中心線が中心線３４ａであり、ｍ軸方向に細長い部分の中心線が中心線３４ｍである。輪郭溝３０の底の中心線３４が、基板１裏側の露出領域３１の中心線３２の垂直上方、つまりスクライブ溝の垂直上方に配置される。

次に、輪郭溝３０の底である＋Ｃ面に、中心線３４ａに沿ってブレーキング装置のナイフエッジを押し当て加圧劈開することにより、ｍ軸方向に関して素子分割するとともに、中心線３４ｍに沿ってナイフエッジを押し当て加圧劈開することにより、ａ軸方向に関して素子分割する。

スクライブ工程は、スクライブ溝を、輪郭溝の底の下方に、底の長さ方向に延在するように形成し、ブレーキング工程は、ナイフエッジを、輪郭溝の底に、底の長さ方向に沿って押し当てている。

ブレーキングにより、理想的には、ａ軸方向に延在する中心線３２ａ、３４ａを含むＭ面の劈開面と、ｍ軸方向に延在する中心線３２ｍ、３４ｍを含むＡ面の劈開面とが得られ、これらが各発光素子の設定上の端面となる。

次に、実施例のスクライブ及びブレーキングについてさらに説明するとともに、比較例のスクライブ及びブレーキングについて説明する。比較例は、第１の実施例と同様にして、動作層付き基板のＬＥＤ動作層側に、ｐ側電極、ｐ側電極パッド、及び輪郭溝を形成し、基板を研削・研磨し、さらに動作層付き基板の基板裏面にｎ側電極を形成する。その後のスクライブ及びブレーキングが第１の実施例と異なる。

まず、比較例のスクライブ及びブレーキングについて説明する。

図７（Ａ）は、比較例のスクライブ工程を説明するための概略断面図である。比較例では、基板１表側の＋Ｃ面が露出した輪郭溝３０の底の中心線３４に沿ってスクライブツール１４０の刃先を移動させて、スクライブ溝１３３を形成する。

スクライブツールのポイント（刃先）には幾種もの種類が存在する。ダイヤモンドの結晶構造で、刃先が３方向に付いた３ポイントツールと、刃先が４方向に付いた４ポイントツールとに分けられる。また、刃先に先端側を使うトゥポイントツールと、後端側を使うヒールポイントツールとに分けられる。

図８は、比較例のスクライブ溝を＋Ｃ面法線方向から観察した顕微鏡写真と、スクライブ溝の断面形状を示す概略断面図である。スクライブツールとして、３ポイントのトゥポイントツールを用い、刃先角７０°、刃先荷重１００ｇの条件でスクライブを行った。スクライブ溝１３３は、刃先軌跡の両脇でチッピングが酷く、またスクライブ溝底から派生クラックが発生しなかった。

図７（Ｂ）は、比較例のブレーキング工程を説明するための概略断面図である。基板１裏側の−Ｃ面露出領域３１に、中心線３２に沿ってナイフエッジ１４１を押し当て、ＺｎＯ基板１を荷重劈開して、各発光素子に分離する。図８に示したような、刃先軌跡の両脇でチッピングが酷く、またスクライブ溝底から派生クラックが発生していない状態でブレーキングを行うことに起因して、スクライブ溝から外れた位置にブレーキング切断面１５１が生じやすく、ブレーキング切断面１５１がＬＥＤ動作層部分７を横切って、ＬＥＤ動作層部分７が破壊されやすい。なお、ブレーキングで形成された断面を、ブレーキング切断面と呼ぶこととする。

なお、スクライブツールとして、４ポイントのヒールポイントツールを用い、刃先荷重５０ｇ〜１５０ｇの条件でスクライブを行った場合でも、傾向は略同様であり、ＬＥＤ動作層部分７が破壊されやすい。

次に、実施例のスクライブ及びブレーキングについて説明する。実施例では、比較例とは反対に、−Ｃ面側にスクライブ溝を形成し、＋Ｃ面側にナイフエッジを当てる。

図４（Ａ）は、実施例のスクライブ工程を説明するための概略断面図である。基板１裏側の−Ｃ面露出領域３１の中心線３２に沿ってスクライブツール４０の刃先を移動させて、スクライブ溝３３を形成する。スクライブ溝３３の底から基板厚さ方向（深さ方向）に派生クラック５０が形成される。

図５は、実施例のスクライブ溝を−Ｃ面法線方向から観察した顕微鏡写真と、スクライブ溝の断面形状を示す概略断面図である。スクライブツールとして４ポイントのヒールポイントツールを用い、刃先角５２°、刃先荷重１００ｇの条件でスクライブを行った。スクライブ溝３３は、刃先軌跡の両脇でチッピングが抑えられ、またスクライブ溝底から基板厚さ方向に派生クラック５０が形成されている。

なお、４ポイントのヒールポイントツールは、広い圧接面を必要とするが、基板裏面のｎ側電極側からは問題なく使える。また、ヒールポイントツールは、チッピングを抑えたスクライブに好適である。

図４（Ｂ）は、実施例のブレーキング工程を説明するための概略断面図である。輪郭溝３０の底の中心線３４に沿ってナイフエッジ４１を押し当て、ＺｎＯ基板１を荷重劈開して、各発光素子に分離する。図５に示したような、刃先軌跡の両脇でチッピングが抑えられ、またスクライブ溝３３の底から基板厚さ方向に派生クラック５０が形成された状態でブレーキングを行うことにより、派生クラック５０に沿ってブレーキング切断面５１が生じやすく、ブレーキング切断面５１の上端が輪郭溝３０の底内に現れやすい。これにより、ほぼ設定通りの外形となるように各発光素子が分割され、ＬＥＤ動作層部分７の破壊が防止される。

以上説明したように、実施例のスクライブ及びブレーキング方法は、−Ｃ面側にスクライブを行い＋Ｃ面側からブレーキングを行うことにより、＋Ｃ面側にスクライブを行い−Ｃ面側からブレーキングを行う方法に比べて、ＺｎＯ系半導体素子の良好な分割がしやすい。

なお、動作層付き基板の表側（ＬＥＤ動作層側）と裏側（基板側）とでスクライブ溝形成特性が同一であり、表側に形成したスクライブ溝の底にも基板厚さ方向の派生クラックが形成されるのならば、ブレーキングの際に、この派生クラックを通るブレーキング切断面が形成されやすく、ＬＥＤ動作層側の分割位置をスクライブ溝の位置と一致させることが容易となろう。このようにできるならば、ＬＥＤ動作層部分を横切ってブレーキング切断面が生成される問題が発生しないので、表側にスクライブを行い裏側からブレーキングを行う方がよいことになる。

ＧａＮもＺｎＯと同様にウルツァイト構造を取り、例えばＩｎＧａＮ系ＬＥＤではＣ面ＧａＮ基板が用いられる。Ｃ面ＧａＮ基板では、＋Ｃ面側と−Ｃ面側とでスクライブ溝形成特性が同様でありＬＥＤ動作層形成側に良好にスクライブを行いその裏側からブレーキングを行うことができる。

しかし、Ｃ面ＺｎＯ基板の＋Ｃ面側にＬＥＤ動作層を形成した場合は、上述のように、表側（ＬＥＤ動作層側）にスクライブを行い裏側（基板側）からブレーキングを行うと、スクライブ溝底に派生クラックが形成され難く、ブレーキング切断面がスクライブ溝から外れることにより、ＬＥＤ動作層が破損する懸念がある。

本願発明者らは、Ｃ面ＺｎＯ基板の−Ｃ面をスクライブした場合、＋Ｃ面をスクライブする場合よりも、チッピングの抑えられたタイトなスクライブ溝が形成されやすく、さらに、スクライブ溝の底に厚さ方向に派生クラックが形成されやすいことを見出した。なお、−Ｃ面では厚さ方向に（表面と垂直方向に）クラックが発生しやすいのに対し、＋Ｃ面では面内方向に（表面と平行方向に）クラックが発生しやすいこともわかった。

そして、Ｃ面ＺｎＯ基板の＋Ｃ面側にＬＥＤ動作層を形成したＺｎＯ系半導体素子に対し、−Ｃ面側にスクライブ溝を形成し、＋Ｃ面側にナイフエッジを当ててブレーキングを行うことにより、良好な素子分割が容易となることを見出した。なお、スクライブ応力による潜傷が、ＬＥＤ動作層形成側と反対側の基板表面付近に留まるため、ＬＥＤ動作層の動作不良を誘引する欠陥が生じ難いという利点もある。

ウルツァイト構造の結晶は、一般に、Ｍ面で劈開されやすく、Ａ面で劈開され難い。そのため、Ａ面に沿って劈開しようとするとき、Ａ面から逸れたブレーキング切断面となりやすい。そこで一般に、３ポイントのトゥポイントツールが用いられる。３ポイントツールは、結晶を押し広げる応力が強く、スクライブ溝からクラックを発生させやすい。

しかし、本願発明者らは、Ｃ面ＺｎＯ基板の−Ｃ面をスクライブする場合、３ポイントのトゥポイントツールよりも、４ポイントのヒールポイントツールの方が適していることを見出した。

４ポイントのヒールポイントツールは、ポイントの応力が面と垂直に入りやすい。これを例えば、刃先角度５２°、刃先荷重１００ｇの条件で用いることにより、−Ｃ面に対し垂直方向にクラックを導入しやすくした。４ポイントのヒールポイントツールは、また、チッピングの抑制にも効果的である。

なお、刃先角度（ツール設定角度）は５２°に限らず、５０°〜５４°の範囲とすることが好ましい。また、ＺｎＯ結晶はモース硬度が４と中程度なので、スクライブでの刃先荷重を１５０ｇ以上とするとチッピングが顕著になる。−Ｃ面のスクライブでは、刃先荷重８０ｇ〜１２０ｇの範囲が最適であった。

次に、輪郭溝の好適な幅について説明する。試験の結果、ｍ軸方向に延在するスクライブ溝によりＡ面の劈開面を得ようとする場合でも、ａ軸方向に延在するスクライブ溝によりＭ面の劈開面を得ようとする場合でも、スクライブ溝の底に生じたクラックの基板法線方向からの傾きは、１８°以上となることは少なかった。

従って、図３（Ｂ）に示すように、スクライブ溝を形成する基板１裏面の中心線３２を含み基板法線方向から１８°傾いた面６０が輪郭溝３０の底と交わるように、輪郭溝３０の幅を広く設定しておけば、ブレーキング切断面の上端が輪郭溝３０の底内に現れ、ブレーキング切断面がＬＥＤ動作層部分７を横切る可能性を低くできる。輪郭溝３０の幅をこのように設定することにより、素子分割工程の歩留まりが７０％〜９０％まで著しく向上した。なお、これは素子形状が正方形でなく例えば長方形であっても有効である。なお、＋Ｃ面側からスクライブして−Ｃ面側からブレーキングした場合の歩留まりは２０％〜３０％程度である。

ブレーキング工程でナイフエッジを当てる輪郭溝３０の底から、基板１裏面上のスクライブ溝までの厚さを、ブレーキング切断厚さと呼ぶこととする。第１の実施例では、ブレーキング切断厚さが、研削・研磨後の基板１の厚さ１５０μｍである。

ｔａｎ１８°は約０．３２５であるので、ブレーキング切断厚さが１５０μｍであるとき、輪郭溝３０の中心線３４から４８．７μｍ（１５０μｍ×０．３２５）ずつ以上の幅を確保しておけば、ブレーキング切断面の上端を輪郭溝３０の底内に収められる。第１の実施例では、ブレーキング時の基板１の厚さ１５０μｍに対し、輪郭溝３０の幅を、中心線３４から両側に５０μｍずつ確保し、１００μｍにしている。

輪郭溝形成により、隣り合う発光素子のＬＥＤ動作層部分間のＬＥＤ動作層が取り除かれる。ＬＥＤ動作層が取り除かれた輪郭溝の底に、ブレーキング工程でナイフエッジが当てられるので、ナイフエッジが発光層にダメージを与えない利点がある。なお、輪郭溝は、スクライブ及びブレーキング工程における劈開性に影響を与えるものではない。

次に、第２の実施例によるＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法について説明する。第２の実施例は、第１の実施例と輪郭溝３０の深さが異なる。以下、第１の実施例との違いについて説明する。

図６（Ａ）は第２の実施例の発光素子の概略上面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の１点鎖線ＡＡ’に沿った第２の実施例の発光素子の概略断面図である。

第１の実施例と同様にして、ｐ側電極２０及びｐ側電極２１を形成する。次に、第１の実施例と同様に、輪郭溝３０の形状で開口したレジストマスクを形成する。

次に、ＲＩＥにより、レジストマスク開口部のｐ型ＭｇＺｎＯ層５、発光層４、及びｎ型ＭｇＺｎＯ層３の一部の厚さ部分を取り除き、底面にｎ型ＭｇＺｎＯ層３が露出する深さの輪郭溝３０を形成する。次いで、レジストマスクを洗浄除去する。

次に、第１の実施例と同様にして、基板１を研削・研磨して薄くし、ｎ側電極２２を形成し、さらにスクライブ及びブレーキングを行って、各発光素子を分離する。

例えば、研削・研磨後の基板１の厚さは、第１の実施例と同様に１５０μｍとする。ｐ型ＭｇＺｎＯ層５、発光層４、ｎ型ＭｇＺｎＯ層３、及び緩衝層２の厚みが、例えばそれぞれ１００ｎｍ、２８．５ｎｍ（２．５ｎｍ／７．５ｎｍの積層×３）、４００ｎｍ、及び１０ｎｍである。輪郭溝３０の深さを、例えば２５０ｎｍとすると、輪郭溝３０の底から基板１上面までの厚みは、２８８．５ｎｍとなり、基板１の厚みを足したブレーキング切断厚さは、約１５０．３ｎｍとなる。

ｔａｎ１８°は約０．３２５であるので、輪郭溝３０の中心線３４を挟んで４８．８μｍ（１５０．３μｍ×０．３２５）ずつ以上の幅を確保しておけば、ブレーキング切断面の上端を輪郭溝３０の底内に収められる。第２の実施例でも、例えば、輪郭溝３０の幅を１００μｍとすればよい。

ブレーキングにより、第１の実施例ではＺｎＯ基板１を割るが、第２の実施例ではＺｎＯ基板１に加えその上のｎ型ＭｇＺｎＯ層３も割る。実験の結果、ウルツァイト構造のＭｇＺｎＯ結晶は、ＺｎＯ結晶と同様な劈開特性を持っていたので、第１の実施例と同様にして第２の実施例の発光素子も分割できる。

なお、Ｍｇ以外、例えばＳｅやＳやＣｄ等が導入され、ウルツァイト構造が保たれたＺｎＯ系半導体部材であっても、ＺｎＯ結晶と同様な劈開特性を示すであろう。

第２の実施例では、ｎ型ＭｇＺｎＯ層３を残すので、ブレーキング切断厚さとして、研削・研磨後の基板１の厚さに加えて、エッチングで残ったｎ型ＭｇＺｎＯ層３の厚さ及び緩衝層２の厚さが含まれる。基板１の厚さは、研削・研磨で調整することができ、ｎ型ＭｇＺｎＯ層３の厚さは、輪郭溝３０形成時のエッチングで調整することができる。

第１の実施例で説明したように、輪郭溝３０の幅を、ブレーキング切断厚さのｔａｎ１８°の２倍以上確保することにより、ブレーキング切断面上端が輪郭溝３０の底内に現れやすくなり、ＬＥＤ動作層部分の破壊が抑制される。

なお、ブレーキング切断厚さが薄いほど、輪郭溝３０の幅を狭くできることになり、同一サイズの基板から得られる素子数量を多くできることになる。この観点からは、第１の実施例の輪郭溝構造の方が、有効性は高いといえる。なお、基板１上面より深い輪郭溝形成により、ブレーキング切断厚さをさらに薄くする方法も考えられる。

なお、ｎ型ＭｇＺｎＯ層３はＺｎＯ基板１のＣ面上に成長されるが、ｎ型ＭｇＺｎＯ層３の成長面極性が−Ｃ面になってしまうと、基板１裏面のスクライブ溝から伸びてｎ型ＭｇＺｎＯ層３との界面に達したブレーキング切断面が、面内方向に伸びて、ＬＥＤ動作層部分７が剥離される。このような不具合を防止するため、ＬＥＤ動作層６は、ＺｎＯ基板１のＣ面上に、成長面がＣ面となるように成長させることが重要である。

第１及び第２の実施例の分割された各発光素子の特徴は、以下のようにまとめられる。動作層付き基板の基板１裏面から輪郭溝３０の底までの厚さ部分を第１の部分と呼び、それより上のＬＥＤ動作層部分７を第２の部分と呼ぶこととする。

第１の部分は、ウルツァイト構造を持つＺｎＯ系半導体からなり、上面が＋Ｃ面で下面が−Ｃ面であり、−Ｃ面側の縁にスクライブ溝が形成され、＋Ｃ面側から荷重劈開によるブレーキングで割られて端面が形成されている。

第２の部分は、第１の部分の＋Ｃ面の縁から内側に引き下がった領域上に配置され、第１の導電型を有する第１のＺｎＯ系半導体層、及び第１のＺｎＯ系半導体層上方に形成され第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２のＺｎＯ系半導体層を含む。

また、スクライブ溝を含み、第１の部分の下面である−Ｃ面の法線方向から１８°傾いた面を考えたとき、この面と、第１の部分の上面である＋Ｃ面との交わる位置が、第２の部分より外側に配置される。

なお、以上の実施例では、発光素子の分割を例に説明したが、−Ｃ面側にスクライブ溝を形成し＋Ｃ面側から荷重劈開する分割技術は、ウルツァイト構造を持ち、一方が＋Ｃ面で他方が−Ｃ面のＺｎＯ系半導体部材一般を良好に分割するために利用できよう。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１（Ａ）は、ウルツァイト構造の面方位を示す概略斜視図であり、図１（Ｂ）は、ウルツァイト構造のＺｎＯ結晶のｃ軸方向の原子配置を示す概略図であり、図１（Ｃ）は、Ｃ面ＺｎＯ基板の概略斜視図である。 図２は、動作層付き基板の概略断面図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれ、第１の実施例の発光素子の、概略上面図、概略断面図、及び概略下面図である。 図４（Ａ）は、実施例のスクライブ工程を説明するための概略断面図であり、図４（Ｂ）は、実施例のブレーキング工程を説明するための概略断面図である。 図５は、実施例のスクライブ溝の顕微鏡写真と、スクライブ溝の断面形状を示す概略断面図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ、第２の実施例の発光素子の、概略上面図及び概略断面図である。 図７（Ａ）は、比較例のスクライブ工程を説明するための概略断面図であり、図７（Ｂ）は、比較例のブレーキング工程を説明するための概略断面図である。 図８は、比較例のスクライブ溝の顕微鏡写真と、スクライブ溝の断面形状を示す概略断面図である。

符号の説明

１ Ｃ面ＺｎＯ基板
２ 緩衝層
３ ｎ型ＭｇＺｎＯ層
４ 発光層
５ ｐ型ＭｇＺｎＯ層
６ ＬＥＤ動作層
７ ＬＥＤ動作層部分
１０ −Ｃ面
１１、１２ ＋Ｃ面
２０ ｐ側電極
２１ ｐ側電極パッド
２２ ｎ側電極
３０ 輪郭溝
３１ −Ｃ面の露出領域
３２ （露出領域３１上の）中心線
３２ａ （露出領域３１上の）ａ軸方向の中心線
３２ｍ （露出領域３１上の）ｍ軸方向の中心線
３３ スクライブ溝
３４ （輪郭溝３０の底の）中心線
３４ａ （輪郭溝３０の底の）ａ軸方向の中心線
３４ｍ （輪郭溝３０の底の）ｍ軸方向の中心線
４０ スクライブツール
４１ ナイフエッジ
５０ 派生クラック
５１ ブレーキング切断面

Claims (7)

1. ウルツァイト構造を持ち、上面が＋Ｃ面で下面が−Ｃ面であるＺｎＯ系半導体部材の前記−Ｃ面にスクライブ溝を形成するスクライブ工程と、
   前記＋Ｃ面の、前記スクライブ溝の上方の位置に劈開用部材を押し当てて、ＺｎＯ系半導体部材を割るブレーキング工程と
   を有するＺｎＯ系半導体装置の製造方法。
2. 前記ＺｎＯ系半導体部材は、Ｃ面ＺｎＯ系半導体基板、該Ｃ面ＺｎＯ系半導体基板の＋Ｃ面側上方に形成され第１の導電型を有する第１のＺｎＯ系半導体層、及び該第１のＺｎＯ系半導体層上方に形成され前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２のＺｎＯ系半導体層を含み、さらに、
   前記ＺｎＯ系半導体部材に、前記＋Ｃ面側から、前記第１のＺｎＯ系半導体層が露出する深さよりも深い輪郭溝を形成する工程を有し、
   前記スクライブ工程は、前記スクライブ溝を、前記輪郭溝の底の下方に該底の長さ方向に延在するように形成し、前記ブレーキング工程は、前記劈開用部材を、該輪郭溝の底に、該底の長さ方向に沿って押し当てる請求項１に記載のＺｎＯ系半導体装置の製造方法。
3. 前記スクライブ工程は、４ポイントのヒールポイントツールで前記スクライブ溝を形成する請求項１または２に記載のＺｎＯ系半導体装置の製造方法。
4. 前記スクライブ工程は、前記４ポイントのヒールポイントツールの刃先角度を５０°〜５４°の範囲とし、刃先荷重を８０ｇ〜１２０ｇの範囲とする請求項３に記載のＺｎＯ系半導体装置の製造方法。
5. 前記スクライブ工程は、前記−Ｃ面にａ軸方向に延在するスクライブ溝とｍ軸方向に延在するスクライブ溝とを形成する請求項１〜４のいずれか１項に記載のＺｎＯ系半導体装置の製造方法。
6. ウルツァイト構造を持つＺｎＯ系半導体からなり、上面が＋Ｃ面で下面が−Ｃ面であり、該−Ｃ面側の縁にスクライブ溝が形成され、該＋Ｃ面側から荷重劈開によるブレーキングで割られて端面が形成された第１の部分と、
   前記第１の部分の前記＋Ｃ面の縁から内側に引き下がった領域上に配置され、第１の導電型を有する第１のＺｎＯ系半導体層、及び該第１のＺｎＯ系半導体層上方に形成され前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する第２のＺｎＯ系半導体層を含む第２の部分と
   を有するＺｎＯ系半導体装置。
7. 前記スクライブ溝を含み前記−Ｃ面の法線方向から１８°傾いた面を考えたとき、この面と前記＋Ｃ面との交わる位置が、前記第２の部分の外側に配置される請求項６に記載のＺｎＯ系半導体装置。