JP5222012B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＺｎＯ系半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。

ＺｎＯ系半導体発光素子は、他の半導体発光素子と比較して励起子の束縛エネルギーが大きく、原材料が安価であり、環境や人体に対して無害である等の利点を有している。したがって、ＺｎＯ系半導体発光素子を用いた、高効率かつ低消費電力のデバイス装置の実現が期待されている。

ＺｎＯ系半導体発光素子に用いられる基板として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板、サファイア（α−Ａｌ_２Ｏ_３）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板等を挙げることができるが、サファイア基板は、酸化亜鉛基板及び炭化ケイ素基板と比較して安価であることから、サファイア基板を用いることが好ましい。

サファイア基板を用いるＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法として、αサファイア単結晶を用いる方法が知られている。αサファイア単結晶は、六方晶構造からなり、該単結晶から切り出される代表的な基板は、Ｃ面（｛０００１｝面）を主面とするサファイアＣ面基板と、Ａ面（｛１１−２０｝面）を主面とするサファイアＡ面基板と、Ｒ面（｛１０−１２｝面）を主面とするサファイアＲ面基板との３種である。

ＺｎＯ系半導体発光素子は、基板上に形成されたＺｎＯ系半導体層を備える。前記ＺｎＯ系半導体層は、基板上にＺｎＯ結晶をエピタキシャル結晶成長させることにより形成され、ｎ型ＺｎＯ層、発光層、ｐ型ＺｎＯ層等で構成される動作層である。

サファイア基板上に前記ＺｎＯ系半導体層を形成する際、サファイア基板の主面の違いによって、結晶成長されるＺｎＯ結晶の物性に差異が生じる。サファイアＣ面基板を用いた場合には、結晶成長されるＺｎＯ結晶は、３０°回転ドメインを含み結晶性が悪い。また、サファイアＲ面基板を用いた場合には、結晶成長されるＺｎＯ結晶は、表面に筋状の突起を有し、素子形成に不向きである。一方、サファイアＡ面基板を用いた場合には、結晶成長されるＺｎＯ結晶は、３０°回転ドメインを含まず、平坦な表面を得ることができる。したがって、ＺｎＯ系半導体発光素子は、サファイアＡ面基板を用いて製造することが最適である。

ところで、一般的に、半導体発光素子を実装するケース、フレーム、ステム等は、半導体発光素子が矩形であることを前提に設計されている。したがって、半導体層が形成された基板を細分化して製造される半導体発光素子は矩形であることが最適とされる。

従来、ＧａＮ系半導体層が形成されたサファイアＡ面基板を矩形に分割する方法として、次の方法が知られている（特許文献１参照）。特許文献１記載の方法では、まず、例えば直径が５０．８ｍｍ（２インチ）であり厚さが３００〜５００μｍであって、片面にＧａＮ系半導体層が形成されたサファイアＡ面基板を用意する。そして、サファイアＡ面基板の前記片面の反対面であってｃ軸と該ｃ軸に直交するｍ軸とで形成されるｃ−ｍ平面に、ｃ軸に対してγ＝４７．７〜５１．７°の範囲の角度をなす第１のスクライブ溝Ｌ１と、第１のスクライブ溝Ｌ１に直交する第２のスクライブ溝Ｌ２とを形成する。次に、サファイアＡ面基板を第１のスクライブ溝及び第２のスクライブ溝でブレーキングすることにより、該サファイアＡ面基板を分割して個々のサファイアＡ面基板を得る。前記従来の方法によれば、個々のサファイアＡ面基板を矩形に形成することができ、ＧａＮ系半導体発光素子を９６〜９８％の歩留まりで製造することができるとされている。

しかし、本発明者らが、ＺｎＯ系半導体層が形成されたサファイアＡ面基板に対して、特許文献１記載の方法を試みたところ、図５に示すように得られた劈開面（図中の太線）Ｒ_１，Ｒ_２は、いずれもスクライブ溝Ｌ_１，Ｌ_２から大きく逸れてしまうことが判明した。したがって、特許文献１記載の方法をＺｎＯ系半導体層が形成されたサファイアＡ面基板に対して行っても、個々のサファイアＡ面基板が矩形に形成されたＺｎＯ系半導体発光素子を製造することができないという不都合がある。

また、半導体発光素子において、前記発光層から放出された光は、次の３つの過程を経て、半導体発光素子から外部へ放出されるか、又は半導体発光素子の内部で減衰される。１）半導体発光素子の内部から透過で外部へ放出される。２）半導体発光素子の内部で反射、散乱された後に、外部へ放出される。このとき、一部の光は、半導体発光素子を形成する結晶及び電極で吸収される。３）半導体発光素子の内部で吸収されることにより減衰される。したがって、半導体発光素子の発光出力を増大するためには、前記１）の過程で、外部へ放出される光の比率を増大させることと、前記２）の過程で、反射、散乱される回数を減少させて、外部へ放出される光の比率を増大させることと、前記３）の過程で、半導体発光素子の内部で吸収減衰される光の比率を減少させることとが必要とされる。

半導体発光素子の発光出力を増大するための光取り出し技術の１つとして、半導体発光素子において、半導体発光素子の高さに対する一辺の長さの比として表されるアスペクト比（半導体発光素子の一辺の長さ／半導体発光素子の高さ）を小さくする、すなわち、半導体発光素子の高さを高くすることが考えられる。半導体発光素子の高さを高くすることにより、半導体発光素子の側面の面積が増大し、この結果、半導体発光素子の側面から放出される光の量が増大することとなり、半導体発光素子の発光出力を増大することができる。
特開２００３−８６５４１号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、矩形のサファイアＡ面基板上に形成されたＺｎＯ系半導体層を備えるＺｎＯ系半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のＺｎＯ系半導体発光素子は、αサファイア単結晶からなりＡ面｛１１−２０｝を主面とするサファイアＡ面基板上に形成されたＺｎＯ系半導体層を備えるＺｎＯ系半導体発光素子であって、該サファイアＡ面基板は、５０〜２００μｍの範囲の厚さを備え、ｃ軸に直交するｍ軸に対して５３．７±１．０°の角度をなし、互いに平行な２本の第１の辺と、該第１の辺に直交し、互いに平行な２本の第２の辺とで囲まれているか、又は、該ｍ軸に対して３６．３±１．０°の角度をなし、互いに平行な２本の第１の辺と、該第１の辺に直交し、互いに平行な２本の第２の辺とで囲まれていて、矩形に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記サファイアＡ面基板にて結晶成長されるＺｎＯ結晶は、３０°ドメインを含まず、筋状の突起を有さず平坦な表面を得ることができるので、良好なＺｎＯ系半導体層が形成される。

そして、前記ＺｎＯ系半導体層が形成された前記サファイアＡ面基板は、前記ｃ軸と前記ｍ軸とで形成されるｃ−ｍ平面において、該ｍ軸に対して５３．７±１．０°の角度をなすか、又は、該ｍ軸に対して３６．３±１．０°の角度をなし、互いに平行な２本の前記第１の辺と、該第１の辺に直交し、互いに平行な２本の前記第２の辺とで囲まれている。ここで、前記５３．７±１．０°の角度は、５２．７〜５４．７°の範囲の角度を意味し、前記３６．３±１．０°の角度は、３５．３〜３７．３°の範囲の角度を意味する。

本発明によれば、前記第１の辺と前記第２の辺とが直交していることから、互いに平行な２本の該第１の辺と、互いに平行な２本の該第２の辺とで囲まれた領域は矩形となる。したがって、本発明によれば、５０〜２００μｍの厚さを備えた矩形のサファイアＡ面基板上に形成されたＺｎＯ系半導体層を備えるＺｎＯ系半導体発光素子が実現される。

前記サファイアＡ面基板が５０μｍ未満の厚さを備える場合には、該サファイアＡ面基板は基板としての強度が不十分であり、２００μｍを超える厚さを備える場合には、ＺｎＯ系半導体発光素子の製造が困難である。

また、本発明のＺｎＯ系半導体発光素子は、高さに対する一辺の長さの比として表されるアスペクト比（該ＺｎＯ系半導体発光素子の一辺の長さ／該ＺｎＯ系半導体発光素子の高さ）が２〜４の範囲であることが好ましい。ＺｎＯ系半導体発光素子が２〜４の範囲、さらに好ましくは２〜３の範囲のアスペクト比を備える場合には、該ＺｎＯ系半導体発光素子の側面部からの光放出面積が大きくなり、該ＺｎＯ系半導体発光素子からの光放出出力を増加することができる。アスペクト比が２未満の場合には製造が困難なことがあり、４を超える場合には光放出出力が不十分なことがある。

また、本発明のＺｎＯ系半導体発光素子は、５０〜２００μｍの範囲の厚さを備える該サファイアＡ面基板の表面に該ＺｎＯ系半導体層を形成する工程と、該サファイアＡ面基板の該ＺｎＯ系半導体層が形成された面の反対面に、ｃ軸に直交するｍ軸に対して５３．７±１．０°の角度をなすか、又は、該ｍ軸に対して３６．３±１．０°の角度をなす第１のスクライブ溝を形成する工程と、該サファイアＡ面基板の該反対面に、該第１のスクライブ溝に直交する第２のスクライブ溝を形成する工程と、該サファイアＡ面基板を、該第１のスクライブ溝でブレーキングし、続いて該第２のスクライブ溝でブレーキングする工程とを行うことにより、有利に製造することができる。

本発明の製造方法によれば、まず、前記サファイアＡ面基板の表面に前記ＺｎＯ系半導体層を形成する。次に、前記サファイアＡ面基板の、前記ＺｎＯ系半導体層が形成された面とは反対側の面を、例えば、研削、研磨等により、該サファイアＡ面基板を５０〜２００μｍの厚さに形成する。

次に、前記ＺｎＯ系半導体層が形成された前記サファイアＡ面基板を、前記ｍ軸に対して５３．７±１．０°の角度をなすか、又は、該ｍ軸に対して３６．３±１．０°の角度をなす前記第１のスクライブ溝でブレーキングし、続いて該第１のスクライブ溝に直交する前記第２のスクライブ溝でブレーキングする。前記ブレーキングにより、前記スクライブ溝から前記ＺｎＯ系半導体層が形成された面へ向かってクラックが派生し、該ＺｎＯ系半導体層が形成された前記サファイアＡ面基板は、前記第１のスクライブ溝及び前記第２のスクライブ溝に沿って劈開されて、確実に矩形に分割される。したがって、本発明によれば、αサファイア単結晶からなりＡ面｛１１−２０｝を主面とするサファイアＡ面基板上に形成されたＺｎＯ系半導体層を備えるＺｎＯ系半導体発光素子を歩留まりよく製造することができる。

前記サファイアＡ面基板が５０μｍ未満の厚さを備える場合には、該サファイアＡ面基板は基板としての強度が不十分であり、２００μｍを超える厚さを備える場合には、前記ブレーキングの際に派生するクラックが前記スクライブ溝から逸れて素子を破損させる割合が高くなるので実用的でない。

ところで、通常、ＺｎＯ系半導体層が形成されたサファイアＡ面基板をブレーキングして個々のＺｎＯ系半導体発光素子を矩形に分割する際、個々の半導体発光素子の高さに対する該半導体発光素子の一辺の長さの比として表されるアスペクト比（半導体発光素子の一辺の長さ／半導体発光素子の高さ）が４程度であると分割が困難であり、３程度であると分割の歩留まりが低下し、３程度未満であると分割の歩留まりが極端に低下する。

しかし、本発明の製造方法によれば、ＺｎＯ系半導体発光素子のアスペクト比が２〜４の範囲であっても、前記ＺｎＯ系半導体層が形成された前記サファイアＡ面基板が５０〜２００μｍの厚さを備えるので、該ＺｎＯ系半導体層が形成された該サファイアＡ面基板を前記第１のスクライブ溝及び前記第２のスクライブ溝でブレーキングすることにより、精度よく矩形に分割されたＺｎＯ系半導体発光素子を製造することができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態のＺｎＯ系半導体発光素子を説明する説明図であり、図１（ａ）は説明的平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における説明的断面図である。図２は図１に示すＺｎＯ系半導体発光素子を用いたＬＥＤランプを示す説明的断面図である。図３及び図４は図１に示すＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法を説明する説明図である。

図１に示す本実施形態のＺｎＯ系半導体発光素子（以下、半導体発光素子と略記する）１は、αサファイア単結晶からなりＡ面｛１１−２０｝を主面とするサファイアＡ面基板１０上に形成された、動作層としてのＺｎＯ系半導体層を備えるものである。

半導体発光素子１は、サファイアＡ面基板１０の表面に、ＺｎＯ層からなる緩衝層１１と、ＭｇＺｎＯ層からなるｎ型ＺｎＯ系半導体層１２と、不純物が添加されていないＺｎＯ層及びＭｇＺｎＯ層からなる発光層としての多重量子井戸層１３と、窒素が添加されたＭｇＺｎＯ層からなるｐ型ＺｎＯ系半導体層１４とで構成されるＺｎＯ系半導体層１５が積層されている。ＺｎＯ系半導体層１５は、ｎ型ＺｎＯ系半導体層１２と多重量子井戸層１３とｐ型ＺｎＯ系半導体層１４とが部分的に取り除かれていて、平面視略Ｌ字形状となっている。ＺｎＯ系半導体層１５のｐ型ＺｎＯ系半導体層１４の表面には、透光性電極からなるｐ側電極１６が積層され、ｐ側電極１６にｐ側電極パッド１７が取り付けられている。ｎ型ＺｎＯ系半導体層１２の表面であって前記Ｌ字形状の外方には、ｎ側電極パッド１８が取り付けられている。

サファイアＡ面基板１０は、第１の横幅Ｄ_１及び第２の横幅Ｄ_２が４００μｍであり厚さが２００μｍであって、該サファイアＡ面基板１０の表面であってｃ軸とｍ軸とで形成されるｃ−ｍ平面において、該ｍ軸に対して５３．７°の角度をなし、互いに平行な２本の第１の辺Ｓ_１と、該第１の辺Ｓ_１に直交し互いに平行な２本の第２の辺Ｓ_２とで囲まれており、平面視矩形に構成されている。

半導体発光素子１は、サファイアＡ面基板１０が、４００μｍの横幅Ｄ_１，Ｄ_２を備えるとともに２００μｍの厚さを備えることにより、高さＨに対する一辺の幅Ｄ_１，Ｄ_２の比として表されるアスペクト比（Ｄ_１又はＤ_２／Ｈ）が２に構成されている。

本実施形態の半導体発光素子１は、図２に示すように、例えばＬＥＤランプ２に用いられる。このとき、半導体発光素子１は、フレーム２０に透明樹脂２１によりダイボンディングされて固定される。また、電極パッド１７，１８がフレーム２０に金ワイヤー２２によりそれぞれワイヤーボンディングされ、青色蛍光体と黄緑色蛍光体と赤色蛍光体とが分散された樹脂からなる蛍光体２３により半導体発光素子１が覆われ、さらに全体が樹脂モールド２４により覆われる。このとき、半導体発光素子１は、個々のサファイアＡ面基板１０が矩形に形成されているので、平易に実装（ダイボンディング）することができる。

本実施形態の半導体発光素子１は、ｍ軸に対して５３．７°の角度をなし、互いに平行な２本の第１の辺Ｓ_１と、該第１の辺Ｓ_１に直交し互いに平行な２本の第２の辺Ｓ_２とで囲まれているとしたが、第１の辺Ｓ_１は、ｍ軸に対して５２．７〜５４．７°の範囲の角度をなすものであればよく、また、ｍ軸に対して３５．３〜３７．３°の範囲の角度をなすものであってもよい。

次に、図１，３，４を参照して、本実施形態の半導体発光素子１の製造方法について説明する。なお、図４では、緩衝層１１、ｐ側電極１６、ｐ側電極パッド１７、ｎ側電極パッド１８が省略されている。

まず、図３に示すように、５０．８ｍｍ（２インチ）の直径及び４３０μｍの厚さを有するサファイアＡ面基板１０ａを用意する。サファイアＡ面基板１０ａは、円盤状の一部が切り欠かれていて、ｍ軸に対して平行なオリエンテーションフラット（以下ＯＦと表記する）面と、ｃ軸に対して平行なインデックスフラット（以下ＩＦと表記する）面を有する。

次に、サファイアＡ面基板１０ａの表面にＺｎＯ層を積層し低温で成長させることにより、図１に示すように、厚さが１０ｎｍである緩衝層５１を形成する。

続いて、緩衝層５１上にＭｇＺｎＯ層を積層し高温で成長させることにより、厚さが２μｍ以上であるｎ型ＺｎＯ系半導体層１２を形成する。前記ＭｇＺｎＯ層の組成は、Ｍｇ_ｘＺｎ_{（１−ｘ）}Ｏ（ｘ＝０）である。

次に、ｎ型ＺｎＯ系半導体層１２上に、厚さが２．５ｎｍであり不純物が添加されていないＺｎＯ層と厚さが７ｎｍであるＭｇＺｎＯ層との組み合わせを３組積層することにより、発光層としての多重量子井戸層１３を形成する。前記ＭｇＺｎＯ層の組成は、Ｍｇ_ｘＺｎ_{（１−ｘ）}Ｏ（ｘ＝０．１）である。

次に、多重量子井戸層１３上に、窒素が添加されたＭｇＺｎＯ層を積層することにより、厚さが１００ｎｍであるｐ型ＺｎＯ系半導体層１４を形成する。前記ＭｇＺｎＯ層の組成は、Ｍｇ_ｘＺｎ_{（１−ｘ）}Ｏ（ｘ＝０．２）である。また、前記ＭｇＺｎＯ層中の窒素濃度は、１×１０^２０ｃｍ^−３である。以上により、図４（ａ）に示すように、サファイアＡ面基板１０ａ上に、緩衝層１１と、ｎ型ＺｎＯ系半導体層１２と、多重量子井戸層１３と、ｐ型ＺｎＯ系半導体層１４とからなるＺｎＯ系半導体層１５が形成される。以上のＺｎＯ系半導体層１５の形成には、例えば、ＲＦプラズマガンにより酸素ラジカルを供給可能である、ラジカルソース分子線エピタキシー装置を用いることができる。

次に、フォトリソグラフィー技術により、ＺｎＯ系半導体層１５上にレジストマスクを形成し、ウエットエッチング又はＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によりＺｎＯ系半導体層１５の一部を取り除く。このとき、取り除かれた部分においては、ｎ型ＺｎＯ系半導体層１２が露出される。次に、レジストマスクを洗浄除去することにより、図４（ｂ）に示すように、サファイアＡ面基板１０ａの表面（ＺｎＯ系半導体層１５が形成された面）に、深さが１６０ｎｍであり幅Ｗ_１が１００μｍである素子区画溝３０により、Ｗ_２＝３００μｍ角の大きさに区画された素子区画３１を形成する。このとき、各素子区画３１は、平面視Ｌ字形状であって、該Ｌ字形状の２本の長辺のうちの第１の長辺がサファイアＡ面基板１０ａのＯＦ面に対して５３．７°の角度をなすとともに、第２の長辺が該第１の長辺に直交するように形成される。

次に、フォトリソグラフィー技術により、サファイアＡ面基板１０ａの表面に、一部が開口したレジストマスクを形成する。次に、ＥＢ（電子ビーム）蒸着により、レジストマスクの上に厚さが０．３〜１０ｎｍであるＮｉ層を積層し、続いて該Ｎｉ層の上に厚さが５〜２０μｍであるＡｕ層とを積層することにより、ｐ型ＺｎＯ系半導体層１４の上に、
第１の層としてＮｉ層が積層され第２の層としてＡｕ層が積層された構造（以下、Ｎｉ／Ａｕ積層構造と表記する）を形成する。続いて、リフトオフ法により、レジストマスクと、レジストマスクの開口部以外に積層されたＮｉ／Ａｕ積層構造を取り除くことにより、ｐ型ＺｎＯ系半導体層１４上にｐ側電極１６の形状を有するＮｉ／Ａｕ積層構造が形成される。続いて、前記Ｎｉ／Ａｕ積層構造を、ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニーラー）により酸素１０％雰囲気下で５００℃の温度で３０秒間の時間処理することにより、透明化する。以上により、図１に示すように、ｐ型ＺｎＯ系半導体層１４上に透光性電極からなるｐ側電極１６が形成される。

次に、フォトリソグラフィー技術により、サファイアＡ面基板１０ａの表面に、一部が開口するとともにｐ側電極１６の一部の領域に接するレジストマスクを形成する。次に、ＥＢ蒸着により、厚さが３〜１０ｎｍであるＮｉ層と、厚さが１００ｎｍであるＰｔ層と、厚さが１０００ｎｍであるＡｕ層とを積層する。続いて、リフトオフ法により、レジストマスクと、レジストマスクの開口部以外に積層されたＮｉ層、Ｐｔ層、及びＡｕ層を取り除く。以上により、図１に示すように、ｐ側電極１６上に１００μｍの直径を有するｐ側電極パッド１７が形成される。

次に、フォトリソグラフィー技術により、ｎ型ＺｎＯ系半導体層１２の露出部分の表面に、一部が開口したレジストマスクを形成する。次に、ＥＢ蒸着により、厚さが１０〜１００ｎｍであるＴｉ層と、厚さが１０００ｎｍであるＡｕ層とを積層する。続いて、レジストマスクと、レジストマスクの開口部以外に積層されたＴｉ層及びＡｕ層を取り除く。以上により、図１に示すように、ｎ型ＺｎＯ系半導体層１２の露出部分に１００μｍの直径を有するｎ側電極パッド１８が形成され、サファイアＡ面基板１０ａにＺｎＯ系半導体層１５等が形成される。

次に、ＺｎＯ系半導体層１５などが形成されたサファイアＡ面基板１０ａの該ＺｎＯ系半導体層１５が形成されている面を保護基板に貼り付け、研削盤により該サファイアＡ面基板１０ａを裏面（ＺｎＯ系半導体層１５が形成された面の反対面）から研削する。続いて、研磨装置により、前記研削面が鏡面状態となるまでサファイアＡ面基板１０ａを研磨することにより、厚さが２００μｍであるサファイアＡ面基板１０ａを形成する。前記研削及び研磨により、形成しようとする個々の半導体発光素子１において、高さＨに対する一辺の幅Ｄ_１，Ｄ_２の比として表されるアスペクト比（Ｄ_１又はＤ_２／Ｈ）が２となるように、サファイアＡ面基板１０ａの厚さが調節されることとなる。

次に、ＺｎＯ系半導体層１５などが形成されたサファイアＡ面基板１０ａの表面（該ＺｎＯ系半導体層１５が形成されている面）に貼り付けられた保護基板を剥離し、代わりに該表面に保護シートを貼り付ける。保護シートが貼り付けられたサファイアＡ面基板１０ａをスクライブ装置に取り付ける。前記スクライブ装置は、ポイントが３であるトゥポイントツールが刃先角度７０°となるように取り付けられていて、荷重係数が２０に設定されている。そして、図４（ｃ）に示すように、スクライブ装置により、サファイアＡ面基板１０ａの裏面であって各素子区画溝３０の中心部に相当する位置に、それぞれ第１のスクライブ溝Ｌ_１を形成する。続いて、サファイアＡ面基板１０ａを９０°回転した後に、同様にして、各素子区画溝３０の中心部に相当する位置にそれぞれ第２のスクライブ溝Ｌ_２を形成する。以上により、図３及び図４（ｃ）に示すように、サファイアＡ面基板１０ａの裏面に、該サファイアＡ面基板１０ａのＯＦ面すなわちｍ軸に対してθ＝５３．７°の角度を有し互いに並行な複数の第１のスクライブ溝Ｌ_１が、横幅Ｄ_１＝４００μｍの間隔を有して形成され、該第１のスクライブ溝Ｌ_１に直交し互いに平行な複数の第２のスクライブ溝Ｌ_２が横幅Ｄ_２＝４００μｍの間隔を有して形成される。

次に、スクライブ溝Ｌ_１，Ｌ_２が形成されたサファイアＡ面基板１０ａの裏面に、エクスパンド用シートを貼り付ける。そして、スクライブ溝Ｌ_１，Ｌ_２が形成されたサファイアＡ面基板１０ａをブレーキング装置に取り付ける。そして、図４（ｄ）に示すように、前記ブレーキング装置のトゥポイントツールＴのナイフエッジを、サファイアＡ面基板１０ａの表面側であって第１のスクライブ溝Ｌ_１に相当する位置に当接し、荷重をかけることにより、サファイアＡ面基板１０ａを第１のスクライブ溝Ｌ_１に沿って劈開する。続いて、サファイアＡ面基板１０ａを９０°回転した後に、同様にして、サファイアＡ面基板１０ａを第２のスクライブ溝Ｌ_２に沿って劈開する。

次に、スクライブ溝Ｌ_１，Ｌ_２に沿って劈開されたサファイアＡ面基板１０ａの表面に貼り付けられた保護シートを剥離し、該サファイアＡ面基板１０ａの裏面に貼り付けられたエクスパンド用シートを伸ばすことにより、図４（ｅ）に示すように、サファイアＡ面基板１０ａが個々のサファイアＡ面基板１０に分割され、矩形のサファイアＡ面基板１０が得られる。以上により、サファイアＡ面基板１０ａが個々のサファイアＡ面基板１０に分割され、矩形のサファイアＡ面基板１０上に形成されたＺｎＯ系半導体層１５を備える半導体発光素子１が完成する。

また、本実施形態の半導体発光素子１の製造方法では、ＺｎＯ系半導体層１５が形成されたサファイアＡ面基板１０ａから個々に分割して製造された半導体発光素子１のアスペクト比が２となるように、研削、研磨によりサファイアＡ面基板１０ａの厚さを２００μｍに調節したが、サファイアＡ面基板１０ａの厚さを５０〜２００μｍの範囲で調節することにより、２〜４の範囲のアスペクト比を備える半導体発光素子１を製造することができる。

前記ＺｎＯ系半導体層１５が形成されたサファイアＡ面基板１０ａから個々に分割された半導体発光素子１のアスペクト比が４以下、さらには３以下、特には２程度の場合には、アスペクト比が４を超える半導体発光素子と比較すると、半導体発光素子１の側面部からの光放出面積が大きくなり、半導体発光素子１からの光放出出力を増加することができる。

また、第１のスクライブ溝Ｌ_１は、ｍ軸に対してθ＝５２．７〜５４．７°の範囲の角度をなすものであればよく、本実施形態のように、ｍ軸に対してθ＝５３．２〜５４．２°の範囲の角度をなすものであればさらに好ましい。

また、本実施形態の製造方法において、第１のスクライブ溝Ｌ_１を、ｍ軸に対して３５．３〜３７．３°の範囲の角度をなすように形成することもできる。この場合には、ｍ軸に対して３５．３〜３７．３°の範囲の角度をなし、互いに直交な２本の第１の辺と、該第１の辺に直交し互いに平行な２本の第２の辺とで囲まれた半導体発光素子を得ることができる。

以上、サファイアＡ面基板１０上に形成されたＺｎＯ系半導体層１５を備えるＺｎＯ系半導体発光素子１の製造方法について説明したが、本実施形態の製造方法は、ＺｎＯ系半導体層１５が形成されていない５０〜５００μｍの範囲の厚さを備えるサファイアＡ面基板に対しても行うことができる。本実施形態の製造方法によれば、５０〜５００μｍの厚さを有する矩形のサファイアＡ面基板を得ることができる。

本実施形態のサファイアＡ面基板の製造方法によれば、サファイアＡ面基板が第１のスクライブ溝Ｌ_１に沿って劈開され、続いて第２のスクライブ溝Ｌ_２に沿って劈開されることにより、サファイアＡ面基板を矩形に形成することができる。特に、劈開前のサファイアＡ面基板が３００μｍ以上の厚さを備える円盤状である場合に、該サファイアＡ面基板の周端から２ｍｍ内側である周縁部では、劈開時に応力がサファイアＡ面基板の円周の半径方向に掛かり劈開面が曲がりやすい。しかし、本実施形態のサファイアＡ面基板の製造方法によれば、周縁部でさえもスクライブ溝Ｌ_１，Ｌ_２に沿って劈開することができる。この結果、本実施形態の製造方法によれば、５０〜５００μｍの厚さを有するサファイアＡ面基板であっても、９６〜略１００％と良好な歩留まりで、矩形のサファイアＡ面基板を得ることができる。

本実施形態のＺｎＯ系半導体発光素子を説明する説明図。 図１に示すＺｎＯ系半導体発光素子を用いたＬＥＤランプを示す説明的断面図。 図１に示すＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法を説明する説明図。 図１に示すＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法を説明する説明図。 従来技術の半導体発光素子の製造方法による劈開結果を示す図。

符号の説明

１…ＺｎＯ系半導体発光素子、 １０，１０ａ…サファイアＡ面基板、 １５…ＺｎＯ系半導体層、 Ｌ_１…第１のスクライブ溝、 Ｌ_２…第２のスクライブ溝、 Ｓ_１…第１の辺、 Ｓ_２…第２の辺。

Claims (4)

1. αサファイア単結晶からなりＡ面｛１１−２０｝を主面とするサファイアＡ面基板上に形成されたＺｎＯ系半導体層を備えるＺｎＯ系半導体発光素子であって、
   該サファイアＡ面基板は、５０〜２００μｍの範囲の厚さを備え、ｃ軸に直交するｍ軸に対して５３．７±１．０°の角度をなし、互いに平行な２本の第１の辺と、該第１の辺に直交し、互いに平行な２本の第２の辺とで囲まれているか、又は、該ｍ軸に対して３６．３±１．０°の角度をなし、互いに平行な２本の第１の辺と、該第１の辺に直交し、互いに平行な２本の第２の辺とで囲まれていて、矩形に形成されていることを特徴とするＺｎＯ系半導体発光素子。
2. 高さに対する一辺の長さの比として表されるアスペクト比が２〜４の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＺｎＯ系半導体発光素子。
3. αサファイア単結晶からなりＡ面｛１１−２０｝を主面とするサファイアＡ面基板上に形成されたＺｎＯ系半導体層を備えるＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法において、
   ５０〜２００μｍの範囲の厚さを備える該サファイアＡ面基板の表面に該ＺｎＯ系半導体層を形成する工程と、
   該サファイアＡ面基板の該ＺｎＯ系半導体層が形成された面の反対面に、ｃ軸に直交するｍ軸に対して５３．７±１．０°の角度をなすか、又は、該ｍ軸に対して３６．３±１．０°の角度をなす第１のスクライブ溝を形成する工程と、
   該サファイアＡ面基板の該反対面に、該第１のスクライブ溝に直交する第２のスクライブ溝を形成する工程と、
   該サファイアＡ面基板を、該第１のスクライブ溝でブレーキングし、続いて該第２のスクライブ溝でブレーキングする工程とを備えることを特徴とするＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法。
4. 前記ブレーキングにより、高さに対する一辺の長さの比として表されるアスペクト比が２〜４の範囲である前記ＺｎＯ系半導体発光素子を形成することを特徴とする請求項３に記載のＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法。

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