JP2015185744A

JP2015185744A - Semiconductor light emitting element manufacturing method and semiconductor light emitting element

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Publication number: JP2015185744A
Application number: JP2014061847A
Authority: JP
Inventors: 玉亭王; Yuting Wan; 宏典石井; Hironori Ishii
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-22

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a semiconductor light emitting element using an AlN substrate, which has less performance variation and further higher luminous efficiency.SOLUTION: A semiconductor light emitting element manufacturing method comprises the steps of: performing laser processing from a first principal surface 101 side, for singulating a semiconductor wafer on a semiconductor wafer on which a semiconductor layered part 20 is formed on the first principal surface 101 side and which is composed of an AlN single crystal; forming a protection layer 50 after the laser processing, on a second principal surface 102 which is a rear face of the first principal surface; processing the first principal surface 101 by a first medicinal solution on a region 103 on which the laser processing is performed; subsequently removing the protection layer 50 and processing the second principal surface 102 by a second medicinal solution; and subsequently singulating the semiconductor wafer by using a region 103 on which the laser processing is performed.

Description

本発明は、半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子に関し、特に、ＡｌＮ基板を用いた半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light emitting element and a semiconductor light emitting element, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor light emitting element using an AlN substrate and the semiconductor light emitting element.

ＡｌＮ基板を用いた窒化物半導体素子は、さまざまな電子機器に用いられており、演算処理装置や、発光素子や受光素子などの光学デバイス、および各種センサなどに応用されている。これら窒化物半導体素子の特性を最大限に引き出すために、素子表面や裏面を粗面加工する手法が広く用いられている。
半導体発光素子においては素子の光取り出し面を粗面加工することで、界面での光の透過率を向上させる技術がよく用いられている。例えば、下記の特許文献１には、六方ピラミッドキャビティが設けられるように窒化物半導体層の成膜を行うことで、半導体層表面に凹凸構造を形成する手法が記載されている。また、特許文献２には、窒化物半導体層の成膜後に、化学湿潤エッチング法（ウェットエッチング）を用いて素子表面に凹凸構造を形成する手法も記載されている。 Nitride semiconductor elements using an AlN substrate are used in various electronic devices, and are applied to arithmetic processing devices, optical devices such as light emitting elements and light receiving elements, and various sensors. In order to bring out the characteristics of these nitride semiconductor devices to the maximum, a technique for roughing the device front and back surfaces is widely used.
In a semiconductor light emitting device, a technique for improving the light transmittance at the interface by roughing the light extraction surface of the device is often used. For example, Patent Document 1 below describes a technique for forming a concavo-convex structure on a semiconductor layer surface by forming a nitride semiconductor layer so that a hexagonal pyramid cavity is provided. Patent Document 2 also describes a method of forming a concavo-convex structure on the element surface using a chemical wet etching method (wet etching) after forming a nitride semiconductor layer.

他にも素子の放熱性を高めるため、配光性を制御するために素子表面や裏面を粗面化する手法が知られている。
表面を粗面化した窒化物半導体ウェハを素子に分割するには、スクライバーやダイサーを用いた機械加工、支持体に貼り付けた後に支持体を拡張させることで分割する手法、レーザ照射を用いて変質加工を加えた後に外力を加えて分割する手法等が用いられている（特許文献３、４参照）。 In addition, in order to improve the heat dissipation of the element, there is known a method of roughening the front surface and the back surface of the element in order to control the light distribution.
In order to divide a nitride semiconductor wafer with a roughened surface into elements, machining using a scriber or dicer, a method of dividing by expanding the support after being attached to the support, and laser irradiation are used. A method of dividing by applying an external force after applying alteration processing is used (see Patent Documents 3 and 4).

特開２００５−２７７４２３号公報JP 2005-277423 A 特開２００３−２１８３８３号公報JP 2003-218383 A 特開２００７−１２９１４３号公報JP 2007-129143 A 特開２００７−１０９８２２号公報JP 2007-109822 A

レーザ照射を用いて変質加工を加えた後に外力を加えて分割する手法を、ＡｌＮ基板を備える半導体発光素子に適用すると、半導体発光素子としての性能ばらつきが大きく、また素子の信頼性が低いという課題があった。
また、従来方法のウェットエッチング法で基板の裏面に凹凸構造を形成する手法を、ＡｌＮ基板を備える半導体発光素子に適用すると、発光効率が向上する傾向にはあるが、素子の性能ばらつきが大きいという課題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、性能ばらつきが小さく信頼性が高く、さらに発光効率の高い、ＡｌＮ基板を用いた半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子を提供することを目的としている。 When the method of dividing by applying external force after applying alteration processing using laser irradiation is applied to a semiconductor light emitting device having an AlN substrate, there are large performance variations as a semiconductor light emitting device, and the reliability of the device is low was there.
In addition, when the conventional method of forming a concavo-convex structure on the back surface of a substrate by a wet etching method is applied to a semiconductor light emitting device having an AlN substrate, the light emission efficiency tends to improve, but the device performance variation is large. There was a problem.
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor light emitting element using an AlN substrate and a semiconductor light emitting element that have low performance variation, high reliability, and high light emission efficiency. The purpose is that.

本発明の一態様による、半導体発光素子の製造方法は、第１主面（例えば図３に示す、第１主面１０１）側に半導体積層部（例えば図３に示す、半導体積層部２０）が形成されたＡｌＮ単結晶からなる半導体ウェハに対して、前記半導体ウェハを個片化するためのレーザ加工を前記第１主面側から行なう工程と、前記レーザ加工後、前記第１主面の裏面である第２主面（例えば図３に示す、第２主面１０２）に保護層（例えば図３に示す、保護層５０）を形成する工程と、前記第２主面に前記保護層を形成した後、前記第１主面の前記レーザ加工がなされた領域（例えば図３に示す、領域１０３）を第１薬液で処理する第１処理工程と、前記第１処理工程後、前記保護層を除去し、前記第２主面を第２薬液で処理する第２処理工程と、前記第２処理工程後、前記レーザ加工がなされた領域を利用して前記半導体ウェハを個片化する工程と、を備えることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device includes a semiconductor stacked portion (for example, the semiconductor stacked portion 20 illustrated in FIG. 3) on the first main surface (for example, the first main surface 101 illustrated in FIG. 3) side. A step of performing laser processing for separating the semiconductor wafer from the first main surface side on the formed semiconductor wafer made of AlN single crystal, and a back surface of the first main surface after the laser processing Forming a protective layer (for example, the protective layer 50 shown in FIG. 3) on the second main surface (for example, the second main surface 102 shown in FIG. 3), and forming the protective layer on the second main surface Then, a first processing step of processing the laser-processed region (for example, the region 103 shown in FIG. 3) of the first main surface with a first chemical solution, and after the first processing step, the protective layer is formed. A second treatment step of removing and treating the second main surface with a second chemical solution; After the treatment process, characterized in that it comprises the the steps of singulating the semiconductor wafer by using the laser processing has been performed regions.

前記第１薬液および前記第２薬液が、アルカリ性であってよい。
前記第１薬液のｐＨが前記第２薬液のｐＨよりも大きくてよい。
前記第２処理工程後の前記第２主面の表面粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下であってよい。
前記第１処理工程が、前記レーザ加工により前記半導体ウェハに形成された凹部に存在するＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を除去する工程であってよい。 The first chemical solution and the second chemical solution may be alkaline.
The pH of the first chemical solution may be larger than the pH of the second chemical solution.
The surface roughness of the second main surface after the second treatment step may be 200 nm or more and 10 μm or less.
The first treatment step _removes AlN _x O _1.5y (0 ≦ (x + y), 0 <x <1, 0 <y <1) present in the recess formed in the semiconductor wafer by the laser processing. It may be a process.

本発明の他の態様による、半導体発光素子（例えば図１に示す、半導体発光素子１）は、ＡｌＮ基板（例えば図１に示す、単結晶ＡｌＮ基板１０）と、当該ＡｌＮ基板の第１主面（例えば図１に示す、第１主面１０１）側に設けられた半導体積層部（例えば図１に示す、半導体積層部２０）と、を備え、上面視で前記第１主面は、その外径が、前記第１主面の裏面である第２の主面の外径よりも内側にあり、かつ、前記第２主面の算術平均粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, a semiconductor light emitting device (eg, the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1) includes an AlN substrate (eg, a single crystal AlN substrate 10 shown in FIG. 1) and a first main surface of the AlN substrate. (For example, the semiconductor layer 20 shown in FIG. 1) provided on the side of the first main surface 101 (shown in FIG. 1, for example). The diameter is inside the outer diameter of the second main surface, which is the back surface of the first main surface, and the arithmetic average roughness of the second main surface is 200 nm or more and 10 μm or less. .

前記ＡｌＮ基板は、前記第１主面側の第１領域（例えば図１に示す、第１領域１０Ａ）と、断面において前記ＡｌＮ基板の側面間の間隔が前記第１領域よりも大きい前記第２主面側の第２領域（例えば図１に示す、第２領域１０Ｂ）とを有し、前記第１領域の側面は、ＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）を含まなくてよい。
前記半導体積層部が、波長２１０〜３２０ｎｍの紫外光を発光するものであってよい。 In the AlN substrate, the second region in which the distance between the first region on the first main surface side (for example, the first region 10A shown in FIG. 1) and the side surface of the AlN substrate in the cross section is larger than the first region. A second region on the main surface side (for example, a second region 10B shown in FIG. 1), and the side surface of the first region has AlN _x O _1.5y (0 ≦ (x + y) ≦ 1, 0 <x <1, 0 <y ≦ 1) may not be included.
The semiconductor laminate may emit ultraviolet light having a wavelength of 210 to 320 nm.

本発明によれば、性能ばらつきが小さく、信頼性が高く、かつ発光効率の高い、半導体発光素子を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor light emitting device with small performance variation, high reliability, and high light emission efficiency.

本発明における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the semiconductor light-emitting device in this invention. サブマウント基板に実装された半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the semiconductor light-emitting device mounted in the submount board | substrate. 本発明の実施例１における半導体発光素子の製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the semiconductor light-emitting device in Example 1 of this invention. 本発明の実施例２における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the semiconductor light-emitting device in Example 2 of this invention. 本発明の比較例１における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the semiconductor light-emitting device in the comparative example 1 of this invention. 本発明の比較例２における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the semiconductor light-emitting device in the comparative example 2 of this invention. 本発明の比較例３における半導体発光素子の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the semiconductor light-emitting device in the comparative example 3 of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
＜半導体発光素子の製造方法＞
まず、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明する。
本実施形態の半導体発光素子の製造方法は、第１主面側に半導体積層部が形成されたＡｌＮ単結晶からなる半導体ウェハに対して、この半導体ウェハを個片化するためのレーザ加工を第１主面側から行なう工程と、レーザ加工後、前述の第１主面の裏面である第２主面に保護層を形成する工程と、第２主面に保護層を形成した後、第１主面のレーザ加工がなされた領域を第１薬液で処理する第１処理工程と、第１処理工程後、前述の保護層を除去し、第２主面を第２薬液で処理する第２処理工程と、第２処理工程後、レーザ加工がなされた領域を利用して半導体ウェハを個片化する工程と、を備える。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
<Method for Manufacturing Semiconductor Light Emitting Element>
First, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to this embodiment will be described.
The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present embodiment includes a first laser processing for separating a semiconductor wafer made of an AlN single crystal having a semiconductor multilayer portion formed on the first main surface side. A step of performing from one main surface side, a step of forming a protective layer on the second main surface which is the back surface of the first main surface after laser processing, and a step of forming a protective layer on the second main surface, A first processing step for processing the laser-processed region of the main surface with the first chemical solution, and a second processing for removing the protective layer and processing the second main surface with the second chemical solution after the first processing step. And a step of dividing the semiconductor wafer into pieces using the laser-processed region after the second processing step.

半導体ウェハを個片化するため、第１主面側から所望の領域をレーザ加工する工程の後に、第２主面上に保護層を形成し、半導体ウェハのＡｌＮ基板のレーザ加工された領域を第１薬液で処理する第１処理工程を行うことで、ＡｌＮ基板の第２主面には影響を与えずに、レーザ加工により生じた変質部を除去することが可能になる。また、ＡｌＮ基板の第２主面は第１薬液の影響を受けないため、第１薬液はレーザ加工部の変質部を除去する目的において自由に選択が可能である。例えば第１薬液として強アルカリの薬液を用いることが可能である。 In order to divide the semiconductor wafer into pieces, a protective layer is formed on the second main surface after the step of laser processing a desired region from the first main surface side, and the laser processed region of the AlN substrate of the semiconductor wafer is formed. By performing the first processing step of processing with the first chemical solution, it is possible to remove the altered portion caused by the laser processing without affecting the second main surface of the AlN substrate. Further, since the second main surface of the AlN substrate is not affected by the first chemical solution, the first chemical solution can be freely selected for the purpose of removing the altered portion of the laser processed portion. For example, a strong alkali chemical can be used as the first chemical.

第１処理工程によって、変質部が除去されることで、平面視におけるＡｌＮ基板の第１主面の面積が、第２主面の面積よりも小さくなる。その後、保護層を除去し、ＡｌＮ基板の第２主面を第２薬液で処理することで、ＡｌＮ基板の第２主面に所望の処理をすることが可能になる。例えば、第２主面の算術平均粗さを２００ｎｍ以上１０μｍ以下にする目的で、弱アルカリの薬液を用いることが可能になる。
ここで、第１薬液での処理に先立ち保護層を形成する工程の無い従来技術では、第１薬液として強アルカリの薬液で処理すると、レーザ加工により生成された変質部については除去可能であるものの、第２主面の算術平均粗さが１５μｍ以上と大きいものになってしまい、それに起因して性能ばらつきが大きくなったり、封止樹脂との密着性が悪化したりしてしまう。逆に、弱アルカリの薬液で処理すると、第２主面の算術平均粗さは小さくなるものの、レーザ加工の変質部が除去されず、その結果、半導体発光素子の性能ばらつきが大きくなってしまう。 By removing the altered portion by the first treatment step, the area of the first main surface of the AlN substrate in plan view is smaller than the area of the second main surface. Thereafter, the protective layer is removed, and the second main surface of the AlN substrate is treated with the second chemical solution, whereby it is possible to perform a desired process on the second main surface of the AlN substrate. For example, it is possible to use a weak alkaline chemical for the purpose of setting the arithmetic average roughness of the second main surface to 200 nm or more and 10 μm or less.
Here, in the prior art without the step of forming a protective layer prior to the treatment with the first chemical solution, when the first chemical solution is treated with a strong alkaline chemical solution, the altered portion generated by laser processing can be removed. The arithmetic average roughness of the second main surface becomes as large as 15 μm or more, resulting in a large performance variation or a deterioration in adhesion with the sealing resin. On the contrary, when the treatment with a weak alkaline chemical solution is performed, the arithmetic mean roughness of the second main surface is reduced, but the altered portion of the laser processing is not removed, and as a result, the performance variation of the semiconductor light emitting device is increased.

＜半導体発光素子＞
次に、本実施形態に係る半導体発光素子を説明する。
本実施形態の半導体発光素子は、ＡｌＮ基板と、このＡｌＮ基板の第１主面側に設けられた半導体積層部と、を備え、上面視で第１主面は、その外径が、第１主面の裏面である第２の主面の外径よりも内側にあり、かつ、第２主面の算術平均粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
上面視で、第１主面の外径が、第１主面の裏面である第２主面の外径よりも内側にあり、かつ第２主面の算術平均粗さを２００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることで、性能ばらつきが小さく、かつ、発光効率の高い半導体発光素子を実現することができる。 <Semiconductor light emitting device>
Next, the semiconductor light emitting device according to this embodiment will be described.
The semiconductor light emitting device of the present embodiment includes an AlN substrate and a semiconductor stacked portion provided on the first main surface side of the AlN substrate, and the first main surface has an outer diameter of the first main surface as viewed from above. It is inside the outer diameter of the 2nd main surface which is the back of the main surface, and the arithmetic mean roughness of the 2nd main surface is 200 nm or more and 10 micrometers or less.
In top view, the outer diameter of the first main surface is inside the outer diameter of the second main surface, which is the back surface of the first main surface, and the arithmetic average roughness of the second main surface is 200 nm or more and 10 μm or less. By doing so, it is possible to realize a semiconductor light emitting device with small performance variation and high light emission efficiency.

半導体発光素子の光取り出し向上の観点から、第２主面の算術平均粗さは２００ｎｍ以上であることが好ましい。また、第１主面側の半導体積層部に電力を供給するためのサブマウント基板と適切にボンディングさせ、素子性能のばらつきを低減する観点から、第２主面の算術平均粗さは１０μｍ以下であることが好ましい。
また、本実施形態の半導体発光素子は、ＡｌＮ基板は、第１主面側の第１領域と、断面においてＡｌＮ基板の側面間の間隔が第１領域よりも大きい第２主面側の第２領域とを有し、第１領域の側面は、ＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）を含まない。 From the viewpoint of improving the light extraction of the semiconductor light emitting device, the arithmetic average roughness of the second main surface is preferably 200 nm or more. In addition, the arithmetic average roughness of the second main surface is 10 μm or less from the viewpoint of appropriately bonding to the submount substrate for supplying power to the semiconductor laminated portion on the first main surface side and reducing variation in element performance. Preferably there is.
Further, in the semiconductor light emitting device of this embodiment, the AlN substrate has a first region on the first main surface side and a second main surface side second space where the distance between the side surfaces of the AlN substrate in the cross section is larger than the first region. The side surface of the first region does not include AlN _x O _1.5y (0 ≦ (x + y) ≦ 1, 0 <x <1, 0 <y ≦ 1).

ＡｌＮ基板の第１領域の側面部に、ＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）を含まないことにより、半導体発光素子の性能ばらつきをより小さく抑制することができる。
また、本実施形態の半導体発光素子は、半導体積層部が、波長２１０〜３２０ｎｍの紫外光を発光するものであってもよい。波長２１０〜３２０ｎｍの紫外光を発光する従来の半導体発光素子をパッケージ化して得られる発光装置では、発光する紫外光によってパッケージに用いられる封止樹脂が劣化し、信頼性が低下するが、本実施形態の半導体発光素子では信頼性低下が抑制される。これは本実施形態の半導体発光素子が、第２主面の算術平均粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下であることにより、封止樹脂との密着性が優れていることに起因していると考えられる。 Since the side surface portion of the first region of the AlN substrate does not contain AlN _x O _1.5y (0 ≦ (x + y) ≦ 1, 0 <x <1, 0 <y ≦ 1), the performance variation of the semiconductor light emitting device Can be further reduced.
Further, in the semiconductor light emitting device of the present embodiment, the semiconductor stacked portion may emit ultraviolet light having a wavelength of 210 to 320 nm. In a light emitting device obtained by packaging a conventional semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light having a wavelength of 210 to 320 nm, the sealing resin used in the package is deteriorated by the emitted ultraviolet light, and the reliability is lowered. In the semiconductor light emitting device of the embodiment, a decrease in reliability is suppressed. It is considered that this is because the semiconductor light emitting device of this embodiment has excellent adhesiveness with the sealing resin when the arithmetic average roughness of the second main surface is 200 nm or more and 10 μm or less. .

上述のように、本実施形態では、第２主面に第１薬液による影響を与えることなく、変質部を除去することができ、かつ第２主面に適した第２薬液を用いて薬液処理を行なうことができる。そのため、変質部を的確に除去することができるとともに、第２主面の算術平均粗さを所望の粗さに調整することができる。その結果、第２主面の算術平均粗さが適切な値でないことに起因して封止樹脂との密着性の悪化などが生じることを回避することができ、性能ばらつきを抑制し、信頼性の高い半導体発光素子を実現することができ、さらに、第２主面の算術平均粗さを所望の粗さに調整することができるため、発光効率の高い、半導体発光素子を実現することができる。 As described above, in the present embodiment, the altered portion can be removed without affecting the second main surface with the first chemical solution, and the chemical treatment is performed using the second chemical solution suitable for the second main surface. Can be performed. For this reason, the altered portion can be accurately removed, and the arithmetic average roughness of the second main surface can be adjusted to a desired roughness. As a result, it is possible to avoid the deterioration of the adhesion with the sealing resin due to the arithmetic average roughness of the second main surface not being an appropriate value, and to suppress the performance variation and the reliability. A semiconductor light emitting device with high luminous efficiency can be realized, and further, the arithmetic average roughness of the second main surface can be adjusted to a desired roughness, so that a semiconductor light emitting device with high luminous efficiency can be realized. .

＜具体例＞
次に、本実施形態の半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子の、より具体的な実施形態を、図面を参酌しながら説明する。
図１は、本実施形態の半導体発光素子１の一例を示す構成図である。半導体発光素子１は、単結晶ＡｌＮ基板１０と、単結晶ＡｌＮ基板１０の上に形成される半導体積層部２０と、電極部３０とからなる。
半導体積層部２０は、図１に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０に積層される第１導電型層２１と、第１導電型層２１に積層される発光層２２と、発光層２２に積層される、第１導電型層２１とは導電型の異なる第２導電型層２３と、を備える。 <Specific example>
Next, a more specific embodiment of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device and the semiconductor light emitting device of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment. The semiconductor light emitting device 1 includes a single crystal AlN substrate 10, a semiconductor stacked portion 20 formed on the single crystal AlN substrate 10, and an electrode portion 30.
As shown in FIG. 1, the semiconductor stacked unit 20 includes a first conductive type layer 21 stacked on the single crystal AlN substrate 10, a light emitting layer 22 stacked on the first conductive type layer 21, and a stacked layer on the light emitting layer 22. The second conductivity type layer 23 having a conductivity type different from that of the first conductivity type layer 21 is provided.

第１導電型層２１は、上面視で長方形の底部領域２１ａと、当該底部領域２１ａ上に凸状に形成される上面視で略正方形状の積層部２１ｂとから構成され、積層部２１ｂを挟んで底部領域２１ａの長手方向の両側が電極部３２ａ、３２ｂを形成する領域となる。半導体積層部２０は、例えば、第１導電型層２１となる層と、発光層２２となる層と、第２導電型層２３となる層とをこの順に積層し、この積層構造において、電極部３２ａ、３２ｂを形成する領域にはマスクを形成せず、半導体積層部２０となる部分にマスクを形成し、積層部２１ｂが残るように第１導電型層２１をエッチングすることなどにより形成される。
そして、第２導電型層２３の上に、電極部３１が積層される。 The first conductivity type layer 21 includes a bottom region 21a that is rectangular in a top view and a laminated portion 21b that is formed in a convex shape on the bottom region 21a and that has a substantially square shape in a top view, and sandwiches the laminated portion 21b. Thus, both sides in the longitudinal direction of the bottom region 21a are regions where the electrode portions 32a and 32b are formed. The semiconductor stacked unit 20 includes, for example, a layer that becomes the first conductivity type layer 21, a layer that becomes the light emitting layer 22, and a layer that becomes the second conductivity type layer 23 in this order. A mask is not formed in the region where 32a and 32b are formed, but a mask is formed in a portion to be the semiconductor stacked portion 20, and the first conductivity type layer 21 is etched so that the stacked portion 21b remains. .
Then, the electrode unit 31 is stacked on the second conductivity type layer 23.

以下、図１に示す半導体発光素子１の各構成要件について説明する。
〔ＡｌＮ基板〕
本実施形態において、単結晶ＡｌＮ基板１０は、ＡｌＮ単結晶からなる基板であれば特に制限されない。単結晶ＡｌＮ基板１０は、図１に示すように、第１主面１０１側の第１領域１０Ａと、第２主面１０２側の第２領域１０Ｂとを含み、断面において、第１領域１０Ａは、単結晶ＡｌＮ基板１０の側面間の間隔が、第２領域１０Ｂよりも小さい。 Hereinafter, each component of the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 will be described.
[AlN substrate]
In the present embodiment, the single crystal AlN substrate 10 is not particularly limited as long as it is a substrate made of an AlN single crystal. As shown in FIG. 1, the single crystal AlN substrate 10 includes a first region 10A on the first main surface 101 side and a second region 10B on the second main surface 102 side. The distance between the side surfaces of the single crystal AlN substrate 10 is smaller than that of the second region 10B.

〔半導体積層部〕
本実施形態の半導体発光素子１において、半導体積層部２０は、図１に示すように、第１導電型層２１、発光層２２、第２導電型層２３が、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１上にこの順に積層されてなる。
第１導電型層２１および第２導電型層２３はＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成されるものが望ましい。
特定の態様では、第１導電型層２１は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成される複数の個別層からなっており、発光層２２の格子パラメータに対して近づくように擬似格子整合的に歪まされていてよい。この複数の層はｘ、ｙが厚みと共に変化し、傾斜する組成を有する複数の層を含んでいてよい。このような層では、個々の段階で又は線形的に組成が傾斜していてよい。好ましい態様では、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ層は単結晶ＡｌＮ基板１０の界面で、単結晶ＡｌＮの組成にほぼ等しい組成を有しており、それによって二次元の成長が促進され、不都合なアイランド形成が回避される。その結果、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層からなる第１導電型層２１および後続の成長層（すなわち、発光層２２、第２導電型層２３）での不都合な弾性の歪み緩和が起こる）が回避される。 [Semiconductor stacking part]
In the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment, the semiconductor stacked unit 20 includes a first conductive type layer 21, a light emitting layer 22, and a second conductive type layer 23 as shown in FIG. It is laminated on the main surface 101 in this order.
The first conductivity type layer 21 and the second conductivity type layer 23 are preferably composed of In _x Al _y Ga _1-xy N (0 ≦ x + y ≦ 1).
In a specific embodiment, the first conductivity type layer 21 is composed of a plurality of individual layers composed of In _x Al _y Ga _1-xy N (0 ≦ x + y ≦ 1), and the lattice parameter of the light emitting layer 22 It may be distorted in a pseudo-lattice matching so as to approach. The plurality of layers may include a plurality of layers having a composition in which x and y change with thickness and incline. In such a layer, the composition may be graded at individual stages or linearly. In a preferred embodiment, the In _x Al _y Ga _1-xy N layer has a composition approximately equal to the composition of the single crystal AlN at the interface of the single crystal AlN substrate 10, thereby promoting two-dimensional growth. Inconvenient island formation is avoided. As a result, an undesirable elastic strain relaxation occurs in the first conductive type layer 21 made of the Al _x Ga _1-x N layer and the subsequent growth layer (that is, the light emitting layer 22 and the second conductive type layer 23). Avoided.

発光層２２は一態様では多重量子井戸（ＭＱＷ）層を含み、第１導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層）２１上に積層される。ＭＱＷ層は複数の量子井戸を含み、その量子井戸のそれぞれはＡｌＧａＮを含む又はこれから本質的になっていてよい。一態様では、ＭＱＷ層の各周期は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ量子井戸及びＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ量子井戸を含み、ここで、ｘはｙと異なる。好ましい態様では、ｘとｙの差は、活性領域での電子及び正孔の良好な閉じ込めが得られるように十分に大きくなっており、これにより、放射性の再結合の、非放射性の再結合に対する比を高くすることができる。一態様では、ｘとｙとの差は約０．０５であり、例えばｘは約０．３５で、ｙは約０．４である。しかし、ｘとｙの差が過度に大きい場合、例えば、約０．３より大きい場合には、ＭＱＷ層の形成中に不都合なアイランド形成が起こってしまう。ＭＱＷ層は、複数の周期を含んでいてよく、約５０ｎｍ未満の全厚みを有していてよい。 In one aspect, the light emitting layer 22 includes a multiple quantum well (MQW) layer and is stacked on the first conductivity type layer (Al _x Ga _1-x N layer) 21. The MQW layer includes a plurality of quantum wells, each of which may comprise or consist essentially of AlGaN. In one aspect, each period of the MQW layer includes an Al _x Ga _1-x N quantum well and an Al _y Ga _1-y N quantum well, where x is different from y. In a preferred embodiment, the difference between x and y is large enough to provide good confinement of electrons and holes in the active region, thereby allowing radiative recombination to non-radiative recombination. The ratio can be increased. In one aspect, the difference between x and y is about 0.05, for example, x is about 0.35 and y is about 0.4. However, if the difference between x and y is excessively large, for example, greater than about 0.3, inconvenient island formation occurs during the formation of the MQW layer. The MQW layer may include multiple periods and may have a total thickness of less than about 50 nm.

一態様では発光層２２は、任意の薄い電子ブロック（又はｎ型コンタクトがデバイスの上部に置かれている場合には正孔ブロック）層を有し、この層は、例えば、Ｍｇのような１つ以上の不純物でドーピングされていてよい。発光層２２は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮを含むか又は本質的にＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮからなっている。電子ブロック層は、例えば約２０ｎｍの厚みを有している。
発光層２２上に形成される第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層）２３は本質的に１つ以上の半導体材料、例えば、Ｍｇのような少なくとも１つの不純物でドープされたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮを含むか又はそれから本質的になっている。第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層）２３はｎ型又はｐ型にドープされているが、第１導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層）２１の導電性とは異なる導電性を有している。第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層）２３の厚みは、例えば約５０ｎｍ〜約１００ｎｍである。一態様では第２導電型層（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層）２３は同じ導電性でドープされた１つ以上の半導体材料を含むか又はその材料から本質的になるキャップ層を有している。キャップ層は、ＭｇでドープされたＧａＮを含み、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、好ましくは約５０ｎｍの厚みを有する。 In one aspect, the emissive layer 22 has an optional thin electron block (or hole block if an n-type contact is placed on top of the device) layer, which can be a 1 It may be doped with one or more impurities. The light emitting layer 22 includes Al _x Ga _1-x N or consists essentially of Al _x Ga _1-x N. The electron block layer has a thickness of about 20 nm, for example.
The second conductivity type layer (Al _x Ga _1-x N layer) 23 formed on the light emitting layer 22 is essentially an Al doped with at least one impurity such as one or more semiconductor materials, eg Mg. _x Ga _1-x N is included or consists essentially of it. The second conductivity type layer (Al _x Ga _1-x N layer) 23 is doped n-type or p-type, but what is the conductivity of the first conductivity type layer (Al _x Ga _1-x N layer) 21? Have different conductivity. The thickness of the second conductivity type layer (Al _x Ga _1-x N layer) 23 is, for example, about 50 nm to about 100 nm. In one embodiment, the second conductivity type layer (Al _x Ga _1-x N layer) 23 comprises a cap layer comprising or consisting essentially of one or more semiconductor materials doped with the same conductivity. Yes. The cap layer comprises GaN doped with Mg and has a thickness of about 10 nm to about 200 nm, preferably about 50 nm.

〔電極部〕
本実施形態の半導体発光素子１は、発光層２２に電力を供給するための電極部３０をさらに備えている。電極部３０の配置については特に制限されないが、図１に示すように、半導体積層部２０がメサ型構造の場合、メサ頂部とメサ底部にそれぞれ電極部３１、３２ａ、３２ｂを配置する例が挙げられる。また、他には素子上面と下面にそれぞれ電極を配置する例などがある。
電極部３０は例えばＮｉ／Ａｕ合金（典型的には、ｐ型コンタクトに対して使用される）又はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕスタック（典型的には、ｎ型コンタクトに対して使用される）から形成されており、例えばスパッタリング又は蒸着によって形成されている。電極部３０は紫外線（ＵＶ）反射器も含んでいてよい。ＵＶ反射器は、電極部３０に向かって発光する光子を、光子が半導体積層部２０から逃げることができないように再度方向付けすること、並びに所望の発光面、例えば底部表面に向けて光子を再度方向付けることによって、デバイスの活性領域において生成される光子の抽出効率を改善するように設計される。また電極部３０の材料は導電性の材料、例えば金、ニッケル、アルミ、チタン及びそれらの組み合わせなどでもよい。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 (Electrode part)
The semiconductor light emitting device 1 of this embodiment further includes an electrode unit 30 for supplying power to the light emitting layer 22. The arrangement of the electrode unit 30 is not particularly limited. However, as shown in FIG. 1, when the semiconductor stacked unit 20 has a mesa structure, an example in which the electrode units 31, 32a, and 32b are arranged on the mesa top and the mesa bottom, respectively. It is done. In addition, there is an example in which electrodes are respectively arranged on the upper surface and the lower surface of the element.
The electrode part 30 is, for example, a Ni / Au alloy (typically used for p-type contacts) or a Ti / Al / Ti / Au stack (typically used for n-type contacts). For example, it is formed by sputtering or vapor deposition. The electrode unit 30 may also include an ultraviolet (UV) reflector. The UV reflector redirects photons emitted toward the electrode section 30 so that the photons cannot escape from the semiconductor stack 20 and re-directs photons toward the desired light emitting surface, eg, the bottom surface. By directing, it is designed to improve the extraction efficiency of photons generated in the active region of the device. The material of the electrode part 30 may be a conductive material, such as gold, nickel, aluminum, titanium, and combinations thereof. The present invention is not limited to these examples.

次に、本実施形態の半導体発光素子の、各製造工程について説明する
〔レーザ加工工程〕
本実施形態では、半導体発光素子１となる同一パターンの複数の半導体素子が単結晶ＡｌＮ基板１０に配置されており、また、半導体素子の間にスクライブ部が設定されており、このスクライブ部に沿って、半導体素子の個片化を行う必要がある。通常のＬＳＩ半導体素子の個片化は、ブレードダイシングで加工されるが、ＡｌＮ基板は通常非常に硬いため、ブレードダイシング方法はＡＬＮ単結晶基板を所望の幅で切断出来ず、欠けなどの不良も発生するため、生産性が非常に低いとの課題がある。そのため、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１からレーザ光を照射することでスクライブ溝をつけた後、スクライブ溝を利用して機械的に分断することが好ましい。加工に使用されるレーザは特には限定されないが、そのレーザ光の波長は３６５ｎｍ、または２６５ｎｍが好ましい。 Next, each manufacturing process of the semiconductor light emitting device of this embodiment will be described [Laser processing process].
In the present embodiment, a plurality of semiconductor elements having the same pattern to be the semiconductor light emitting element 1 are arranged on the single crystal AlN substrate 10, and a scribe portion is set between the semiconductor elements, and along this scribe portion, Therefore, it is necessary to divide the semiconductor element. The normal LSI semiconductor device is singulated by blade dicing, but since the AlN substrate is usually very hard, the blade dicing method cannot cut the ALN single crystal substrate with a desired width, and there is a defect such as chipping. As a result, there is a problem that productivity is very low. Therefore, it is preferable that the scribe groove is formed by irradiating laser light from the first main surface 101 of the single crystal AlN substrate 10 and then mechanically divided using the scribe groove. The laser used for processing is not particularly limited, but the wavelength of the laser beam is preferably 365 nm or 265 nm.

〔ウェハ薬液処理工程〕
次に、単結晶ＡｌＮ基板１０の、第１主面１０１の裏面となる第２主面１０２上に保護層（図示せず）を形成させる。保護層は、第１薬液を使用する処理工程において、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２が受ける影響を低減できるものであればよく、例としてはＵＶテープなどのダイシングに用いられる粘着テープや、粘着性を有するフィルム、またはレジストなどがあげられる。保護層は第２主面１０２と気泡巻き込みや、隙間などが生じることなく密着していることが望ましく、かつ第１薬液により保護層もしくは粘着層が劣化しない耐薬品性を有することが望ましい。 [Wafer chemical treatment process]
Next, a protective layer (not shown) is formed on the second main surface 102 which is the back surface of the first main surface 101 of the single crystal AlN substrate 10. The protective layer only needs to be able to reduce the influence of the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10 in the processing step using the first chemical solution. For example, the protective layer is an adhesive tape used for dicing such as UV tape. And an adhesive film or a resist. It is desirable that the protective layer is in close contact with the second main surface 102 without entrainment of bubbles or gaps, and it is desirable that the protective layer has chemical resistance that prevents the protective layer or the adhesive layer from being deteriorated by the first chemical solution.

続いて、保護層を付けた状態で、同一パターンが複数形成され半導体素子を第１薬液にディップし、レーザ加工により生じされる変質部の除去を行う。第１薬液は特に限定されないが、アルカリ性の薬液は変質部を溶解させるため、ｐＨ＞１２の方が好ましく、例として、水酸化ナトリウムや、水酸化カリウム、アンモニアが好ましい。
次に、保護層を除去する工程を行う。保護層を除去する方法は特に限定されないが、単結晶ＡｌＮ基板１０および半導体積層部２０、並びに電極部３０にダメージを与えない方法が好ましく、機械的に除去するほか、有機溶剤などの薬液などを用いて化学的に取ることが好ましい。保護層を除去した後、第２主面１０２上を洗浄するために、有機溶剤、水溶液での洗浄、もしくは、酸素プラズマ、スパッタリングなどによる表面洗浄を行うことが好ましい。 Subsequently, with the protective layer attached, a plurality of identical patterns are formed, the semiconductor element is dipped in the first chemical solution, and the altered portion produced by laser processing is removed. The first chemical solution is not particularly limited, but an alkaline chemical solution dissolves the altered portion, so that pH> 12 is preferable, and sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia are preferable as examples.
Next, the process of removing a protective layer is performed. The method for removing the protective layer is not particularly limited, but a method that does not damage the single crystal AlN substrate 10, the semiconductor stacked portion 20, and the electrode portion 30 is preferable. In addition to mechanical removal, a chemical solution such as an organic solvent is used. It is preferable to use and take it chemically. After removing the protective layer, in order to clean the second main surface 102, it is preferable to perform cleaning with an organic solvent or an aqueous solution, or surface cleaning with oxygen plasma, sputtering, or the like.

次に、第２主面１０２に第２薬液を用いて粗面加工を行う。粗面加工により第２主面１０２上に六角錘のＡｌＮ結晶構造が形成出来る。第２薬液はアルカリ性のものであれば、特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウムや、水酸化カリウム、アンモニアなど特に限定はされない。六角錘形状の高さは、使用される薬液の種類、濃度、温度などの処理条件によって変化する。第２薬液は第１薬液と同じ薬液でもよく、異なる薬液を使用することも可能であるが、第２薬液のｐＨは第１薬液のｐＨよりも小さいものであることが好ましい。 Next, roughening is performed on the second main surface 102 using the second chemical. A hexagonal pyramid AlN crystal structure can be formed on the second principal surface 102 by roughening. The second chemical solution is not particularly limited as long as it is alkaline, and is not particularly limited such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and ammonia. The height of the hexagonal pyramid shape varies depending on the processing conditions such as the type, concentration, and temperature of the chemical solution used. The second chemical solution may be the same as the first chemical solution, and a different chemical solution may be used, but the pH of the second chemical solution is preferably smaller than the pH of the first chemical solution.

〔個片化工程〕
次に、レーザでスクライブしたスクライブ溝にアライメントを実施し、金属ブレードを第１主面１０１方向から適切な力で押しあてることで素子の割断を行う。
〔実装工程〕
個片化した半導体発光素子１は、図２に示すようにサブマウント基板４０と呼ばれる、半導体発光素子１に含まれる単結晶ＡｌＮ基板１０とは異なる接続基板に、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２が上方を向くように、すなわち、第２主面１０２がサブマウント基板４０とは逆側となるように電気的に接続される。サブマウント基板４０の材料は熱放散性の高いセラミック基板が用いられ、アルミナ基板や窒化アルミ基板が好ましい。また、サブマウント基板４０と半導体発光素子１との接続にはフリップチップと呼ばれる手法が用いられ、サブマウント基板４０の電極部３０と半導体発光素子１の電極とを適切な熱、超音波、加重で接合させる。サブマウント基板４０の電極部３０は熱放散性かつ発光装置との接合のよいものがよく、金、銀、銅、金錫などの材料およびそれらの組み合わせからなるバンプ部４０ａを有してもよい。 [Individualization process]
Next, alignment is performed on a scribe groove scribed with a laser, and the metal blade is pressed from the direction of the first main surface 101 with an appropriate force to cleave the element.
[Mounting process]
The separated semiconductor light emitting device 1 is called a submount substrate 40 as shown in FIG. 2, and is connected to a connection substrate different from the single crystal AlN substrate 10 included in the semiconductor light emitting device 1. Electrical connection is made so that main surface 102 faces upward, that is, second main surface 102 is opposite to submount substrate 40. The material of the submount substrate 40 is a ceramic substrate with high heat dissipation, and an alumina substrate or an aluminum nitride substrate is preferable. In addition, a method called flip chip is used to connect the submount substrate 40 and the semiconductor light emitting element 1, and the electrode portion 30 of the submount substrate 40 and the electrode of the semiconductor light emitting element 1 are appropriately heated, ultrasonic, and weighted. Join with. The electrode portion 30 of the submount substrate 40 is preferably a heat dissipating material and has good bonding with a light emitting device, and may have a bump portion 40a made of a material such as gold, silver, copper, gold tin, or a combination thereof. .

＜測定方法＞
次に、上述した本実施形態により作成した半導体発光素子１の評価に用いる、半導体発光素子１の各種諸元の測定方法を説明する。
〔ＡｌＮ単結晶基板の第１主面および第２主面の面積〕
単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１および第２主面１０２の面積は、半導体発光素子１において、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１および第２主面１０２それぞれを光学顕微鏡や電子顕微鏡で撮像し、その外縁で囲まれた一連の領域の面積を算出することで測定される。 <Measurement method>
Next, a method for measuring various specifications of the semiconductor light emitting device 1 used for the evaluation of the semiconductor light emitting device 1 created according to the above-described embodiment will be described.
[Areas of first main surface and second main surface of AlN single crystal substrate]
The areas of the first main surface 101 and the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10 are the same as that of the first main surface 101 and the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10 in the semiconductor light emitting device 1. It is measured by taking an image with a microscope and calculating the area of a series of regions surrounded by the outer edge.

〔算術平均粗さ〕
単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２の算術平均粗さＲａは、触針式段差計より測定される。初めに、光学顕微鏡や電子顕微鏡で第２主面１０２を撮像し、第２主面１０２の表面形状及び粗さの最大値と最小値とを確認し、その後、測定許容値範囲内に先端半径が適切な触針を選択し、測定条件（基準長さ、評価長さ等）を設定し、測定を行う。
〔側面部のＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙの有無〕
単結晶ＡｌＮ基板１０の側面部のＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙの有無は、第１薬液処理後のレーザ加工された領域１０３で、オージェ電子分光法（ＡＥＳ分析）により測定される。 [Arithmetic mean roughness]
The arithmetic average roughness Ra of the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10 is measured by a stylus type step gauge. First, the second main surface 102 is imaged with an optical microscope or an electron microscope, and the maximum and minimum values of the surface shape and roughness of the second main surface 102 are confirmed. Thereafter, the tip radius falls within the measurement allowable value range. Select an appropriate stylus, set measurement conditions (reference length, evaluation length, etc.), and perform measurement.
[Presence or absence of AlN _x O _{1.5y on} the side _surface ]
The presence or absence of AlN _x O _{1.5y on} the side surface of the single crystal AlN substrate 10 is measured by Auger electron spectroscopy (AES analysis) in the laser processed region 103 after the first chemical treatment.

〔素子特性の評価方法〕
裏面粗化の効果を評価するために、第２薬液浸漬前、および浸漬後のそれぞれについて、２２０〜６００ｎｍの光出力のトータルカウント量（積算量）を演算し、「第２薬液浸漬後の、２２０〜６００ｎｍの光出力のトータルカウント量（積算量）」を、「第２薬液浸漬前の、２２０〜６００ｎｍの光出力のトータルカウント量（積算量）」で除する事で光出力の向上比の評価を実施する。
半導体積層部２０の光出力は積分球により測定される。 [Evaluation method of device characteristics]
In order to evaluate the effect of the back surface roughening, the total count amount (integrated amount) of the light output of 220 to 600 nm was calculated for each of the second chemical solution before and after the immersion, and “after the second chemical solution immersion, Ratio of improvement in light output by dividing “total count amount (integrated amount) of light output of 220 to 600 nm” by “total count amount (integrated amount) of light output of 220 to 600 nm before immersion in the second chemical solution” ” Conduct an assessment of
The light output of the semiconductor stacked unit 20 is measured by an integrating sphere.

また、半導体発光素子１の信頼性についての評価は以下の手順で行なう。すなわち、温度８５℃、湿度８５％の環境で２５０時間、半導体発光素子１を１００ｍＡで通電した後、−５Ｖから＋１２Ｖまでの電圧を半導体発光素子１にかけ、スイープしたＩＶカーブを得る。
このＩＶカーブのデータを用いて、表１に示した４項目を基準として、半導体発光素子１の電気特性を評価する。具体的には、半導体発光素子１に−５Ｖをかけた際の逆方向リーク電流Ｉｒが１０μＡより小さいこと、半導体発光素子１に４Ｖをかけた時の正方向電流Ｉｆが１ｍＡより小さいこと、半導体発光素子１に１００ｍＡをかけた時の順方向電圧（すなわち、順方向電流を印加したときの半導体発光素子の端子間電圧）Ｖｆが１２Ｖより小さいこと、半導体発光素子１に１００ｍＡをかけた時の発光の強度が１２５μＷより大きいこと、の計４つの条件を同時に満たした場合、半導体発光素子１が良品と判断される。 The reliability of the semiconductor light emitting device 1 is evaluated according to the following procedure. That is, after energizing the semiconductor light emitting element 1 at 100 mA for 250 hours in an environment of temperature 85 ° C. and humidity 85%, a voltage from −5 V to +12 V is applied to the semiconductor light emitting element 1 to obtain a swept IV curve.
Using the IV curve data, the electrical characteristics of the semiconductor light-emitting element 1 are evaluated with reference to the four items shown in Table 1. Specifically, the reverse leakage current Ir when −5 V is applied to the semiconductor light emitting element 1 is smaller than 10 μA, the forward current If when 4 V is applied to the semiconductor light emitting element 1 is smaller than 1 mA, the semiconductor The forward voltage when 100 mA is applied to the light-emitting element 1 (that is, the voltage across the terminals of the semiconductor light-emitting element when a forward current is applied) Vf is less than 12 V, and when the semiconductor light-emitting element 1 is applied with 100 mA The semiconductor light emitting element 1 is determined to be a non-defective product when the four conditions of the emission intensity of greater than 125 μW are simultaneously satisfied.

〔シェア強度〕
図２に示すように、半導体発光素子１がサブマウント基板４０上にフリップチップ実装されてなる半導体装置の接合状態を評価する。
ＮｏｒｄｏｎＤａｇｅ社製のボンドテスター装置「４０００ＭｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅＢｏｎｄｔｅｓｔｅｒ」を用いてシェアツールを半導体装置の側面に平行にあて、水平に加重をかけたとき、フリップチップ接合部が破壊するまでにかけた印加加重を測定することで接合状態の比較を行うことが出来る。 [Share strength]
As shown in FIG. 2, the bonding state of the semiconductor device in which the semiconductor light emitting element 1 is flip-chip mounted on the submount substrate 40 is evaluated.
Using a bond tester device “4000 Multipurpose Bondtester” made by NordonDage, measure the applied load until the flip chip joint breaks when the shear tool is placed parallel to the side of the semiconductor device and applied horizontally. Can compare the bonding state.

以下に、実施例および比較例を示す。
各実施例および比較例では、下記に示す手順で半導体発光素子を作成し、作成した半導体発光素子について、上記測定方法にしたがって各種諸元の測定を行ない、評価を行なった。
なお、下記の記載を除く事項については、上記に準じて加工を施した。
＜実施例１＞
図３は本発明の実施例１における半導体発光素子１の形成方法を示す。なお、図３において、半導体発光素子１となる素子部の形状は簡略化して記載しているが、実際には、図１に示す形状を有する。 Examples and comparative examples are shown below.
In each of the examples and comparative examples, a semiconductor light emitting device was prepared according to the following procedure, and various specifications were measured and evaluated for the prepared semiconductor light emitting device according to the measurement method described above.
In addition, about the matter except the following description, it processed according to the above.
<Example 1>
FIG. 3 shows a method of forming the semiconductor light emitting device 1 in Example 1 of the present invention. In FIG. 3, the shape of the element portion to be the semiconductor light emitting element 1 is illustrated in a simplified manner, but actually has the shape shown in FIG.

まず、図３（ａ）に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０上に、半導体積層部２０および電極部が形成された半導体ウェハにおいて、第１主面１０１の、半導体発光素子１となる素子間に設定されたスクライブ部に対し、波長が３６５ｎｍのレーザを用いて、第１主面１０１側から、スクライブ部の中央に深さが１００μｍ、幅１０μｍで溝を掘った。ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の３００倍で確認した結果により、その溝にはレーザ加工から生じた変質部に充満されていた。また、その変質部をＡＥＳ（オージェ電子分光法）で分析した結果として、変質部はＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）であることが確認された。 First, as shown in FIG. 3A, in a semiconductor wafer in which a semiconductor laminated portion 20 and an electrode portion are formed on a single crystal AlN substrate 10, the first main surface 101 between the elements to be the semiconductor light emitting element 1 is formed. A groove having a depth of 100 μm and a width of 10 μm was dug in the center of the scribe portion from the first main surface 101 side using a laser having a wavelength of 365 nm. According to the result confirmed by SEM (scanning electron microscope) 300 times, the groove was filled with the altered portion resulting from the laser processing. Moreover, as a result of analyzing the altered portion by AES (Auger electron spectroscopy), the altered portion is AlN _x O _1.5y (0 ≦ (x + y) ≦ 1, 0 <x <1, 0 <y ≦ 1). It was confirmed that there was.

次に、図３（ｂ）に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２にローラー或はマウントを使用し、保護層５０としてＵＶテープを気泡巻き込み無きようローラーを用いて貼り付けた。
続いて、半導体ウェハの単結晶ＡｌＮ基板１０のレーザ加工された領域１０３をｐＨ１３．５に調整した第１薬液の中に３０分浸し、保護層５０（ＵＶテープ）を第２主面１０２から外し、更にアセトンの中に３０分浸し、第２主面１０２の洗浄を行った。図３（ｃ）に示すように、レーザ加工された領域１０３の、レーザ加工により生成された変質層が除去され、これにより、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１の面積が、第２主面１０２の面積よりも小さくなり、素子の側面に楔のような形が形成された。 Next, as shown in FIG. 3B, a roller or a mount is used for the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10, and UV tape is stuck as a protective layer 50 using a roller so that no bubbles are involved. It was.
Subsequently, the laser-processed region 103 of the single crystal AlN substrate 10 of the semiconductor wafer is immersed in a first chemical adjusted to pH 13.5 for 30 minutes, and the protective layer 50 (UV tape) is removed from the second main surface 102. Further, the second main surface 102 was cleaned by dipping in acetone for 30 minutes. As shown in FIG. 3C, the altered layer generated by the laser processing is removed from the laser processed region 103, whereby the area of the first main surface 101 of the single crystal AlN substrate 10 becomes the second. The area was smaller than the area of the main surface 102, and a wedge-like shape was formed on the side surface of the element.

その後、光出力の測定を実施したあと、第２薬液で単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２のエッチングを行なった（エッチング工程を行った）。実施例１の半導体発光素子１は、第２主面１０２を、ｐＨが１１．５の第２薬液に１分間ディップした。その結果、図３（ｄ）に示すように第２主面１０２に六角錘が形成された。六角錘を形成した第２主面１０２の表面荒さを触針式段差計で測定したところ第２主面１０２の算術平均粗さＲａは２００ｎｍであった。
さらに第２薬液に浸漬後の光出力を再度測定した。 Thereafter, after measuring the optical output, the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10 was etched with the second chemical solution (the etching process was performed). In the semiconductor light emitting device 1 of Example 1, the second main surface 102 was dipped in the second chemical solution having a pH of 11.5 for 1 minute. As a result, a hexagonal weight was formed on the second main surface 102 as shown in FIG. When the surface roughness of the second main surface 102 on which the hexagonal pyramid was formed was measured with a stylus profilometer, the arithmetic average roughness Ra of the second main surface 102 was 200 nm.
Further, the light output after immersion in the second chemical solution was measured again.

次に、図３（ｅ）のように、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２からブレードを当てて押すことにより半導体素子の割断を行った。その後第１薬液で処理した単結晶ＡｌＮ基板１０のレーザ加工された領域側面の変質層の有無を確認するために、レーザ加工領域１０３をＳＥＭの３００００倍で観察し、ＡＥＳ分析を行った。
ＳＥＭ観察の結果として、変質部が見られず、ＡＥＳ分析でもＡｌとＮしか検出出来ず、Ｏは検出限界以下であった。
変質層を除去することにより、上面視で、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１の外径が、第２主面１０２の外径よりも小さくなり、半導体素子の側面に楔のような形が形成された。 Next, as shown in FIG. 3E, the semiconductor element was cleaved by pressing the blade from the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10 and pressing it. Thereafter, in order to confirm the presence or absence of an altered layer on the side surface of the laser-processed region of the single crystal AlN substrate 10 treated with the first chemical solution, the laser-processed region 103 was observed at 30000 times the SEM, and AES analysis was performed.
As a result of SEM observation, an altered portion was not observed, and only A1 and N could be detected by AES analysis, and O was below the detection limit.
By removing the deteriorated layer, the outer diameter of the first main surface 101 of the single crystal AlN substrate 10 is smaller than the outer diameter of the second main surface 102 in a top view, and the side surface of the semiconductor element is like a wedge. A shape was formed.

半導体発光素子１の側面が楔のような形状であることにより、後工程において、ウェハを分割して生成された半導体発光素子１に対して、封止剤を導入する際に、素子側面と封止剤との接触面積が大きくなり、アンカー効果によって、接着力が高まる効果がある。
また、素子側面と封止剤との密着性が良くなることによって、湿気が侵入しにくくなる。その結果、温度８５℃湿度８５％の条件で行った信頼性試験では、上面視で、単結晶ＡｌＮ基板１０の第１主面１０１の外径が、第２主面１０２の外径よりも小さくなった半導体発光素子１の方が、他の半導体発光素子よりも信頼性に優れていることが確認できた。 Since the side surface of the semiconductor light emitting device 1 has a wedge-like shape, when the sealing agent is introduced into the semiconductor light emitting device 1 generated by dividing the wafer in the subsequent process, the side surface of the semiconductor light emitting device 1 is sealed. The contact area with the stopper is increased, and the anchoring effect has the effect of increasing the adhesive force.
Further, the adhesion between the element side surface and the sealant is improved, so that moisture does not easily enter. As a result, in a reliability test performed under the condition of a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, the outer diameter of the first main surface 101 of the single crystal AlN substrate 10 is smaller than the outer diameter of the second main surface 102 in a top view. It was confirmed that the semiconductor light emitting device 1 thus obtained had higher reliability than other semiconductor light emitting devices.

また、半導体発光素子１の光出力について、単結晶ＡｌＮ基板１０の屈折率が高いため、内部の発光が外部に取り出すことは困難となり、外への入射角度が２５°以上の発光は全て反射されてしまう。第２薬液を使用し、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２に六角錘を形成することによって、発光の入射角度を変更し、光の取り出し効率を１．２倍に向上させることができた。また、実施例１の半導体素子のシェア強度は９６９ｇであった。
また、上述のような各種の信頼性試験を行なった後、表１に示す素子の電気特性を評価した。その結果、電気特性を評価した２０個全ての半導体発光素子１が良品と判断された。また、光出力の向上比は、１．２１であった。 Further, with respect to the light output of the semiconductor light emitting device 1, since the refractive index of the single crystal AlN substrate 10 is high, it is difficult to extract the internal light emission to the outside, and all the light emission having an external incident angle of 25 ° or more is reflected. End up. By using the second chemical solution and forming a hexagonal pyramid on the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10, the incident angle of light emission can be changed and the light extraction efficiency can be improved by a factor of 1.2. It was. In addition, the shear strength of the semiconductor element of Example 1 was 969 g.
Further, after performing various reliability tests as described above, the electrical characteristics of the elements shown in Table 1 were evaluated. As a result, all 20 semiconductor light emitting devices 1 whose electrical characteristics were evaluated were determined to be non-defective products. Moreover, the improvement ratio of the light output was 1.21.

＜実施例２＞
次に、実施例２を説明する。
図４に示すように、単結晶ＡｌＮ基板１０の第２主面１０２のエッチング時間を１分から１０分に延長し、他は実施例１と同じ条件で加工し半導体発光素子１を作成した。そして、実施例１と同様の評価を実施した。
第２主面１０２の表面荒さを触針式段差計で測定したところ第２主面１０２の算術平均粗さＲａは１０μｍであった。実施例１と同様に素子の光取り出し効率は１．２倍まで向上されたことを確認した。また、実施例２の素子のシェア強度が９２５ｇになり、第２主面１０２の算術平均粗さが１０μｍの場合、フリップチップ実装に影響ないことが確認された。
また、上述のような各種の信頼性試験を行なった後、表１に示す素子の電気特性を評価した。その結果、電気特性を評価した２０個全ての半導体発光素子１が良品と判断された。また、光出力の向上比は、１．２４であった。 <Example 2>
Next, Example 2 will be described.
As shown in FIG. 4, the etching time of the second main surface 102 of the single crystal AlN substrate 10 was extended from 1 minute to 10 minutes, and the others were processed under the same conditions as in Example 1 to produce the semiconductor light emitting device 1. And evaluation similar to Example 1 was implemented.
When the surface roughness of the second main surface 102 was measured with a stylus profilometer, the arithmetic average roughness Ra of the second main surface 102 was 10 μm. As in Example 1, it was confirmed that the light extraction efficiency of the device was improved to 1.2 times. Further, when the shear strength of the element of Example 2 was 925 g and the arithmetic average roughness of the second main surface 102 was 10 μm, it was confirmed that the flip chip mounting was not affected.
Further, after performing various reliability tests as described above, the electrical characteristics of the elements shown in Table 1 were evaluated. As a result, all 20 semiconductor light emitting devices 1 whose electrical characteristics were evaluated were determined to be non-defective products. Moreover, the improvement ratio of the light output was 1.24.

＜比較例１＞
次に、比較例１を説明する。
実施例１と同様の手順で半導体発光素子を作成するが、保護層を設けて第１薬液により変質部を除去する処理は省いて、図５に示す比較例１の半導体発光素子を作成し、実施例１と同様の評価を実施した。
つまり、図５に示すように、レーザ加工を行なった領域１０３に、変質部を残したままの状態で、半導体発光素子を作成した。
その結果、第２主面１０２の算術平均粗さＲａは２００ｎｍ、シェア強度は９５７ｇであった。
また、電気特性を評価した２０個中、２個の半導体発光素子１が良品と判断された。また、光出力の向上比は１．２３であった。 <Comparative Example 1>
Next, Comparative Example 1 will be described.
A semiconductor light-emitting device is prepared in the same procedure as in Example 1, but the protective layer is provided and the process of removing the altered portion with the first chemical solution is omitted, and the semiconductor light-emitting device of Comparative Example 1 shown in FIG. Evaluation similar to Example 1 was implemented.
That is, as shown in FIG. 5, the semiconductor light emitting element was formed with the altered portion remaining in the laser processed region 103.
As a result, the arithmetic mean roughness Ra of the second main surface 102 was 200 nm, and the shear strength was 957 g.
Moreover, it was judged that 2 of the 20 semiconductor light emitting elements 1 whose electrical characteristics were evaluated were non-defective. Moreover, the improvement ratio of the light output was 1.23.

＜比較例２＞
次に、比較例２を説明する。
実施例２と同様の手順で半導体発光素子を作成するが、第１薬液時の保護層を設けずに、図６に示す比較例２の装置を作成し、実施例１と同様の評価を実施した。第１薬液及び第２薬液にエッチングされた第２主面１０２の表面荒さを触針式段差計で測定したところ、第２主面の算術平均粗さは１５μｍであった。比較例２の素子のシェア強度が３０７ｇになり、第２主面１０２の算術平均粗さは１５μｍになった場合、素子をフリップチップ実装する際に、第２主面１０２で受けた押す力及び超音波の強度が均一に分散されず、基板と素子の間のシェア強度が弱くなることが確認された。なお、光出力の向上比は１．２３であった。 <Comparative Example 2>
Next, Comparative Example 2 will be described.
A semiconductor light emitting device is prepared in the same procedure as in Example 2, but without providing a protective layer for the first chemical solution, the device of Comparative Example 2 shown in FIG. 6 is prepared, and the same evaluation as in Example 1 is performed. did. When the surface roughness of the 2nd main surface 102 etched by the 1st chemical | medical solution and the 2nd chemical | medical solution was measured with the stylus type level difference meter, the arithmetic mean roughness of the 2nd main surface was 15 micrometers. When the shear strength of the element of Comparative Example 2 is 307 g and the arithmetic average roughness of the second main surface 102 is 15 μm, when the element is flip-chip mounted, the pressing force received on the second main surface 102 and It was confirmed that the intensity of ultrasonic waves was not uniformly dispersed, and the shear strength between the substrate and the element was weakened. The light output improvement ratio was 1.23.

＜比較例３＞
次に、比較例３を説明する。
実施例１と同様の手順で半導体発光素子を作成するが、第２薬液により第２主面１０２をエッチングする処理を除いて、図７に示す比較例３の装置を作成し、実施例１と同様の評価を実施した。比較例３の素子のシェア強度は９７３ｇになった。
上述の実施例１、２および比較例１、２、３により得た評価結果を表２に示す。 <Comparative Example 3>
Next, Comparative Example 3 will be described.
A semiconductor light emitting device is prepared in the same procedure as in Example 1. However, except for the process of etching the second main surface 102 with the second chemical solution, an apparatus of Comparative Example 3 shown in FIG. A similar evaluation was performed. The shear strength of the device of Comparative Example 3 was 973 g.
Table 2 shows the evaluation results obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2, and 3 described above.

表２に示す評価結果から、実施例１が、素子特性のばらつきが最も小さく、且つ、光取り出し効率が高く、優れた特性を有する半導体発光素子を生成することができることが確認できた。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態や実施例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態や実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、各実施形態や実施例を任意に組み合わせてもよく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす、すべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。 From the evaluation results shown in Table 2, it was confirmed that Example 1 can produce a semiconductor light emitting device having the smallest variation in device characteristics, high light extraction efficiency, and excellent properties.
The scope of the present invention is not limited to the exemplary embodiments and examples shown and described. Based on the knowledge of those skilled in the art, design changes or the like may be added to each embodiment or example, and each embodiment or example may be arbitrarily combined, and is equivalent to the purpose of the present invention. Also includes all embodiments that provide an effect. Further, the scope of the invention can be defined by any desired combination of particular features among all the disclosed features.

１半導体発光素子
１０単結晶ＡｌＮ基板
１０１第１主面
１０２第２主面
２０半導体積層部
２１第１導電型層
２２発光層
２３第２導電型層
３０３１、３２電極部
４０サブマウント基板
５０保護層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor light-emitting device 10 Single crystal AlN substrate 101 1st main surface 102 2nd main surface 20 Semiconductor laminated part 21 1st conductivity type layer 22 Light emitting layer 23 2nd conductivity type layer 30 31, 32 Electrode part 40 Submount substrate 50 Protection layer

Claims

第１主面側に半導体積層部が形成されたＡｌＮ単結晶からなる半導体ウェハに対して、前記半導体ウェハを個片化するためのレーザ加工を前記第１主面側から行なう工程と、
前記レーザ加工後、前記第１主面の裏面である第２主面に保護層を形成する工程と、
前記第２主面に前記保護層を形成した後、前記第１主面の前記レーザ加工がなされた領域を第１薬液で処理する第１処理工程と、
前記第１処理工程後、前記保護層を除去し、前記第２主面を第２薬液で処理する第２処理工程と、
前記第２処理工程後、前記レーザ加工がなされた領域を利用して前記半導体ウェハを個片化する工程と、
を備える半導体発光素子の製造方法。 A step of performing laser processing for separating the semiconductor wafer from the first main surface side with respect to a semiconductor wafer made of an AlN single crystal having a semiconductor laminated portion formed on the first main surface side;
After the laser processing, forming a protective layer on the second main surface that is the back surface of the first main surface;
After forming the protective layer on the second main surface, a first processing step of processing the laser-processed region of the first main surface with a first chemical solution;
A second treatment step of removing the protective layer and treating the second main surface with a second chemical after the first treatment step;
After the second treatment step, the step of separating the semiconductor wafer using the laser-processed region;
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device comprising:

前記第１薬液および前記第２薬液が、アルカリ性である請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the first chemical liquid and the second chemical liquid are alkaline.

前記第１薬液のｐＨが前記第２薬液のｐＨよりも大きい請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 2, wherein the pH of the first chemical solution is larger than the pH of the second chemical solution.

前記第２処理工程後の前記第２主面の表面粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。 4. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein a surface roughness of the second main surface after the second treatment step is 200 nm or more and 10 μm or less. 5.

前記第１処理工程が、前記レーザ加工により前記半導体ウェハに形成された凹部に存在するＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を除去する工程である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。 The first treatment step _removes AlN _x O _1.5y (0 ≦ (x + y), 0 <x <1, 0 <y <1) present in the recess formed in the semiconductor wafer by the laser processing. The method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the method is a process.

ＡｌＮ基板と、
当該ＡｌＮ基板の第１主面側に設けられた半導体積層部と、を備え、
上面視で前記第１主面は、その外径が、前記第１主面の裏面である第２の主面の外径よりも内側にあり、かつ、前記第２主面の算術平均粗さが２００ｎｍ以上１０μｍ以下である半導体発光素子。 An AlN substrate;
A semiconductor laminated portion provided on the first main surface side of the AlN substrate,
In the top view, the first main surface has an outer diameter inside the outer diameter of the second main surface that is the back surface of the first main surface, and the arithmetic average roughness of the second main surface. Is a semiconductor light emitting device having a thickness of 200 nm to 10 μm.

前記ＡｌＮ基板は、
前記第１主面側の第１領域と、断面において前記ＡｌＮ基板の側面間の間隔が前記第１領域よりも大きい前記第２主面側の第２領域とを有し、
前記第１領域の側面は、ＡｌＮ_ｘＯ_１．５ｙ（０≦（ｘ＋ｙ）≦１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦１）を含まない請求項６に記載の半導体発光素子。 The AlN substrate is
A first region on the first main surface side, and a second region on the second main surface side in which the interval between the side surfaces of the AlN substrate in the cross section is larger than the first region;
7. The semiconductor light emitting element according to claim 6, wherein a side surface of the first region does not include AlN _x O _1.5y (0 ≦ (x + y) ≦ 1, 0 <x <1, 0 <y ≦ 1).

前記半導体積層部が、波長２１０〜３２０ｎｍの紫外光を発光する請求項６または請求項７に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light-emitting element according to claim 6, wherein the semiconductor stacked portion emits ultraviolet light having a wavelength of 210 to 320 nm.