JP6789675B2 - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関する。
特許文献１には、基板と、基板の表面に形成された半導体層と、基板の裏面の縁部を露出させるように基板の裏面の内方部を被覆する反射膜（光反射層）と、基板の側面に形成された改質層とを含む、発光デバイス（半導体発光素子）が開示されている。この発光デバイスは、次のような工程を経て製造されている。
まず、ウエハの表面に半導体層が形成され、ウエハの裏面に反射膜が形成される。次に、切削ブレードによって、反射膜の不要な部分が除去されて、反射膜にウエハの裏面が露出する溝が形成される。次に、反射膜の溝から露出するウエハの裏面に向けてレーザ光が照射されて当該ウエハ内に改質層が形成される。その後、改質層を起点として基板が分割されて、複数個の発光デバイスが個片化される。
特開２０１３−１６５１８６号公報
特許文献１に開示された半導体発光素子では、光反射層を除去するための裏面アライナー（切削ブレード）を備えた装置を準備する必要があり、設備投資の費用が嵩むだけでなく、半導体発光素子の製造工数が増加する。そのため、半導体発光素子のコストが増加するという課題がある。さらに、基板の裏面の縁部を露出させるように光反射層が形成されるため、製造後の半導体発光素子では、基板の裏面に光反射層が存在しない部分が生じてしまう。そのため、半導体層で生成された光が半導体層側に向けて反射されず、光反射層が存在しない部分を通して外部に放出されるから、光損失によって輝度が低下するという課題がある。
そこで、本発明は、コストの増大を抑制しつつ、輝度を良好に向上させることができる半導体発光素子の製造方法を提供することを一つの目的とする。また、本発明は、前記半導体発光素子の製造方法により製造された半導体発光素子を提供することを他の目的とする。
本発明の半導体発光素子の製造方法は、一方表面および他方表面を有するウエハにおいて、前記ウエハの前記一方表面側に、光が生成される半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記ウエハ内における前記一方表面から前記他方表面側に間隔を空けた領域に集光点を合わせて前記ウエハの前記他方表面側からレーザ光を選択的に照射し、前記ウエハを構成する材料を変質させることにより、他の領域とは異なる物理的特性とされた改質層を前記ウエハ内に選択的に形成する改質層形成工程と、前記改質層形成工程の後、前記半導体層で生成される光を前記半導体層側に向けて反射させる光反射層を前記ウエハの前記他方表面側に形成する工程と、前記改質層を起点として前記光反射層と共に前記ウエハを分割することにより、複数個の半導体発光素子の個片を切り出す工程とを含む。
本発明の半導体発光素子は、一方表面と、その反対側の他方表面と、それらを接続する側面とを有する基板と、前記基板の前記一方表面側に形成され、光が生成される半導体層と、前記基板の前記他方表面の全域を覆うように前記基板の前記他方表面側に形成され、前記半導体層で生成された光を前記半導体層側に向けて反射させる光反射層とを含み、前記基板の前記側面には、前記一方表面から前記他方表面側に間隔を空けて、前記基板を構成する材料が変質することにより他の領域とは異なる物理的特性とされた改質層が形成されていることを特徴とする。
本発明の半導体発光素子の製造方法では、改質層形成工程の後、ウエハの他方表面側に光反射層を形成しており、改質層を起点として光反射層と共にウエハを分割している。分割されたウエハは、半導体発光素子の一部を構成する基板となる。このように、本発明の製造方法によれば、光反射層を除去することなく、基板の他方表面の全域が光反射層によって被覆された構成を有する半導体発光素子を製造できる。これにより、光反射層を除去する工程を実行する必要がなくなり、当該光反射層を除去するための装置を別途準備する必要もなくなるから、半導体発光素子のコストを削減できる。
たとえば、光反射層を除去することなく当該光反射層を介して基板にレーザ光を照射する方法も考えられる。しかし、この方法の場合には、光反射層によってレーザ光の一部が反射されたり、当該光反射層が障壁となったりするから、ウエハの内部に改質層を良好に形成できない虞がある。これに対して、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、改質層形成工程の後に光反射層を形成しているので、光反射層を介して基板にレーザ光が照射されることがない。これにより、ウエハの内部に改質層を良好に形成できるから、半導体発光素子を良好に個片化できる。
また、改質層形成工程の後に光反射層を形成しているので、光反射層にレーザ光の照射によるダメージが入らない。したがって、光反射層を一様な材質でウエハの他方表面側に形成できる。これにより、半導体層で生成された光を良好に反射させることができる光反射層を形成できるから、輝度を良好に向上させることができる。
さらに、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、ウエハ内における一方表面から他方表面側に間隔を空けた領域に集光点を合わせてウエハの他方表面側からレーザ光を照射しているから、半導体層を一様な材質でウエハの一方表面側に形成できる。これにより、半導体層で光を良好に生成させることができるから、このような観点からも、輝度を良好に向上させることができる。
本発明の半導体発光素子は、たとえば前述の半導体発光素子の製造方法を経ることで製造される。したがって、コストの増大を抑制しつつ、輝度を良好に向上させることができる半導体発光素子を提供できる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。 図２は、図１のII-II線に沿う縦断面図である。 図３は、図１の半導体発光素子が搭載された発光素子パッケージの縦断面図である。 図４は、図１の半導体発光素子の製造方法の一工程を示す工程図である。 図５Ａは、図１の半導体発光素子の製造工程の一工程を示す縦断面図である。 図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す縦断面図である。 図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す縦断面図である。 図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す縦断面図である。 図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す縦断面図である。 図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す縦断面図である。 図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す縦断面図である。 図５Ｈは、図５Ｇの次の工程を示す縦断面図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。 図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。 図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。 図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。 図１０は、本発明の第６実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。 図１１は、本発明の第７実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。 図１２は、本発明の第８実施形態に係る半導体発光素子の斜視図である。
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子１の斜視図である。図２は、図１のII-II線に沿う縦断面図である。
図１および図２に示されるように、本実施形態に係る半導体発光素子１は、直方体形状の透光性の基板２を含む。基板２は、サファイア基板であってもよい。基板２は、一方表面３と、その反対の他方表面４と、それらを接続する４つの側面５とを有している。基板２の一方表面３上には、本発明の光が生成される半導体層の一例としてのエピタキシャル層６が形成されている。
エピタキシャル層６は、基板２の一方表面３の全域を覆うように基板２の一方表面３上に形成されている。エピタキシャル層６は、基板２の一方表面３側からこの順に積層されたｎ型の第１半導体層７、発光層８およびｐ型の第２半導体層９を含む。第１半導体層７、発光層８および第２半導体層９は、いずれもIII族窒化物半導体を含む。第１半導体層７、発光層８および第２半導体層９は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含んでいてもよい。
エピタキシャル層６は、第１半導体層７を露出させるように、第１半導体層７の一部、発光層８および第２半導体層９を選択的に切り欠いて形成されたメサ構造１０と、当該メサ構造１０の外側の領域であり、第１半導体層７が露出する外方領域１１とを有している。外方領域１１は、第１半導体層７からなる単層構造を有しており、平面視において基板２の一方表面３における一つの角部に扇形状に形成されている。一方、メサ構造１０は、平面視において外方領域１１を取り囲むようにＬ字形状に形成されている。
エピタキシャル層６上には、第１半導体層７に電気的に接続される第１コンタクト電極１２と、第２半導体層９に電気的に接続される第２コンタクト電極１３とが配置されている。第１コンタクト電極１２および第２コンタクト電極１３は、たとえば酸化亜鉛（ＺｎＯ）または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含む透明電極である。
第１コンタクト電極１２は、メサ構造１０および基板２の側面５から間隔を空けて、外方領域１１に接合されている。第１コンタクト電極１２は、本実施形態では、平面視において外方領域１１と略相似形状とされた扇形状に形成されている。一方、第２コンタクト電極１３は、外方領域１１および基板２の側面５から間隔を空けて、メサ構造１０における第２半導体層９に接合されている。第２コンタクト電極１３は、本実施形態では、メサ構造１０と略相似形状とされた平面視Ｌ字形状に形成されている。なお、第２コンタクト電極１３は、平面視Ｌ字形状に限定されることはなく、平面視四角形状やその他任意の形状に形成されていてもよい。
第１コンタクト電極１２上には、第１半導体層７に電気的に接続される第１外部端子１４が配置されており、第２コンタクト電極１３上には、第２半導体層９に電気的に接続される第２外部端子１５が配置されている。第１外部端子１４および第２外部端子１５は、基板２の一つの対角線に沿って互いに間隔を空けて配置されている。第１外部端子１４および第２外部端子１５は、金（Ａｕ）を含んでいてもよい。
第１外部端子１４は、本実施形態では、平面視において第１コンタクト電極１２と略相似形状とされた扇型の柱状に形成されている。なお、第１外部端子１４は、扇型の柱状に限定されることはなく、四角柱状、円柱状、またはその他任意の形状に形成されていてもよい。第２外部端子１５は、本実施形態では、柱状（本実施形態では円柱状）に形成されている。なお、第２外部端子１５は、円柱状に限定されることはなく、扇型の柱状、四角柱状、またはその他任意の形状に形成されていてもよい。
基板２の他方表面４側には、当該基板２の他方表面４の全域を被覆するように、エピタキシャル層６（発光層８）で生成された光をエピタキシャル層６側に向けて反射させるための光反射層１６が形成されている。光反射層１６は、一つの金属膜からなる単層構造を有していてもよいし、複数の金属膜が積層された積層構造を有していてもよい。光反射層１６は、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）を含む群から選択される１種または２種以上の金属膜によって形成されていてもよい。
また、光反射層１６は、屈折率の異なる複数の絶縁膜が積層された積層構造を有する絶縁層であってもよい。光反射層１６は、屈折率の異なる絶縁膜が１／４波長の光学長で交互に積層された積層構造を有するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射）層であってもよい。ＤＢＲ層は、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＡｌＯＮおよびＳｉＯＮを含む群から選択される２種以上の絶縁膜によって形成されていてもよい。
また、光反射層１６は、金属膜および絶縁膜（ＤＢＲ層）の両方を含む積層構造を有していてもよい。この場合、光反射層１６は、基板２の他方表面４側から金属膜および絶縁膜（ＤＢＲ層）を含む積層構造を有していてもよいし、基板２の他方表面４側から絶縁膜（ＤＢＲ層）および金属膜を含む積層構造を有していてもよい。
図１および図２を参照して、本実施形態に係る半導体発光素子１は、基板２の側面５における一方表面３から他方表面４側に間隔を空けた位置に形成され、基板２を構成する材料が変質することにより他の領域とは異なる物理的特性とされた改質層１７を含む。
なお、「変質」とは、結晶状態が他の領域とは異なる結晶状態となることを意味する。また、「改質層１７」とは、変質によって密度、屈折率、機械的強度（結晶強度）やその他の物理的特性が、他の領域とは異なる状態となった層のことをいう。例えば、改質層１７には、溶融した後再度硬化した溶融再硬化層、空孔や亀裂等を含む欠陥層、絶縁破壊によって生じた絶縁破壊層または他の領域とは異なる屈折率を有する屈折率変化層、もしくは、これらの層が混在した層等が含まれる。改質層１７は、本実施形態では、レーザ光の照射によって形成された加工痕（レーザ加工痕）でもある。
改質層１７は、基板２の一方表面３および他方表面４と平行な方向に延びるように基板２の側面５に沿って帯状に形成されており、基板２の内側の領域を取り囲んでいる。改質層１７は、本実施形態では、基板２の一方表面３および他方表面４から間隔を空けて形成されている。前述の光反射層１６は、基板２の他方表面４の全域を被覆している。したがって、改質層１７は、平面視において基板２の周縁全域に亘って光反射層１６と対向している。なお、改質層１７は、必ずしも基板２の周縁全域に亘って連続的に形成されている必要はなく、基板２の側面５に沿って断続的（間欠的）に形成されていてもよい。
このような構成において、エピタキシャル層６は、一様な材質で基板２の一方表面３側に形成されている。つまり、エピタキシャル層６において、第１半導体層７、発光層８および第２半導体層９は、いずれも、一様な材質で基板２の一方表面３側に形成されている。エピタキシャル層６が一様な材質であるとは、エピタキシャル層６が、改質層１７における基板２の材料の変質の影響を全くまたは殆ど受けずに一様な結晶状態で基板２の一方表面３側に形成されていることを意味する。たとえば、改質層１７と基板２の一方表面３との間の距離が１０μｍ以上に設定されることにより、改質層１７における基板２の材料の変質の影響がエピタキシャル層６に及ぶのを効果的に抑制または防止できる。
また、光反射層１６は、一様な材質で基板２の他方表面４側に形成されている。光反射層１６が一様な材質であるとは、光反射層１６が、改質層１７における基板２の材料の変質の影響を全くまたは殆ど受けずに一様な結晶状態で基板２の他方表面４側に形成されていることを意味する。
半導体発光素子１は、図３に示されるように、発光素子パッケージ２１に搭載される。図３は、図１の半導体発光素子１が搭載された発光素子パッケージ２１の縦断面図である。図３に示されるように、発光素子パッケージ２１は、前述の半導体発光素子１と、半導体発光素子１を支持する支持基板２２と、半導体発光素子１に電気的に接続された複数個の端子電極膜２３と、半導体発光素子１を封止する封止樹脂２４とを含む。
支持基板２２は、本実施形態では直方体形状に形成されており、半導体発光素子１が配置される上面２５と、その反対側に位置し実装用電極面とされる下面２６と、上面２５および下面２６を接続する４つの側面２７とを有している。支持基板２２の上面２５の中央部には、半導体発光素子１が接合されるダイパッド２８が配置されている。半導体発光素子１は、他方表面４を支持基板２２の上面２５に向けた状態で、光反射層１６とダイパッド２８とが接合材２９を介して接合されることによって、支持基板２２に支持されている。
複数個の端子電極膜２３には、半導体発光素子１の第１半導体層７に電気的に接続される第１端子電極膜３０と、半導体発光素子１の第２半導体層９に電気的に接続される第２端子電極膜３１とが含まれる。第１端子電極膜３０は、支持基板２２の一つの側面２７側に配置されており、第２端子電極膜３１は、支持基板２２における第１端子電極膜３０が形成された側面２７と対向する側面２７側に配置されている。
第１端子電極膜３０および第２端子電極膜３１は、それぞれ支持基板２２の上面２５に設けられた上面電極膜３０ａ，３１ａと、支持基板２２の下面２６に設けられた下面電極膜３０ｂ，３１ｂと、上面電極膜３０ａ，３１ａと下面電極膜３０ｂ，３１ｂとを接続する接続部３０ｃ，３１ｃとを有している。図３では、接続部３０ｃ，３１ｃが、支持基板２２の側面２７に設けられた接続電極膜である例が示されているが、接続部３０ｃ，３１ｃは、支持基板２２を貫通して上面電極膜３０ａ，３１ａと下面電極膜３０ｂ，３１ｂとを電気的に接続するビア電極であってもよい。
第１端子電極膜３０は、第１外部端子１４と上面電極膜３０ａとが、たとえばボンディングワイヤ等の導線３２を介して電気的に接続されることによって、半導体発光素子１に電気的に接続されている。第２端子電極膜３１は、第２外部端子１５と上面電極膜３１ａとが、たとえばボンディングワイヤ等の導線３３を介して電気的に接続されることによって、半導体発光素子１に電気的に接続されている。
支持基板２２の上面２５には、半導体発光素子１を取り囲む枠部材３４が設けられている。枠部材３４は、半導体発光素子１から離れる方向に上り傾斜する傾斜部３５を有している。枠部材３４は、半導体発光素子１の光を反射させる反射板を兼ねていてもよい。枠部材３４は、支持基板２２と一体的に設けられていてもよいし、別体として設けられていてもよい。枠部材３４は、たとえば白色樹脂を含んでいてもよい。
封止樹脂２４は、支持基板２２の上面２５において、半導体発光素子１を封止するように枠部材３４により取り囲まれた空間内を埋めている。封止樹脂２４は、透明の樹脂材料からなり、たとえばシリコン、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂を含んでいてもよい。
このような発光素子パッケージ２１は、支持基板２２に半導体発光素子１を実装した後、当該支持基板２２と枠部材３４とによって区画される空間内に封止樹脂２４を供給することによって製造される。なお、発光素子パッケージ２１は、枠部材３４を有さずに、半導体発光素子１が支持基板２２上において封止樹脂２４により封止された構成を有していてもよい。このような構成は、たとえば金型を用いたモールド成形法によって、半導体発光素子１を封止するように支持基板２２上に封止樹脂２４を供給することによって製造できる。
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法の一例について説明する。図４は、図１の半導体発光素子１の製造方法の一工程を示す工程図である。図５Ａ〜図５Ｈは、図１の半導体発光素子１の製造工程の一工程を示す縦断面図である。図５Ａ〜図５Ｈでは、２つの半導体発光素子１が製造される部分の縦断面図を示している。以下では、半導体発光素子１が形成される領域を素子形成領域４５という。
半導体発光素子１を製造するに当たり、まず、図５Ａを参照して、ウエハ４２が準備される（図４のステップＳ１）。ウエハ４２は、基板２の基となる単結晶サファイアウエハであり、基板２の一方表面３および他方表面４のそれぞれに対応する一方表面４３および他方表面４４を有している。次に、図５Ｂを参照して、エピタキシャル成長法によって、ウエハ４２の一方表面４３側に、ｎ型の第１半導体層７、発光層８およびｐ型の第２半導体層９が順に形成される（図４のステップＳ２）。これにより、ウエハ４２の一方表面４３側に、当該ウエハ４２の一方表面４３の全域を被覆するエピタキシャル層６が形成される。
次に、図５Ｃを参照して、たとえばマスクを介するエッチングにより、第１半導体層７の一部、発光層８および第２半導体層９の不要な部分が選択的に除去される（図４のステップＳ３）。これにより、第１半導体層７の一部、発光層８および第２半導体層９を選択的に切り欠いたメサ構造１０と、その外側の外方領域１１とを含むエピタキシャル層６が各素子形成領域４５に形成される。
次に、図５Ｄを参照して、たとえばスパッタ法により、第１コンタクト電極１２および第２コンタクト電極１３となる透明導電材料が、エピタキシャル層６上に堆積されて透明導電材料層が形成される（図４のステップＳ４）。次に、たとえばマスクを介するエッチングにより、透明導電材料層が選択的にパターニングされて、第１コンタクト電極１２および第２コンタクト電極１３が各素子形成領域４５に形成される。
次に、たとえばリフトオフ法により、第１外部端子１４が第１コンタクト電極１２上に形成され、第２外部端子１５が第２コンタクト電極１３上に形成される（図４のステップＳ５）。より具体的には、第１外部端子１４および第２外部端子１５を形成すべき領域に開口を選択的に有するマスクがエピタキシャル層６上に形成される。次に、たとえばスパッタ法等によって、第１外部端子１４および第２外部端子１５となる導電材料（たとえば金（Ａｕ））が開口を埋めるように堆積される。その後、マスクが除去されることによって、第１外部端子１４および第２外部端子１５が同時に形成される。
次に、図５Ｅを参照して、ウエハ４２の一方表面４３側から当該ウエハ４２を固定支持する支持部材４６がウエハ４２に貼付される。本実施形態では、支持部材４６は、粘着テープ４７を介してウエハ４２に貼付される。支持部材４６は、粘着テープ４７に代えて、貼付用ワックスを介してウエハ４２に密着するように貼付されてもよい。
なお、支持部材４６は、後の工程で、ウエハ４２から剥離可能な部材であればどのような部材であってもよい。支持部材４６は、シリコン製の基板、ガラス製の基板、または、金属製（たとえば銅製やステンレス製）の基板であってもよいし、ウエハ４２を支持するのに十分な強度を有するテープ部材であってもよい。
次に、たとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）法によって、ウエハ４２の厚さが所望の厚さとなるまでウエハ４２の他方表面４４が研削されると同時に、ウエハ４２の他方表面４４が滑面化または鏡面化される（図４のステップＳ６）。
次に、図５Ｆを参照して、レーザ光照射装置４８を用いて、ウエハ４２内にレーザ光が照射される（図４のステップＳ７）。より具体的には、ウエハ４２内における一方表面４３から他方表面４４側に間隔を空けた領域に集光点が合わされて、ウエハ４２の他方表面４４側からレーザ光が照射される。レーザ光は、各素子形成領域４５を区画するようにウエハ４２内に照射される。この時、ウエハ４２の他方表面４４が滑面化または鏡面化されているから、ウエハ４２内にレーザ光を良好に照射させることができる。
このレーザ光の照射工程により、ウエハ４２を構成する材料（サファイア）が変質し、他の領域とは異なる物理的特性とされた改質層１７がウエハ４２内形成される。より具体的には、本実施形態では、改質層１７は、レーザ光の照射によるレーザ加工痕であり、ウエハ４２の一方表面４３から他方表面４４側に間隔を空けた位置に形成される。この改質層１７は、少なくとも他の領域の結晶強度よりも小さい結晶強度を有しており、この改質層１７によってウエハ４２を分割するための分割起点が形成される。
次に、図５Ｇを参照して、たとえばＣＶＤ法、スパッタ法または蒸着法によって導電材料または絶縁材料が選択的にウエハ４２の他方表面４４側に堆積されて、光反射層１６が形成される（図４のステップＳ８）。光反射層１６は、たとえばウエハ４２の他方表面４４の全域または略全域を被覆するようにウエハ４２の他方表面４４側に形成される。
この工程において、一つの金属膜からなる単層構造を有する光反射層１６が形成されてもよいし、複数の金属膜が積層された積層構造を有する光反射層１６が形成されてもよい。また、屈折率の異なる複数の絶縁膜が積層された積層構造を有する光反射層１６が形成されてもよい。光反射層１６として、屈折率の異なる絶縁膜が１／４波長の光学長で交互に積層された積層構造を有するＤＢＲ層が形成されてもよい。また、金属膜および絶縁膜（ＤＢＲ層）の両方を含む積層構造を有する光反射層１６が形成されてもよい。
次に、図５Ｈを参照して、支持部材４６が剥離されて、ウエハ４２の他方表面４４側に、当該ウエハ４２を支持するための柔軟なテープ部材４９が貼付される。次に、たとえば劈開ブレード５０等によって、テープ部材４９越しに、ウエハ４２の他方表面４４側から改質層１７に対して外力が加えられて、改質層１７を分割起点として、エピタキシャル層６および光反射層１６と共にウエハ４２が劈開（分割）される。これにより、複数個の半導体発光素子１の個片がウエハ４２から切り出される。
なお、本実施形態では、ウエハ４２の他方表面４４側から改質層１７に外力が加えられる例について説明したが、ウエハ４２の一方表面４３側にテープ部材４９が貼付されて、当該ウエハ４２の一方表面４３側から改質層１７に外力が加えられてもよい。
以上、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法では、改質層形成工程（図４のステップＳ７）の後、ウエハ４２の他方表面４４側に光反射層１６を形成し（図４のステップＳ８）、当該改質層１７を分割起点として、エピタキシャル層６および光反射層１６と共にウエハ４２を劈開（分割）している（図４のステップＳ９）。この分割されたウエハ４２が半導体発光素子１の一部を構成する基板２となる。したがって、光反射層１６を除去することなく、基板２の他方表面４の全域が光反射層１６によって被覆された構成を有する半導体発光素子１を製造できる。
これにより、光反射層１６を除去する工程を実行する必要がなくなり、当該光反射層１６を除去するための装置を別途準備する必要もなくなるから、半導体発光素子１のコストを削減できる。
たとえば、光反射層１６を除去することなく当該光反射層１６を介して基板２にレーザ光を照射する方法も考えられる。しかし、この場合には、光反射層１６によってレーザ光の一部が反射されたり、当該光反射層１６が障壁となったりするから、ウエハ４２の内部に改質層１７を良好に形成できない虞がある。これに対して、本実施形態の製造方法によれば、改質層形成工程（図４のステップＳ７）の後に光反射層１６を形成しているので、光反射層１６を介して基板２にレーザ光が照射されることがない。これにより、ウエハ４２の内部に改質層１７を良好に形成できるから、半導体発光素子１を良好に個片化できる。
また、改質層形成工程（図４のステップＳ７）の後に光反射層１６を形成しているので、レーザ光の照射によるダメージが光反射層１６に入らない。したがって、光反射層１６を一様な材質でウエハ４２の他方表面４４側に形成できる。これにより、エピタキシャル層６（発光層８）で生成された光を良好に反射させることが可能な光反射層１６を形成できるから、輝度を良好に向上させることができる。
さらに、本実施形態の製造方法によれば、ウエハ４２内における一方表面４３から他方表面４４側に間隔を空けた領域に集光点を合わせてウエハ４２の他方表面４４側からレーザ光を照射しているから、エピタキシャル層６を一様な材質でウエハ４２の一方表面４３側に形成できる。これにより、エピタキシャル層６で光を良好に生成させることができるから、このような観点からも、輝度を良好に向上させることができる。
また、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法によれば、研磨工程（図４のステップＳ６）に先立って、支持部材４６をウエハ４２の一方表面４３側に貼付する工程を含む。研磨工程によってウエハ４２が薄化されるためウエハ４２の強度が低下することになるが、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法によれば、支持部材４６によってウエハ４２を固定支持できる。これにより、研磨工程（図４のステップＳ６）を良好に実行することができる。また、支持部材４６によってウエハ４２を固定支持することによって、研磨工程（図４のステップＳ６）後の工程、つまり、改質層形成工程（図４のステップＳ７）や光反射層形成工程（図４のステップＳ８）も良好に実行できる。
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子５１の斜視図である。図６において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図６を参照して、本実施形態に係る改質層１７は、基板２の一方表面３側に形成された第１改質層５２と、基板２の他方表面４側に形成された第２改質層５３とを含む。第１改質層５２および第２改質層５３は、互いに間隔を空けて形成されている。第１改質層５２および第２改質層５３は、いずれも基板２の一方表面３および他方表面４と平行な方向に延びるように基板２の側面５に沿って帯状に形成されており、基板２の内側の領域を取り囲んでいる。
第１改質層５２は、基板２の一方表面３から他方表面４側に間隔を空けた位置に形成されている。第２改質層５３は、基板の他方表面４から一方表面３側に間隔を空けた位置に形成されている。なお、第１改質層５２および第２改質層５３は、必ずしも基板２の周縁全域に亘って連続的に形成されている必要はなく、基板２の側面５に沿って断続的（間欠的）に形成されていてもよい。
第１改質層５２および第２改質層５３を含む改質層１７は、前述の改質層形成工程（図４のステップＳ７）において、ウエハ４２の厚さ方向の異なる位置にレーザ光を多段階照射（本実施形態では２段階照射）することにより形成できる。このような構成によっても、前述の第１実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光素子５４の斜視図である。図７において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図７を参照して、本実施形態に係る改質層１７は、基板２の一方表面３側に形成された第１改質層５５と、基板２の他方表面４側に形成された第２改質層５６とを含む。第１改質層５５および第２改質層５６は、互いに間隔を空けて形成されている。第１改質層５５および第２改質層５６は、いずれも基板２の一方表面３および他方表面４と平行な方向に延びるように基板２の側面５に沿って帯状に形成されており、基板２の内側の領域を取り囲んでいる。
第１改質層５５は、基板２の一方表面３から他方表面４側に間隔を空けた位置に形成されている。第２改質層５６は、基板２の他方表面４から露出するように形成されている。前述の光反射層１６は、基板２の他方表面４側において第２改質層５６と接している。なお、第１改質層５５および第２改質層５６は、必ずしも基板２の周縁全域に亘って連続的に形成されている必要はなく、基板２の側面５に沿って断続的（間欠的）に形成されていてもよい。
第１改質層５５および第２改質層５６を含む改質層１７は、前述の改質層形成工程（図４のステップＳ７）において、ウエハ４２の厚さ方向の異なる位置にレーザ光を多段階照射（本実施形態では２段階照射）することにより形成できる。このような構成によっても、前述の第１実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第４実施形態＞
図８は、本発明の第４実施形態に係る半導体発光素子５７の斜視図である。図８において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図８を参照して、本実施形態に係る改質層１７は、基板２の一方表面３側に形成された第１改質層５８と、基板２の他方表面４側に形成された第２改質層５９とを含む。第１改質層５８および第２改質層５９は、基板２の厚さ方向に互いに重なるように形成されている。第１改質層５８および第２改質層５９は、いずれも基板２の一方表面３および他方表面４と平行な方向に延びるように基板２の側面５に沿って帯状に形成されており、基板２の内側の領域を取り囲んでいる。つまり、本実施形態に係る改質層１７は、第１改質層５８および第２改質層５９が重なる帯状の重複部を有している。
第１改質層５８は、基板２の一方表面３から他方表面４側に間隔を空けた位置に形成されている。第２改質層５９は、基板２の他方表面４から一方表面３側に間隔を空けた位置に形成されている。なお、第１改質層５８および第２改質層５９は、必ずしも基板２の周縁全域に亘って連続的に形成されている必要はなく、基板２の側面５に沿って断続的（間欠的）に形成されていてもよい。
第１改質層５８および第２改質層５９を含む改質層１７は、前述の改質層形成工程（図４のステップＳ７）において、ウエハ４２の厚さ方向の異なる位置にレーザ光を多段階照射（本実施形態では２段階照射）することにより形成できる。このような構成によっても、前述の第１実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第５実施形態＞
図９は、本発明の第５実施形態に係る半導体発光素子６０の斜視図である。図９において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図９を参照して、本実施形態に係る改質層１７は、基板２の一方表面３側に形成された第１改質層６１と、基板２の他方表面４側に形成された第２改質層６２とを含む。第１改質層６１および第２改質層６２は、基板２の厚さ方向に互いに重なるように形成されている。第１改質層６１および第２改質層６２は、いずれも基板２の一方表面３および他方表面４と平行な方向に延びるように基板２の側面５に沿って帯状に形成されており、基板２の内側の領域を取り囲んでいる。つまり、本実施形態に係る改質層１７は、第１改質層６１および第２改質層６２が重なる帯状の重複部を有している。
第１改質層６１は、基板２の一方表面３から他方表面４側に間隔を空けた位置に形成されている。第２改質層６２は、基板２の他方表面４から露出するように形成されている。なお、第１改質層６１および第２改質層６２は、必ずしも基板２の周縁全域に亘って連続的に形成されている必要はなく、基板２の側面５に沿って断続的（間欠的）に形成されていてもよい。
第１改質層６１および第２改質層６２を含む改質層１７は、前述の改質層形成工程（図４のステップＳ７）において、ウエハ４２の厚さ方向の異なる位置にレーザ光を多段階照射（本実施形態では２段階照射）することにより形成できる。このような構成によっても、前述の第１実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
＜第６実施形態＞
図１０は、本発明の第６実施形態に係る半導体発光素子６３の斜視図である。図１０において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図１０を参照して、本実施形態に係る改質層１７は、基板２の一方表面３側に形成された第１改質層６４と、基板２の他方表面４側に形成された第２改質層６５と、第１改質層６４および第２改質層６５の間に形成された中間改質層６６とを含む。第１改質層６４および中間改質層６６は、基板２の厚さ方向に互いに重なるように形成されている。第２改質層６５および中間改質層６６は、基板２の厚さ方向に互いに重なるように形成されている。
第１改質層６４、第２改質層６５および中間改質層６６は、いずれも基板２の一方表面３および他方表面４と平行な方向に延びるように基板２の側面５に沿って帯状に形成されており、基板２の内側の領域を取り囲んでいる。つまり、本実施形態に係る改質層１７は、第１改質層６４および中間改質層６６が重なる帯状の第１の重複部と、第２改質層６５および中間改質層６６が重なる帯状の第２の重複部とを有している。
第１改質層６４は、基板２の一方表面３から他方表面４側に間隔を空けた位置に形成されている。第２改質層６５は、基板２の他方表面４から一方表面３側に間隔を空けた位置に形成されている。なお、第１改質層６４、第２改質層６５および中間改質層６６は、必ずしも基板２の周縁全域に亘って連続的に形成されている必要はなく、基板２の側面５に沿って断続的（間欠的）に形成されていてもよい。
第１改質層６４、第２改質層６５および中間改質層６６を含む改質層１７は、前述の改質層形成工程（図４のステップＳ７）において、ウエハ４２の厚さ方向の異なる位置にレーザ光を多段階照射（本実施形態では３段階照射）することにより形成できる。このような構成によっても、前述の第１実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
なお、本実施形態では、第１改質層６４と第２改質層６５との間に、一つの中間改質層６６が形成された例について説明したが、第１改質層６４と第２改質層６５との間に複数の中間改質層６６が形成されていてもよい。また、中間改質層６６は、第１改質層６４と第２改質層６５との間で、第１改質層６４から間隔を空けて形成されていてもよいし、第１改質層６４と第２改質層６５との間で、第２改質層６５から間隔を空けて形成されていてもよい。
＜第７実施形態＞
図１１は、本発明の第７実施形態に係る半導体発光素子６７の斜視図である。図１１において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図１１を参照して、本実施形態に係る改質層１７は、基板２の一方表面３側に形成された第１改質層６８と、基板２の他方表面４側に形成された第２改質層６９と、第１改質層６８および第２改質層６９の間に形成された中間改質層７０とを含む。第１改質層６８および中間改質層７０は、基板２の厚さ方向に互いに重なるように形成されている。第２改質層６９および中間改質層７０は、基板２の厚さ方向に互いに重なるように形成されている。
第１改質層６８、第２改質層６９および中間改質層７０は、いずれも基板２の一方表面３および他方表面４と平行な方向に延びるように基板２の側面５に沿って帯状に形成されており、基板２の内側の領域を取り囲んでいる。つまり、本実施形態に係る改質層１７は、第１改質層６８および中間改質層７０が重なる帯状の第１の重複部と、第２改質層６９および中間改質層７０が重なる帯状の第２の重複部とを有している。
第１改質層６８は、基板２の一方表面３から他方表面４側に間隔を空けた位置に形成されている。第２改質層６９は、基板２の他方表面４から露出するように形成されている。なお、第１改質層６８、第２改質層６９および中間改質層７０は、必ずしも基板２の周縁全域に亘って連続的に形成されている必要はなく、基板２の側面５に沿って断続的（間欠的）に形成されていてもよい。
第１改質層６８、第２改質層６９および中間改質層７０を含む改質層１７は、前述の改質層形成工程（図４のステップＳ７）において、ウエハ４２の厚さ方向の異なる位置にレーザ光を多段階照射（本実施形態では３段階照射）することにより形成できる。このような構成によっても、前述の第１実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
なお、本実施形態では、第１改質層６８と第２改質層６９との間に、一つの中間改質層７０が形成された例について説明したが、第１改質層６８と第２改質層６９との間に複数の中間改質層７０が形成されていてもよい。また、中間改質層７０は、第１改質層６８と第２改質層６９との間で、第１改質層６８から間隔を空けて形成されていてもよいし、第１改質層６８と第２改質層６９との間で、第２改質層６９から間隔を空けて形成されていてもよい。
＜第８実施形態＞
図１２は、本発明の第８実施形態に係る半導体発光素子７１の斜視図である。図１２において、前述の第１実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図１２を参照して、本実施形態に係る基板２の一方表面３には、その全域に亘って凹凸７２が形成されており、これによって基板２がＰＳＳ(Patterned Sapphire Substrate)とされている。この凹凸７２には、規則的に配列された複数個の凸部７３が含まれている。複数個の凸部７３は、行列状に配列されていてもよいし、千鳥状に配列されていてもよい。むろん、複数個の凸部７３は、規則性なく離散的に配列されていてもよい。ＰＳＳとされた基板２によれば、エピタキシャル層６（発光層８）で生成された光を光反射層１６に加えて凹凸７２によってエピタキシャル層６側に反射させることができるから、輝度を向上させることが可能となる。
このようなＰＳＳとされた基板２は、前述のウエハ４２準備工程（図４のステップＳ１）の後、エピタキシャル層形成工程（図４のステップＳ２）に先立って、たとえばマスクを介するエッチングによりウエハ４２の一方表面４３の一部を選択的に除去することによって形成できる。
一方表面４３に凹凸７２が形成されたウエハ４２では、一方表面４３側からレーザ光を照射すると当該レーザ光が凹凸７２によって反射されるため、ウエハ４２の内部に改質層１７を良好に形成するのが困難となるという課題がある。これに対して、本実施形態に係る半導体発光素子７１の製造方法によれば、改質層形成工程（図４のステップＳ７）において、ウエハ４２の他方表面４４側からレーザ光を照射しているから、ウエハ４２の一方表面４３に形成された凹凸７２が改質層１７を形成する上で弊害となることはない。また、ウエハ４２の一方表面４３に形成された凹凸７２がレーザ光によって変質するのも効果的に抑制できる。
これにより、基板２の他方表面４の全域が光反射層１６によって良好に被覆されていると共に、基板２の一方表面３に凹凸７２が良好に形成された構成を得ることができるから、輝度を効果的に向上させることのできる半導体発光素子７１を製造し、提供できる。
なお、本実施形態では、基板２の一方表面３に、当該基板２を利用して凹凸７２が形成された例について説明したが、凹凸７２は、基板２と異なる材料によって形成されていてもよい。たとえば、凹凸７２は、基板２の一方表面３に絶縁膜を成膜した後、当該絶縁膜を凹凸状に選択的にパターニングすることによって形成されたものであってもよい。凹凸７２に含まれる凹部は、基板２の一方表面３を露出させるように形成されていてもよい。凹凸７２を形成する絶縁膜は、たとえばＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＡｌＯＮおよびＳｉＯＮを含む群から選択される１種以上の絶縁材料種を含んでいてもよい。
基板２の一方表面３に凹凸７２（凸部７３）が形成された構成は、第１実施形態の構成に限らず、前述の第２実施形態〜第７実施形態にも適用できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構成が採用されてもよい。つまり、ｐ型の部分がｎ型とされ、ｎ型の部分がｐ型とされてもよい。したがって、基板２の一方表面３上にこの順に積層されたｐ型の第１半導体層７、発光層８およびｎ型の第２半導体層９を含むエピタキシャル層６が形成されてもよい。
また、前述の各実施形態では、第１外部端子１４と第２外部端子１５とが基板２の一つの対角線に沿って互いに間隔を空けて配置された例について説明した。しかし、第１外部端子１４および第２外部端子１５は、平面視において基板２の一つの辺が延びる方向に沿って互いに間隔を空けて配置されていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
１，５１，５４，５７，６０，６３，６７，７１…半導体発光素子、２…基板、３…基板の一方表面、４…基板の他方表面、５…基板の側面、６…エピタキシャル層（半導体層）、７…第１半導体層、８…発光層、９…第２半導体層、１０…メサ構造、１６…光反射層、１７…改質層、４２…ウエハ、４３…ウエハの一方表面、４４…ウエハの他方表面、４５…素子形成領域、５２，５５，５８，６１，６４，６８…第１改質層、５３，５６，５９，６２，６５，６９…第２改質層、６６，７０…中間改質層

Claims (31)

  1. 一方側の第１主面、他方側の第２主面、ならびに、前記第１主面および前記第２主面をそれぞれ接続する第１側面、第２側面、第３側面および第４側面を有する基板と、
    前記基板の前記第１主面の上に形成され、光が生成される半導体層と、
    前記基板の前記第２主面の全域を被覆し、前記半導体層で生成された光を前記半導体層に向けて反射させる光反射層と、
    前記基板において、前記第２主面、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面からそれぞれ露出し、かつ、前記半導体層を露出させるように前記第１主面から前記第２主面側に間隔を空けて前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面にそれぞれ形成され、前記基板を構成する材料が変質することによって他の領域の結晶強度よりも小さい結晶強度とされた改質層と、を含む、半導体発光素子。
  2. 前記光反射層は、一様な材質で前記基板の前記第２主面を被覆している、請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 前記改質層は、前記基板の厚さ方向に関して、前記光反射層に対向している、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
  4. 前記半導体層は、一様な材質で前記基板の前記第１主面の上に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  5. 前記半導体層は、前記基板の前記第１主面の全域を被覆している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  6. 前記半導体層は、前記基板の前記第１主面側からこの順に積層された第１導電型の第１半導体層、発光層および第２導電型の第２半導体層を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  7. 前記第１半導体層は、外部に露出した第１露出部を含み、
    前記第２半導体層は、外部に露出した第２露出部を含む、請求項６に記載の半導体発光素子。
  8. 前記半導体層は、前記第１半導体層を露出させるように、前記第１半導体層の一部、前記発光層および前記第２半導体層を選択的に切り欠いて形成されたメサ構造を含み、
    前記第１半導体層の前記第１露出部は、前記メサ構造外の領域に形成され、
    前記第２半導体層の前記第２露出部は、前記メサ構造に形成されている、請求項７に記載の半導体発光素子。
  9. 前記第１半導体層の前記第１露出部の上に形成され、前記第１半導体層に電気的に接続された第１コンタクト電極をさらに含む、請求項７または８に記載の半導体発光素子。
  10. 前記第１コンタクト電極は、前記第１露出部の周縁から前記第１露出部の内方に間隔を空けて形成されている、請求項９に記載の半導体発光素子。
  11. 前記第１コンタクト電極の上に形成され、前記第１コンタクト電極に電気的に接続された第１外部端子をさらに含む、請求項９または１０に記載の半導体発光素子。
  12. 前記第１外部端子は、平面視において前記第１コンタクト電極の周縁に取り囲まれた領域内に形成されている、請求項１１に記載の半導体発光素子。
  13. 前記第２半導体層の前記第２露出部の上に形成され、前記第２半導体層に電気的に接続された第２コンタクト電極をさらに含む、請求項６〜１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  14. 前記第２コンタクト電極は、平面視において前記第２露出部の周縁から前記第２露出部の内方に間隔を空けて前記第２半導体層の上に形成されている、請求項１３に記載の半導体発光素子。
  15. 前記第２コンタクト電極の上に形成され、前記第２コンタクト電極に電気的に接続された第２外部端子をさらに含む、請求項１３または１４に記載の半導体発光素子。
  16. 前記第２外部端子は、平面視において前記第２コンタクト電極の周縁に取り囲まれた領域内に形成されている、請求項１５に記載の半導体発光素子。
  17. 前記改質層は、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面に沿って帯状に形成されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  18. 前記改質層は、前記基板の前記第１主面と平行な方向に延びている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  19. 前記改質層は、前記基板の前記第１主面側に形成された第１改質層、および、前記第１改質層から間隔を空けて前記基板の前記第２主面側に形成された第２改質層を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  20. 前記改質層は、前記基板の前記第１主面側に形成された第１改質層、および、前記第１改質層に重なるように前記基板の前記第２主面側に形成された第２改質層を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  21. 前記改質層は、前記基板の前記第１主面側に形成された第１改質層、前記第１改質層から間隔を空けて前記基板の前記第２主面側に形成された第２改質層、ならびに、前記第１改質層および前記第２改質層の間に形成された中間改質層を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  22. 前記中間改質層は、前記基板の前記第１主面側において前記第１改質層と重なり、前記基板の前記第２主面側において前記第２改質層と重なるように形成されている、請求項２１に記載の半導体発光素子。
  23. 前記改質層は、前記光反射層に接している、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  24. 前記改質層は、前記基板の角部まで延びている、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  25. 前記改質層は、前記基板の前記角部から露出している、請求項２４に記載の半導体発光素子。
  26. 前記改質層は、前記半導体層の全域を露出させている、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  27. 前記光反射層は、金属膜を含む、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  28. 前記光反射層は、絶縁層を含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  29. 前記絶縁層は、屈折率の異なる複数の絶縁膜が積層された積層構造を有している、請求項２８に記載の半導体発光素子。
  30. 前記改質層は、前記第１主面から前記第２主面側に１０μｍ以上の間隔を空けて前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面にそれぞれ形成されている、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
  31. 前記第２主面は、鏡面である、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
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