JP2013098298A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】単結晶基板として３０ｐｐｍ以上の不純物を含有する単結晶基板を用意し、この単結晶基板の主面の上に接して、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層をスパッタリング法により積層させ、次いで前記中間層を覆うように積層半導体層を形成する素子形成工程と、単結晶基板を複数のチップに分割するための切断予定ラインに沿って、単結晶基板の不純物準位に対して光励起を起こさせる波長を有するレーザを前記単結晶基板の内部に集光することにより、単結晶基板の内部に加工痕を設けるレーザ加工工程と、加工痕及び前記切断予定ラインに沿って単結晶基板を分割することにより、複数のチップとする分割工程と、を具備してなるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を採用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、電子デバイス等に、好適に用いられ、ＩＩＩ族窒化物半導体を積層するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

ＩＩＩ族窒化物半導体は、可視光から紫外光領域の範囲に相当するエネルギーの直接遷移型のバンドギャップを有し、発光効率に優れていることから、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光素子として製品化され、各種用途で使用されている。また、電子デバイスに用いた場合でも、ＩＩＩ族窒化物半導体は、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた場合に比べて優れた特性が得られるポテンシャルを有している。

このようなＩＩＩ族窒化物半導体は、一般的に、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびアンモニアを原料として、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって製造される他、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって製造されている。ＭＯＣＶＤ法は、キャリアガスに原料の蒸気を含ませて基板表面に運搬し、加熱された基板の表面で原料を分解させることにより、結晶を成長させる方法である。

ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた一般的な発光素子の製造方法は、サファイア単結晶基板の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層をこの順で積層し、次いでｎ電極及びｐ電極を設けた後、ダイシングラインに沿ってサファイア単結晶基板をマトリックス状に分割することにより、発光素子を切り出すことによって製造する。
このとき、サファイア単結晶基板を個々の発光素子に分割する方法として、半導体層が積層されたサファイア単結晶基板の基板内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより加工痕を形成し、この加工痕に沿ってウェーハを切断する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

ところで、発光素子の製造に用いるサファイア単結晶基板は、一般には無色透明の基板であるが、僅かな不純物の混入によって着色する性質がある。このような性質を利用して、白色光を効率良く発光可能な半導体発光素子が提案されている（特許文献３）。

特開２００３−３３８４６８号公報 特開２００６−２４５０６２号公報 特開２００８−１６５９１号公報

近年、サファイア単結晶基板を用いて発光素子を製造する際に、特許文献１または２に記載の方法によって、サファイア単結晶基板内部に集光点を設け、この集光点に多光子吸収が起こり得るレーザ光を収束させて個々の発光素子に分割する手段が知られている。この手段においては、集光点のみ結晶が改質されて強度が低下し、この強度低下箇所を起点として基板が割れやすくなるが、個々の発光素子を切り出す際に、基板の割れる方向が不安定で発光素子の欠けや割れが発生する場合があり、収率低下の原因の１つになっていた。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、生産効率に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

［１］ 単結晶基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を順次積層して積層半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記単結晶基板として、３０ｐｐｍ以上の不純物を含有する単結晶基板を用意し、この単結晶基板の第１の主面の上に接して、前記ＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層をスパッタリング法により積層させ、次いで前記中間層を覆うように前記積層半導体層を形成する素子形成工程と、
前記単結晶基板を複数のチップに分割するための切断予定ラインに沿って、前記単結晶基板の不純物準位に対して光励起を起こさせる波長を有するレーザを前記単結晶基板の内部に集光することにより、前記単結晶基板の内部に加工痕を設けるレーザ加工工程と、
前記加工痕及び前記切断予定ラインに沿って前記単結晶基板を分割することにより、複数のチップとする分割工程と、
を具備してなることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［２］ 前記レーザの波長が、３５５ｎｍ以上１０６４ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［３］ 前記単結晶基板に備えられる前記第１の主面が、ｃ面からなる平面と前記ｃ面上に形成された複数の凸部とからなるものであることを特徴とする［１］または［２］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［４］ 前記レーザ加工工程において、前記単結晶基板における前記レーザー光の照射面から厚さ方向で２／３部迄の領域に、前記加工痕を設けることを特徴とする［１］〜［３］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［５］ 前記レーザ加工工程において、前記単結晶基板に対して前記レーザをパルス照射することを特徴とする［１］〜［４］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［６］ 前記単結晶基板がサファイア基板であることを特徴とする［１］〜［５］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［７］ 前記単結晶基板の不純物が、Ｔｉ，Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉのうちの何れか１種または２種以上であることを特徴とする［１］〜［６］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
［８］ 単結晶基板の第１の主面上に接するようにスパッタリング法で形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が順次積層されてなる積層半導体層を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
前記単結晶基板が、３５０〜９００ｎｍの波長領域における光透過率が８０％以上であるとともに３０ｐｐｍ以上の不純物を含有する単結晶基板であり、前記単結晶基板の端面に、不純物準位に対して光励起を起こさせる波長を有するレーザが集光されたことによって形成された加工痕が設けられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
［９］ 前記単結晶基板の不純物の添加量が３０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲であり、前記単結晶基板の厚みが１００〜３００μｍの範囲であることを特徴とする［８］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
［１０］ 前記単結晶基板に備えられる前記第１の主面が、ｃ面からなる平面と前記ｃ面上に形成された複数の凸部とからなるものであることを特徴とする［８］または［９］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
［１１］ 前記単結晶基板に含有される不純物が、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉのうちの何れか１種または２種以上であることを特徴とする［８］〜［１０］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
［１２］ 前記単結晶基板の前記第１の主面から２／３部迄の領域に、前記加工痕が設けられていることを特徴とする［８］〜［１１］の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、単結晶基板の不純物準位に対して光励起を起こさせる波長を有するレーザを単結晶基板の内部に集光するので、単結晶基板中におけるレーザの吸収が高まり、単結晶基板中に加工痕を形成しやすくなる。これにより、加工痕を確実に形成することができ、単結晶基板を個々の発光素子に分割する際に欠けや割れが発止する虞がなく、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の生産効率を高めることができる。
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子によれば、欠けや割れの発生を防止できる。

図１は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一例を示す断面模式図である。 図２は、図１のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を構成する単結晶基板の断面形状を示す部分断面図である。 図３は、図１のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を構成する単結晶基板の斜視図である。 図４は、図１のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の積層半導体層の断面構造を示す模式図である。 図５は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する図であって、素子形成工程を示す工程図の一例である。 図６は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する図であって、保護膜の形成工程を示す工程図の一例である。 図７は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する図であって、半導体除去工程を示す工程図の一例である。 図８は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する図であって、保護膜の除去工程を示す工程図の一例である。 図９は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する図であって、仮固定シートを貼着工程を示す工程図の一例である。 図１０は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する図であって、レーザ加工工程を示す工程図の一例である。 図１１は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する図であって、レーザ加工工程の別の例を示す工程図の一例である。 図１２は、本発明の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法を説明する図であって、分割工程を示す工程図の一例である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（以下、発光素子１という）は、単結晶基板２（以下、基板２という）と、基板２上に積層された発光層１５を含む積層半導体層３０と、積層半導体層３０の上面に積層された透光性電極１７と、透光性電極１７上に積層されたｐ型電極１８と、ｎ型電極１９とを具備して構成されている。本実施形態の半導体発光素子１は、発光層１５からの光を、ｐ型電極１８が形成された側から取り出すフェイスアップマウント型の発光素子である。

図１及び図４に示すように、積層半導体層３０は、複数の半導体層が積層されて構成されている。より具体的には、積層半導体層３０は、基板側から、ｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６がこの順に積層されて構成されている。ｐ型半導体層１６及び発光層１５は、その一部がエッチング等の手段によって除去されており、除去された部分からｎ型半導体層１４の一部が露出されている。そして、このｎ型半導体層１４の露出面１４ｄにｎ型電極１９が積層されている。
また、ｐ型半導体層１６の上面１６ａには、透光性電極１７及びｐ型電極１８が積層されている。

本実施形態の発光素子１においては、ｐ型電極１８とｎ型電極１９との間に電流を通じることで、発光層１５から発光を発せられるようになっている。

ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６は、化合物半導体を主体としてなることが好ましく、ＩＩＩ族窒化物半導体を主体としてなることが好ましく、窒化ガリウム系を主体としてなることがより好ましい。

以下、本実施形態の発光素子１を構成する基板２及び積層半導体層３０について説明する。
（基板）
本実施形態の発光素子の基板２としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。また、スパッタリング法によりＩＩＩ族窒化物半導体結晶を積層される基板であればよい。例えば、サファイア、ＳｉＣ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン等からなる単結晶基板を用いることができる。
また、上記単結晶基板の中でも、特に、ｃ面を主面とするサファイア単結晶基板を用いることが好ましい。基板表面を公知の技術で凹凸加工して使用してもよい。また、サファイア基板のｃ面上に中間層１２（バッファ層）を形成するとよい。

また、図１〜３に示すように、基板２には、ｃ面からなる平面２１と、ｃ面上に形成される複数の凸部２２とからなる主面（第１の主面）２０を有している。この主面２０の上に中間層１２（バッファ層）が形成され、更に凸部２２を埋めるようにＩＩＩ族窒化物半導体からなる積層半導体層３０が形成されている。

本実施形態の基板２には、図１〜図３に示すように複数の凸部２２が形成され、凸部２２の形成されていない部分は、ｃ面（（０００１）面）からなる平面２１とされている。
凸部２２は、図２及び図３に示すように、ｃ面とは非平行な表面２２ｃによって区画されている。図２及び図３に示す凸部２２は、基部２２ａの平面形状が略円形であり、上部に向かって徐々に外形が小さくなる形状とされており、側面２２ｂが外側に向かって湾曲したお椀状（半球状）の形状とされている。また、凸部２２の平面配置は、図２及び図３に示すように、碁盤目状に等間隔に配置されている。

また、図２及び図３に示す例の凸部２２は、基部幅ｄ_１が０．０５〜５μｍ、高さｈが０．０５〜５μｍ、且つ、高さｈが基部幅ｄ_１の１／４以上であって、隣接する凸部２２間の間隔ｄ_２が基部幅ｄ_１の０．５〜５倍とされている。ここで、凸部２２の基部幅ｄ_１とは、凸部２２の底辺（基部２２ａ）における最大幅の長さのことをいう。また、隣接する凸部２２の間隔ｄ_２とは、最も近接した凸部２２の基部２２ａの縁の間の距離をいう。

凸部２２間の間隔ｄ_２が基部幅ｄ_１の０．５倍未満であると、ｎ型半導体層１４（積層半導体層３０）を構成する下地層１４ａをエピタキシャル成長させる際に、ｃ面からなる平面２１上からの結晶成長が促進され難くなり、凸部２２を下地層１４ａで完全に埋め込むことが難しくなるし、下地層１４ａの表面１４ｆの平坦性が十分に得られない場合がある。また、凸部２２間の間隔ｄ_２が基部幅ｄ_１の５倍を超えると、基板２を用いて発光素子１を形成した場合に、基板２と、基板２上に形成された積層半導体層３０との界面での光の乱反射の機会が減少し、光の取り出し効率を十分に向上できなくなる可能性がある。

また、基部幅ｄ_１が０．０５μｍ未満であると、基板２を用いて発光素子１を形成した場合に、光を乱反射させる効果が十分に得られない恐れがある。また、基部幅ｄ_１が５μｍを超えると、凸部２２を埋めて下地層１４ａをエピタキシャル成長させることが困難になる。
更に、凸部２２の高さｈが０．０５μｍ未満であると、基板２を用いて発光素子１を形成した場合に、光を乱反射させる効果が十分に得られない可能性がある。また、凸部２２の高さｈが５μｍを超えると、凸部２２を埋めて下地層１４ａをエピタキシャル成長することが困難になり、下地層１４ａの表面１４ａの平坦性が十分に得られない場合がある。

更に、凸部２２の高さｈが基部幅ｄ_１の１／４未満であると、基板２を用いて発光素子１を形成した場合における光を乱反射させる効果や、光の取り出し効率を向上させる効果が十分に得られない恐れがある。

なお、凸部２２の形状は、図２及び図３に示す例に限定されるものではなく、ｃ面に非平行の表面からなるものであれば、いかなる形状であってもよい。例えば、基部の平面形状が略多角形であり、上部に向かって徐々に外形が小さくなる形状とされており、側面１２が外側に向かって湾曲している形状であってもよい。また、側面が上部に向かって徐々に外形が小さくなる斜面からなる略円錐状や略多角錐状とされていてもよい。また、側面の傾斜角度が２段階的変化する形状であってもよい。
また、凸部２２の平面配置も、図２及び図３に示す例に限定されるものではなく、等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。また、凸部２２の平面配置は、四角形状であってもよいし、三角形状であってもよいし、ランダムであってもよい。

また、本実施形態に係る単結晶基板２は、不純物が添加されることによって、吸収帯を有する。ここで、吸収帯とは、配位子吸収帯を例示でき、例えば、サファイア基板にＣｒを添加することで形成される。配位子吸収帯は、紫、緑〜黄緑の光を吸収する。また、別の吸収帯として電荷移動吸収帯を例示でき、例えば、サファイア基板にＦｅ，Ｔｉを添加することで形成される。電荷移動吸収帯は、緑色〜赤色の光を吸収する。また、半導体で一般的なエネルギー帯間遷移による吸収帯も利用できる。

本実施形態に係る単結晶基板２は、好ましくは１０００ｐｐｍ以下の濃度で不純物を含有しているのが良い。不純物濃度が高い場合は、結晶基板の結晶性が低下し、エピタキシャル成長する半導体層の品質低下を招く可能性がある。また、不純物の濃度が１０００ｐｐｍを超えると、単結晶基板２の発光層で発光した光に対する透過率が低下するおそれがあるので好ましくない。
本実施形態に係る単結晶基板２では、後述する基板上に接する中間層（バッファ層）の形成をスパッタリング法によって行うことにより、不純物含有により結晶性の低下した基板であっても、中間層（バッファ層）上に高品質なエピタキシャル成長する半導体層を容易に形成することができる。また、不純物濃度の低い従来の無色透明の基板に用いる高純度な基板原料（例えば、サファイア基板ならば不純物元素の合計重量濃度が１ｐｐｍ以下の高純度アルミナ粉末）は極めて高価となる。一方、本実施形態に係る単結晶基板２は、好ましくは３０ｐｐｍ以上の濃度で不純物を含有していることが良い。不純物の濃度が３０ｐｐｍ未満の場合には、分割工程において単結晶基板２の吸収帯の吸収が不十分になるおそれがあるので好ましくない。

不純物としては、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉのうちの何れか１種または２種以上を例示できる。特に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉのうちの何れか１種または２種以上が好ましい。
単結晶基板の製造方法は、不純物の添加、大口径化が容易なＣＺ法（チョクラルスキー法）が望ましい。

（積層半導体層）
本明細書において、積層半導体層３０とは、基板２上に形成される発光層１５を含む、積層構造の半導体層を指す。具体的には積層半導体層３０は、例えば、図１及び図４に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体である場合、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる積層半導体であって、基板２上のｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６の各層がこの順で積層されてなるものが挙げられる。積層半導体層３０は、さらにｎ型半導体層１４の一部を構成する下地層１４ａ及び中間層１２を含めて呼んでもよい。積層半導体層３０は、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよく、スパッタリング法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。

（中間層（バッファ層））
バッファ層１２は、多結晶のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
バッファ層１２は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。バッファ層１２の厚みが０．０１μｍ未満であると、バッファ層１２により基板２と下地層１４ａとの格子定数の違い緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、バッファ層１２の厚みが０．５μｍを超えると、バッファ層１２としての機能には変化が無いのにも関わらず、バッファ層１２の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。

バッファ層１２は、基板２と下地層１４ａとの格子定数の違いを緩和し、基板２の（０００１）ｃ面上にｃ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、バッファ層１２の上に単結晶の下地層１４ａを積層すると、より一層結晶性の良い下地層１４ａが積層できる。なお、本発明においては、スパッタリング法によってバッファ層形成工程を行なうことが好ましいが、行なわなくても良い。

バッファ層１２は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。また、バッファ層１２をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、バッファ層１２の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体からなるバッファ層１２を形成することができる。このような単結晶構造を有するバッファ層１２を基板２上に成膜した場合、バッファ層１２のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。

また、バッファ層１２をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶（多結晶）とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。

（下地層）
下地層１４ａとしては、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）が挙げられるが、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３を形成できるため好ましい。
下地層１４ａの膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。さらに、下地層１４ａは、この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌｘＧａ_１−ｘＮ層が得られやすい。また、下地層１４ａの膜厚は１０μｍ以下が好ましい。

下地層１４ａの結晶性を良くするには、下地層１４ａに不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することが出来る。

（ｎ型半導体層）
ｎ型半導体層１４は、通常ｎコンタクト層１４ｂとｎクラッド層１４ｃとから構成されるのが好ましい。ｎコンタクト層１４ｂはｎクラッド層１４ｃを兼ねることも可能である。また、前述の下地層１４ａをｎ型半導体層１４に含めてもよい。

ｎコンタクト層１４ｂは、ｎ型電極を設けるための層である。ｎコンタクト層１４ｂとしては、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。また、ｎコンタクト層１４ｂにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０^１７〜１×１０^２０／ｃｍ^３、好ましくは１×１０^１８〜１×１０^１９／ｃｍ^３の濃度で含有すると、ｎ型電極との良好なオーミック接触の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。

ｎコンタクト層１４ｂの膜厚は、０．５〜５μｍとされることが好ましく、１〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４ｂの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。

ｎコンタクト層１４ｂと発光層１５との間には、ｎクラッド層１４ｃを設けることが好ましい。ｎクラッド層１４ｃは、発光層１５へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めを行なう層である。ｎクラッド層１４ｃはＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ｎクラッド層１４ｃをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１５のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。なお、本明細書中では、各元素の組成比を前述のように省略して、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮと記述する場合がある。

ｎクラッド層１４ｃの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５〜５００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。ｎクラッド層１４ｃのｎ型ドープ濃度は１×１０^１７〜１×１０^２０／ｃｍ^３が好ましく、より好ましくは１×１０^１８〜１×１０^１９／ｃｍ^３である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。

なお、ｎクラッド層１４ｃを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、該ｎ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｎクラッド層１０４ｂは、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよい。また、好ましくは、前記ｎ側第１層又はｎ側第２層の何れかが、活性層（発光層１５）に接する構成とすれば良い。

（発光層）
ｎ型半導体層１４の上に積層される発光層１５としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などの発光層１５がある。図４に示すような、多重量子井戸構造の発光層１５の場合は、Ｇａ_１−ｙＩｎ_ｙＮ（０＜ｙ＜０．４）を井戸層１５ｂとし、井戸層１５ｂよりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層１５ａとする。井戸層１５ｂの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば１〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２〜６ｎｍとすると発光出力の点で好ましい。
また、井戸層１５ｂおよび障壁層１５ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。

（ｐ型半導体層）
ｐ型半導体層１６は、通常、ｐクラッド層１６ａおよびｐコンタクト層１６ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１６ｂがｐクラッド層１６ａを兼ねることも可能である。

ｐクラッド層１６ａは、発光層１５へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入を行なう層である。ｐクラッド層１６ａとしては、発光層１５のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。ｐクラッド層１６ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。ｐクラッド層１６ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０^１８〜１×１０^２１／ｃｍ^３が好ましく、より好ましくは１×１０^１９〜１×１０^２０／ｃｍ^３である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。

また、ｐクラッド層１６ａは、複数回積層した超格子構造としてもよい。ｐクラッド層１６ａを超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第１層と、該ｐ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｐ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｐ側第１層とｐ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであっても良い。

ｐコンタクト層１６ｂは、正極を設けるための層である。ｐコンタクト層１６ｂは、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）が好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。ｐ型不純物（ドーパント）を１×１０^１８〜１×１０^２１／ｃｍ^３の濃度、好ましくは５×１０^１９〜５×１０^２０／ｃｍ^３の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。ｐコンタクト層１６ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１６ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。

（ｐ型電極及びｎ型電極）
ｐ型電極１８は、透光性電極１７上の一部に形成される電極であり、回路基板やリードフレーム等との電気接続のために設けられたボンディングパッドである。ｐ型電極１８の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
ｐ型電極１８の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚い方が、ボンダビリティーが高くなるため、ｐ型電極１８の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。

ｎ型電極１９は、ｎ型半導体層１４のｎコンタクト層１４ｂに接するように形成される。このため、ｎ型電極１９を設ける際は、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４の一部を除去することにより、ｎコンタクト層１４ｂの露出領域１４ｄを形成し、この上にｎ型電極１９を形成する。
ｎ型電極１９の材料としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。

ｐ型半導体層１６の上に積層される透光性電極１７は、ｐ型半導体層１６との接触抵抗が小さいものが好ましい。また、発光層１５からの光をp型電極１８が形成された側に取り出すことから、透光性電極１７は光透過性に優れたものが好ましい。また、ｐ型半導体層１６の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透光性電極１７は優れた導電性を有していることが好ましい。

透光性電極１７の構成材料としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｃｅ、Ｓｎ、Ｎｉのいずれか一種を含む導電性の酸化物、硫化亜鉛または硫化クロムのうちいずれか一種からなる群より選ばれる透光性の導電性材料が好ましい。また、導電性の酸化物としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ））、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３））、ＧＺＯ（酸化ガリウム亜鉛（ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３））、フッ素ドープ酸化錫、酸化チタン等が好ましい。これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、透光性電極１７を形成できる。

次に、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法について、図５〜図１２を参照して説明する。
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法は、基板２として、ＣＺ法で製造され、不純物として好ましくは、３０〜１０００ｐｐｍを含有し、３５０〜９００ｎｍの可視域に吸収帯を有する単結晶基板を用意し、この単結晶基板２の主面（第１の主面）の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６を順次積層して積層半導体層３０を形成するとともに、ｐ型電極１８及びｎ型電極１９を形成する素子形成工程と、基板２のスクライブライン（切断予定ライン）２８上の積層半導体層３０の一部を除去して、基板２を露出させる半導体層除去工程と、スクライブライン２８に沿って前記単結晶基板の不純物準位に対して多光子吸収による光励起を起こさせる波長を有するレーザを照射し、基板２の内部に設定した集光点に加工痕２５を設けるレーザ加工工程と、加工痕２５及びスクライブライン２８に沿って基板２を分割して複数のチップ（発光素子１）とする分割工程とを具備して概略構成される。

ここで、「単結晶基板の不純物準位に対して多光子吸収による光励起を起こさせる波長を有するレーザ」とは、言い換えると、吸収帯の波長を有するレーザーが最適であり、例えば、Ｃｒを不純物として含むサファイア基板の場合、青色、緑色（波長４００ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近）を選択すれば良い。Ｔｉ，Ｆｅを添加したサファイア基板の場合は、緑色、赤色（５００〜７００ｎｍ）の波長を選択すれば良い。
また、本発明の実施形態では、３５０〜９００ｎｍの波長領域において光励起が可能な基板を用意することにより、多光子吸収の可能な波長のレーザー照射による切断効果が格段と高められる。従って、本発明の実施形態で適用されるレーザー波長は、単結晶基板の不純物準位に対して光励起を起こさせる波長よりも長波長であってもよく、また短波長であってもよい。不純物準位に対して光励起（単光子吸収）する波長と同一なレーザー波長に限定されるものではない。
また、本発明の実施形態では、３５０〜９００ｎｍの波長領域において光励起が可能な基板に対して、吸収ピーク波長から半値幅の波長領域にレーザー波長を有するレーザーを採用してもよいし、吸収が起こりえる波長領域にレーザー波長を設定してもよい。この結果、不純物準位に基づく吸収過程において、多光子吸収の効果が格段と期待される。
このように、単結晶基板と不純物の組み合わせにより、好ましくは多光子吸収帯の範囲の波長を選択することができる。
従って、本発明においては、上記のレーザを使用することによる基板内の吸収と、短時間パルスによる高密度照射による多光子吸収による吸収の双方の効果による結晶基板の改質効果を期待できる。これにより、不純物を従来より高濃度に含有する（例えば、不純物元素の合計重量濃度で１ｐｐｍを超える場合）基板であっても、敬遠することなく用いることができる。
また、前記３５０〜９００ｎｍの可視域に吸収帯を有する単結晶基板は、厚み０．１５ｍｍ程度で光透過率が８０％以上であるものが好ましく使用できる。
以下、各工程について順次説明する。

先ず、図５に示すように、素子形成工程では、基板２上にバッファ層１２を積層し、更に基板２の凸部２２を完全に覆うように下地層１４ａを形成する。次いで、下地層１４ａの上に、ｎ型半導体層１４を構成するｎコンタクト層１４ｂ、ｎクラッド層１４ｃを積層し、更に発光層１５及びｐ型半導体層１６を積層する。更に、ｐ型半導体層１６上に透光性電極１７を積層し、フォトリソグラフィ及びエッチング技術によってｎコンタクト層１４ｂの露出面１４ｄを設ける。更に、透光性電極１７上にｐ型電極１８を形成し、露出面１４ｄにはｎ型電極１９を設ける。

次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、積層半導体層３０と、その上に形成された透光性電極１７、ｐ型電極１８及びｎ型電極１９の上に、レジスト等からなる保護膜１３を形成する。具体的には、スピンコータ、スプレーコータ等の方法を用いて、一般的なレジスト材料等の樹脂材料からなる保護膜１３を基板２の全面に成膜する。

次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、半導体層除去工程では、ｎコンタクト層１４ｂの露出面１４ｄ上に設けられたスクライブライン２８（図８及び図９を参照）に沿って、当該保護膜１３に向けてレーザを照射することにより、保護膜１３やその下の半導体膜（ｎコンタクト層１４ｂ、下地層１２ａ）を除去し基板２を露出させる、または基板露出面の一部に分割溝を形成させる。

具体的には、図７（ａ）に示すように、例えば、レーザＬ１を、半導体膜（ｎコンタクト層１４ｂ、下地層１２ａ）上に設けられた保護膜１３に照射し、レーザの照射位置を上述のスクライブライン２８に沿って移動させる。このような半導体層除去工程を行なうことで、図７（ｂ）に示すように、保護膜１３、半導体膜（ｎコンタクト層１４ｂ、下地層１２ａ）が、基板２上において格子状に除去された状態となる。
照射するレーザには、例えば、ＹＡＧレーザ（半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）を用いることができる。また、半導体層除去工程で用いるレーザとして、半導体ウェーハを各チップに分離可能に形成できるものであれば、どのようなタイプのレーザでも用いることが可能である。具体的にはＣＯ_２レーザ、上述のようなＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、エキシマ・レーザおよびこれらのパルスレーザなどを用いることが可能である。

なお、上記の例では、保護膜１３を半導体膜が形成されたウエーハの表面に成膜してから、レーザによって半導体膜（ｎコンタクト層１４ｂ、下地層１２ａ）とともに保護膜１３を除去しているが、本発明はこの方法に限定されない。なお、スクライブライン２８の幅は３０μｍ以下とすることが好ましい。

次に、図８に示すように、基板２上の保護膜１３を除去する。
更に、基板２の下面（第２の主面）２３を研削することによって基板２を薄く加工する。具体的には、例えば、合成ダイヤモンド等をベースとしたメタルボンド砥石又はビトリ砥石（ビトリファイド砥石）等を使用して、基板２の下面２３側に機械的研削処理を施し、基板２全体の板厚を８０〜２００μｍ程度、好ましくは１００〜１５０μｍにする。次に、基板２の下面２３に対して、多結晶ダイヤからなる粒度１〜１２μの遊離砥粒によって研磨処理（ラッピング処理）を施し、下面２３を鏡面とする。また、下面２３に対し、例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の方法で研磨処理を施してもよい。

次に、図９に示すように、樹脂からなる仮固定シート５０を基板２に貼着する。具体的には、例えば、樹脂材料からなる仮固定シート５０上に、鏡面とされた基板２の下面２３を接着等の方法で貼着して基板２を仮固定する。

次に、レーザ加工工程では、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、基板２上のスクライブライン２８に対してレーザＬ２を照射することにより、基板２の内部に加工痕２５を形成する。図１０（ｂ）に示す例では、基板２のレーザ照射面である主面２０から、基板２の厚さ方向で２／３部迄の領域の計２箇所に加工痕２５を形成している。例えば、基板２の厚みが１００μｍの場合には、加工痕２５の形成深さを６７μｍ以内にすることが好ましい。これにより、後の分割工程において、単結晶基板２の分割が容易になる。

具体的には、例えば、図示略のステルスレーザ加工機を用い、仮固定シート５０に貼り付けられた基板２をステルスレーザ加工機の試料台に固定する。
次に、図１０（ａ）に示すように、基板２上のスクライブライン２８に対し、エキシマ励起のパルスレーザを照射しながらステルスレーザ加工機の試料台を移動させることで、スクライブライン２８に沿ってレーザＬ２を照射する。このようにして、図１０（ｂ）に示すように、単結晶基板２の主面２０側に、多数の加工痕２５をスクライブライン２８に沿って平面視格子状に連ねて形成する。この際、レーザＬ２の焦点を変化させることで、基板２の厚さ方向において複数箇所（図１０（ｂ）では２箇所）に加工痕２５を設ける。これにより、後述の分割工程において、単結晶基板２を個々の発光素子単位に分割するのが容易になる。

レーザ加工工程において使用するレーザは、サファイア等からなる単結晶基板２を加工できればよく、例えば、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等を用いることができる。レーザを用いることにより、基板２のスクライブライン２８の位置に、効率良く加工痕２５を形成することが可能となる。

レーザＬ２は、単結晶基板２上のスクライブライン２８に沿って走査する。レーザが照射されたスクライブライン２８においては、基板２をなす材料が加熱されて揮散することにより、直線状の加工痕２５が形成される。

本実施形態において使用する基板２は、好ましくは３０〜１０００ｐｐｍの不純物を含有する単結晶基板が用いられる。また、本実施形態においては、単結晶基板中の不純物濃度として、さらに好ましくは５０〜７００ｐｐｍ、より好ましくは１００〜５００ｐｐｍである単結晶基板が用いられる。このような単結晶基板の分離加工を確実にするには、適切な波長の選択と高い出力のレーザを使用することが好ましい。このようなレーザの波長としては、ＹＡＧレーザー、例えば、１０６４ｎｍを例示できる。また、１０６４ｎｍの第二高調波（５３２ｎｍ）や第三高調波（３５５ｎｍ）まで使用できる。
すなわち、３５５ｎｍ以上１０６４ｎｍ以下の範囲の波長を有するレーザを用いることができる。レーザの発光波長がこの波長であれば、基板２に対するレーザの吸収が容易になる。これにより、多光子吸収と吸収帯の効果で、基板２のスクライブライン２８の部分を揮散あるいは強度的に弱い材質へと変換させることができ、効率良く、結晶の改質、加工痕２５を形成することが可能となる。
本実施形態において使用される基板２の第１の主面には、サファイアｃ面からなる平面とｃ面上に形成された複数の凸部とが設けられていてもよい。

また、照射形式としては、パルス照射のレーザを用いる。基板２のスクライブライン２８に対してレーザを間欠的に照射することのよっても加工痕２５を形成できる。レーザをパルス照射する場合のパルス周期は、１０〜４０Ｈｚの範囲とすることが好ましい。レーザのパルス周期を上記範囲とすることで、基板２の内部に効果的にダメージを付与し、この部分を揮散あるいは強度的に弱い材質へと変換させることができ、周期的な加工痕を形成できる。
これにより、後述の分割工程において基板２を分割した際、基板２の分割面（図１に示す端面２ａ）に、周期的な加工痕２５の少なくとも一部が残存する領域と、基板２を破断させた際に生じる亀裂痕が残存する領域とが形成される。これにより、分割面（端面２ａ）のほぼ全体を粗面にでき、発光素子１の出力を高めることができる。

また、加工痕２５は、基板２の厚さ方向において複数箇所（図１０（ｂ）に示す例では計２箇所）に設けることが、分割工程の作業性が一層容易になる点で、より好ましい。このようなレーザ加工工程では、単結晶基板におけるレーザの照射面から厚さ方向で２／３部迄の領域に、加工痕を設けること好ましい。

また、図１０に示す例では、基板２の主面２０側のスクライブライン２８にレーザを照射する例を説明しているが、本発明ではこれには限定されない。即ち、図１１（ａ）、（ｂ）に示す例のように、前述の積層半導体層側から照射する方法に加えて、基板２の下面（第２の主面）２３側のみからレーザを照射して加工痕を形成することも可能である。この場合には、図１１（ａ）に示すように、ｐ型電極１８に仮固定シート５０を貼着してから、図１１（ａ）に示すように、基板２の下面２３側からレーザを照射することにより、図１１（ｂ）に示すように、下面２３から基板２の厚さ方向で２／３部迄の領域に加工痕２５を形成できる。

また、本発明の製造方法では、予め、スクライブライン２８の形成位置にある半導体膜（ｎコンタクト層１４ｂ、下地層１２ａ）を上記半導体除去工程において除去している。これにより、加工痕を設けるためのレーザ照射によって積層半導体層３０に所謂デブリや焼けが生じるおそれがなく、発光素子の特性を低下させる恐れがない。

次に、分割工程では、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、加工痕２５に沿って基板２を切断し、複数のチップ（発光素子１）に分割する。
以上のようにして、本実施形態に係る発光素子１が得られる。

以上説明したような本実施形態の発光素子の製造方法によれば、不純物を含有する基板２に対して、適切な波長のレーザを使用することで、基板２に対するレーザの吸収が容易になり、基板２を揮散あるいは強度的に弱い材質へと変換させることができ、効率良く加工痕２５を形成できる。これにより、基板２を個々の発光素子１に分割する際に欠けや割れが発生する虞がなく、発光素子１の生産効率を高めることができる。
なお、吸収帯による改質層（加工痕）は、顕微鏡などで必ずしも観察はできないが、分離収率で効果を確認できる。

また、本発明で、加工精度が向上し、スクライブラインの幅を最大で３０μｍに狭められる。これにより、１枚の単結晶基板から取れる発光素子１の個数が増加し、生産性を向上できる。

本実施形態で得られるＩＩＩ族窒化物半導体素子は、上述のような発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザデバイス（ＬＤ）等の発光素子に備えられる半導体層の他、レーザ素子や受光素子等の光電気変換素子、又は、ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の電子デバイスにも用いることができる。これらの半導体素子は、各種構造のものが多数知られており、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体の積層構造は、これら周知の素子構造を含めて何ら制限されない。

また、本発明は、ＳｉＣ基板を用いたＩｎＧａＮ系の半導体発光素子や、サファイア基板を貼り合わせた４元系（ＡｌＧａＩｎＰ）半導体発光素子にも適用できる。
更に、単結晶基板２として凸部を有する単結晶基板２を例にして説明したが、第１の主面がｃ面からなる平面である単結晶基板を用いても良い。

以下、本発明の具体例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
以下の手順によりサファイア単結晶基板を製造した。
直径１００ｍｍ、深さ１００ｍｍのイリジウム製るつぼに、原料として酸化チタンをＴｉ換算で１００ｐｐｍ、酸化鉄をＦｅ換算で９００ｐｐｍ含有する酸化アルミニウム２６００ｇを充填した。なお、本明細書ではｐｐｍは重量基準を指し、単にｐｐｍと記載する。このるつぼを高周波誘導加熱炉内に載置し、るつぼの外周にジルコニア製の円筒を配置して、るつぼ周辺を保温した。この状態で高周波誘導によりるつぼを加熱し、るつぼ内の原料を溶融させた。この際に、高周波誘導加熱炉内は窒素雰囲気とし、圧力は大気圧とした。

次に、引き上げ棒の下部先端に固定された、サファイアｃ軸種結晶を原料融液に接触させて種付けを行った。このときの引き上げ棒の回転速度を３０回転／分とした。種結晶を種付けした後、まず、単結晶インゴットの肩部を形成した。引上げ速度を１．５ｍｍ／時として、融液の温度を調整することにより結晶の直径を徐々に拡大して、最終的な直径が６０ｍｍになるように肩部を形成した。肩部形成の間、引き上げ棒の回転速度を３０回転／分から１５回転／分に徐々に低下させた。

次に、単結晶インゴットの直胴部を形成した。このとき、引き上げ棒の回転速度を１５回転／分、引上げ速度を１．０ｍｍ／時にそれぞれ設定した。上記の回転速度と引き上げ速度を保ったまま、直胴部の長さが８０ｍｍとなるまで引上げた。直胴部形成後、引き上げ棒の回転速度と引上げ速度を、それぞれ、１５回転／分、１．０ｍｍ／時に保ったまま融液の温度を調整し、結晶の直径を徐々に小さくして尾部を形成した。その後、引き上げ速度を増加させて、尾部を融液から切り離し、単結晶インゴットを得た。

以上のようにして得られた単結晶インゴットは、薄い青色（淡青色）に着色していた。次に、この単結晶インゴットからｃ面のサファイア単結晶基板を切り出し、大気下で１４００℃でアニール処理を行ったところ、透明になった。このサファイア単結晶基板の不純物分析をＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）にて実施したところ、Ｔｉ濃度は１０ｐｐｍ、Ｆｅ濃度は、９０ｐｐｍであった。
次に、単結晶インゴットから約１ｍｍ厚さのサファイア単結晶基板を切り出し、アニール処理後、鏡面加工した。このサファイア単結晶基板をＧｅ（４４０）４結晶法Ｘ線回折により評価した。サファイア結晶の（０００６）面回折のＸ線ロッキングカーブの半値幅は０．００１度であり、良好な結晶性を有していることが確認できた。

次に、上記サファイア単結晶基板を、表面ラップ処理及びポリッシュ処理で鏡面に加工し、厚さ約０．７ｍｍの基板を作製した。次いで、発光素子の発光効率を向上させるためｃ面サファイア単結晶基板の表面に凹凸状の加工を特開２００９−１２３７１７号公報に記載の方法に準じて行なった。
上記方法で製造したサファイア単結晶基板１０を真空スパッター装置のチャンバー内に移して真空中で加熱し、その後、ＡｌＮからなるバッファ層１２を４０ｎｍ積層した。次に、バッファ層１２の上に通常のＭＯＣＶＤ法によりｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型半導体層１６をこの順序で形成した。ｎ型半導体層１４は、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層と、厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなるコンタクト層と、厚さ２５０ｎｍのｎ型Ｉｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなるクラッド層により構成した。また、発光層１５は、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮからなる障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造として形成した。また、ｐ型半導体層１６は、厚さ１０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるクラッド層と、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮからなるコンタクト層とを順に積層して形成した。

また、ｐ型半導体層１６の上に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術により透光性電極１７（透明電極とも言う）を形成した。透光性電極１７は、厚さ２００ｎｍのＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ））から形成されている。この透光性電極２０の一部領域上に、リフトオフ技術により正極ボンディングパッド電極１８を形成した。正極ボンディングパッド電極１８は、透光性電極１７側から常法によりＴｉ／Ａｌ／Ａｕにより構成した。また、ｎ型半導体層１４の一部領域上に公知の反応性イオンエッチング法により負極１９の形成領域を露出させ、ｎ型半導体層１４側から順にＴｉ／Ａｕからなる負極１９を形成した。

このようにして正極および負極を形成したウエハの基板裏面を研削・研磨することにより１５０μｍまでサファイア単結晶基板１０の板厚を薄くした。次いで基板裏面より５３２ｎｍの波長を有するレーザ光を基板２の所定のスクライブライン２８に沿って、基板内部に集光点を合わせて照射し、改質領域を形成した。そして、この改質領域を有する切断起点領域に沿ってウエーハを縦２４０μｍ、横４００μｍの矩形チップに切断した。このウエーハ１枚当りの切断工程（分割工程）における欠けや割れは発生しなかった。
続いてこれらのチップをプローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧の測定をしたところ３．２Ｖであった。
１８パッケージに実装してテスターによって発光出力を計測したところ、所定の波長４５０ｎｍの青色を発光し、印加電流２０ｍＡにおける発光出力は２０．５ｍＷを示した。またその発光面の発光分布は正極下の全面で発光しているのが確認できた。なお、１５０μｍの厚みを有する前記サファイア単結晶基板１０の光透過率（％）は、５３２ｎｍ（緑）のレーザー波長に対して８５％であった。

以上に述べた実施例１にかかる基板の特徴及びこれを使用した発光素子の評価結果を、表１に示した。

（実施例２）
実施例１に記載のサファイア基板の不純物をＴｉ、ＦｅからＣｒ（２５０ｐｐｍ）に変えた以外は、実施例１と同様な操作をしてサファイア単結晶基板及びこれを使用した発光素子を評価したところ、表１に記載のとおりの結果が得られた。厚さ１５０μｍのサファイア基板は、淡い赤色（微赤色）で、５３２ｎｍにおける光透過率は、８１％であった。特に、このウエーハ１枚当りの切断工程（分割工程）における欠けや割れ発生率（％）は、発生しなかった。

（実施例３）
実施例１に記載のサファイア基板の不純物をＴｉ（７０ｐｐｍ）に変えた以外は、実施例１と同様な操作をしてサファイア単結晶基板及びこれを使用した発光素子を評価したところ、表１に記載のとおりの結果が得られた。厚さ１５０μｍのサファイア基板は、淡いピンク色（淡ピンク）で、５３２ｎｍにおける光透過率は、８６％であった。特に、このウエーハ１枚当りの切断工程（分割工程）における欠けや割れ発生率（％）は、発生しなかった。

（比較例１）
不純物を添加しない（不純物は最大１ｐｐｍ以下）であるｃ面サファイア基板（約０．７ｍｍ）を用意し、これに実施例１に記載の凹凸形状加工を施し（特開２００９−１２３７１７号公報を参照）、次いで実施例１と同様な方法で発光素子を製造し評価した。その結果を、表１に示す。比較例１では、ウエーハ１枚当りの切断工程（分割工程）における欠けや割れ発生は、７％（発生率）と高くなった。厚さ１５０μｍのサファイア結晶（無色透明）の光透過率は、５３２ｎｍにおいて９０％であった。

（実施例４）
Ｃｒを高濃度添加（１３００ｐｐｍ）したｃ面サファイア基板（約０．７ｍｍ）を用意し、これに実施例１に記載の凹凸形状加工を施し（特開２００９−１２３７１７号公報を参照）、次いで実施例１と同様な方法で発光素子を製造し評価した。その結果を、表１に示す。実施例４では、ウエーハ１枚当りの切断工程（分割工程）における欠けや割れ発生は、なかったが、発光出力は、１２ｍＷであった。厚さ１５０μｍの結晶基板は、赤色で、５３２ｎｍにおける光透過率は、６０％以下であった。結晶性の低下と光吸収により、低出力であった。

（参考例）
実施例１に記載のＡｌＮからなるバッファ層１２（スパッタ法）を公知なＭＯＣＶＤ法に変えた以外は、実施例１と同様な操作をしてサファイア単結晶基板及びこれを使用した発光素子を評価したところ、発光層を含む積層半導体層の結晶性の低下と基板の光吸収により、印加電流２０ｍＡにおける発光出力は１７ｍＷ以下で低出力であった（表１には記載を省略する）。

以上の検討から、本発明では、３０〜１０００ｐｐｍの不純物を含有する単結晶基板を用意し、この単結晶基板の片面に、ＩＩＩ族窒化物半導体（例えば、ＧａＮ系半導体）をエピタキシャル成長させることができた（素子形成工程）。さらに、このような単結晶基板を複数のチップに分割するための切断予定ラインに沿って、前記単結晶基板の不純物に対して光励起を起こさせる波長を有するレーザを前記単結晶基板の内部に集光することにより、効果的に単結晶基板の内部に加工痕を設けることができた（レーザ加工工程）。すなわち、本発明の実施例１乃至実施例４に記載のとおり、本発明の製造方法を用いれば、切断工程（分割工程）における欠けや割れは、比較例１のように発生することはなかった。しかも、本実施形態のフェイスアップマウント型発光素子では、３０〜１０００ｐｐｍの不純物を含有する単結晶基板を使用したにも係わらず、素子形成工程では高い発光出力を有する高品質な積層半導体層（ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層等）を形成することができた。

１…ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（発光素子、チップ）、３０…積層半導体層（ＩＩＩ族窒化物半導体素子）、２…単結晶基板、２ａ…端面、２０…主面（第１の主面）、２１…平面、２２…凸部、２３…下面（第２の主面）、２５…加工痕、２８…スクライブライン（切断予定ライン）、１４…ｎ型半導体層、１５…発光層、１６…ｐ型半導体層。

Claims (12)

1. 単結晶基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を順次積層して積層半導体層を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
   前記単結晶基板として、３０ｐｐｍ以上の不純物を含有する単結晶基板を用意し、この単結晶基板の第１の主面の上に接して、前記ＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層をスパッタリング法により積層させ、次いで前記中間層を覆うように前記積層半導体層を形成する素子形成工程と、
   前記単結晶基板を複数のチップに分割するための切断予定ラインに沿って、前記単結晶基板の不純物準位に対して光励起を起こさせる波長を有するレーザを前記単結晶基板の内部に集光することにより、前記単結晶基板の内部に加工痕を設けるレーザ加工工程と、
   前記加工痕及び前記切断予定ラインに沿って前記単結晶基板を分割することにより、複数のチップとする分割工程と、
   を具備してなることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
2. 前記レーザの波長が、３５５ｎｍ以上１０６４ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
3. 前記単結晶基板に備えられる前記第１の主面が、ｃ面からなる平面と前記ｃ面上に形成された複数の凸部とからなるものであることを特徴とする請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
4. 前記レーザ加工工程において、前記単結晶基板における前記レーザの照射面から厚さ方向で２／３部迄の領域に、前記加工痕を設けることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
5. 前記レーザ加工工程において、前記単結晶基板に対して前記レーザをパルス照射することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
6. 前記単結晶基板がサファイア基板であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
7. 前記単結晶基板の不純物が、Ｔｉ，Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉのうちの何れか１種または２種以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
8. 単結晶基板の第１の主面上に接するようにスパッタリング法で形成されたＩＩＩ族窒化物半導体からなる中間層、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が順次積層されてなる積層半導体層を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
   前記単結晶基板が、３０ｐｐｍ以上の不純物を含有する単結晶基板であり、前記単結晶基板の端面に、不純物準位に対して光励起を起こさせる波長を有するレーザが集光されたことによって形成された加工痕が設けられていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
9. 前記単結晶基板の不純物の添加量が３０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲であり、前記単結晶基板の厚みが１００〜３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
10. 前記単結晶基板に備えられる前記第１の主面が、ｃ面からなる平面と前記ｃ面上に形成された複数の凸部とからなるものであることを特徴とする請求項８または９に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
11. 前記単結晶基板に含有される不純物が、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉのうちの何れか１種または２種以上であることを特徴とする請求項８〜１０の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
12. 前記単結晶基板の前記第１の主面から２／３部迄の領域に、前記加工痕が設けられていることを特徴とする請求項８〜１１の何れか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

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