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JP6329709B1 - 窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法及び窒化物半導体紫外線発光素子 - Google Patents

窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法及び窒化物半導体紫外線発光素子 Download PDF

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Abstract

窒化物半導体紫外線発光素子１は、サファイア基板１０と、基板１０の主面１０１上に形成される素子構造部２０とを備える。基板１０は、主面１０１から第１距離までの第１部分１１０において、主面１０１と平行な断面の断面積が、主面１０１から離れるにつれて連続的に増加し、主面１０１の反対側から第２距離までの第２部分１２０において、主面１０１と平行な断面の断面積が、主面１０１の反対側から離れるにつれて連続的に増加する。第１距離及び前記第２距離の和は、基板１０の厚さ以下である。

Description

本発明は、サファイア基板の主面上にＡｌＧａＮ系半導体層を形成して構成されて発光中心波長が３６５ｎｍ以下の光（紫外線）を出射する窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法に関する。
サファイア基板の主面上にＡｌＧａＮ系半導体層を形成して構成されているＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などの窒化物半導体紫外線発光素子において、光の取出効率を高める等の目的でレンズが設けられることがある。
例えば、非特許文献１では、サファイア基板における主面（通電により光を出射する素子構造部が形成される面）の反対側の裏面に対して半球状のレンズを接合した窒化物半導体紫外線発光素子が提案されている。
また例えば、特許文献１では、表面形状が球面であるガラス材料でサファイア基板の裏面及び側面を封止した発光素子が提案されている。なお、特許文献１で提案されている発光素子で用いられているガラス材料は、ＴｅＯ２を主成分とするものであり、紫外線や青色光に対する耐性はあるが、サファイアよりも屈折率が大きい材料である。
特開２００７−１５０２３２号公報
Ｍａｓａｔｓｕｇｕ Ｉｃｈｉｋａｗａ，ｅｔａｌ．，"Ｈｉｇｈ−ｏｕｔｐｕｔ−ｐｏｗｅｒ ｄｅｅｐ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｕｓｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｉｎｇ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ９， ０７２１０１ （２０１６）
非特許文献１で提案されている窒化物半導体紫外線発光素子では、基板とレンズを接合する必要があるが、素子構造部が出射する光の進行に影響を与える層や、素子構造部が出射する光（特に、紫外線）によって劣化する層を、基板とレンズの間に設けることは許されない。そのため、非特許文献１で提案されている窒化物半導体紫外線発光素子では、ＡＤＢ（Atomic Diffusion Bonding）またはＳＡＢ（Surface Activated Bonding）という特殊な接合方法によって基板とレンズを接合する必要がある。しかし、ＡＤＢ及びＳＡＢは、超高真空以上の真空度という特殊な環境を用意するだけでなく、当該環境下において接触しただけで接合するという特殊な表面状態を形成するものであり、特殊な装置及び高度な技術が必要不可欠であるから、容易に実施することはできない。
また、特許文献１で提案されている発光素子で用いられているガラス材料の屈折率は約２．０であり、サファイアの屈折率は約１．８、空気の屈折率は約１．０である。特許文献１で提案されている発光素子のように、サファイアよりもさらに屈折率が大きいガラス材料を用いてレンズを形成すると、レンズ及び空気の屈折率差が大きくなることによってレンズから空気中に光を取り出す際の界面反射が大きくなるため、光の取出効率の改善が妨げられるという問題がある。即ち、せっかくレンズを設けて光の取出効率の改善を図ったとしても、レンズから空気中に光を取り出す際の界面反射によってその効果が減殺されてしまう。
そこで、本発明は、容易に製造可能であって光の取出効率を効果的に改善することが可能である窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法を提供する。
上記目的を達成するため、本発明は、サファイア基板と、当該基板の主面上に積層される複数のＡｌＧａＮ系半導体層を有するとともに通電することで発光中心波長が３６５ｎｍ以下の光を出射する素子構造部と、を備えるチップに対して、前記基板を研削加工する基板加工工程を備え、前記基板加工工程は、少なくとも、前記主面における４つの角と、前記主面の反対側の面である裏面における４つの角と、のそれぞれを研削加工する工程であることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法を提供する。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、基板とレンズを接合するという高度な技術（非特許文献１参照）を用いることなく、基板を研削加工するという簡単な技術によってレンズを有する窒化物半導体紫外線発光素子を得ることできる。さらに、この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、特許文献１で提案されている発光素子のようにサファイアよりもさらに屈折率が大きいガラス材料をレンズとして用いるのではなく、サファイア基板をレンズとして用いるため、空気中に光を取り出す際の界面反射を抑制することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記研削加工工程は、少なくとも、前記主面における４つの角と、前記裏面における４つの角と、のそれぞれを凸状の曲面に研削加工する工程であると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、素子構造部から出射されて基板の主面側の側周面に到達する光の入射角をより大きくすることができるとともに、素子構造部から出射されて基板の裏面側の側周面に到達する光の入射角をより小さくすることができるため、主面の反対側からより多くの光を取り出すことができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記研削加工工程は、前記裏面側に前記主面と平行な面が残るように、前記基板を研削加工する工程であると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、量産が可能である等方的な研削加工によって窒化物半導体紫外線発光素子を製造することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記基板加工工程が、前記主面に対して垂直な方向から見た平面視における前記基板が円形状、長円形状、または、４つの角が丸い四角形状になるように、前記基板を研削加工する工程であると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、基板の側辺における光の損失（主面側の側辺における光の透過、裏面側の側辺における光の全反射）を低減することが可能な窒化物半導体紫外線発光素子を得ることができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記基板加工工程が、前記チップに対して、前記素子構造部の表面を覆う保護材を形成する第１工程と、前記保護材が形成された前記チップの前記基板を研削加工する第２工程と、前記第２工程の後に前記保護材を除去する第３工程と、を備えると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、保護材によって素子構造部を保護しながら基板を研削加工することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第２工程において、砥粒が付着された凹状の曲面を有する容器内で、１以上の前記チップを転動させて前記凹状の曲面に衝突させると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、凹状の曲面に対してチップの角のみが衝突して研削されるため、効率良く基板の側面を球面に加工することができる。さらに、チップを転動させることによって、チップを等方的に研削加工することができる。また、この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、容器内に複数のチップを入れて同時に研削加工することができるため、窒化物半導体紫外線発光素子を量産することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第２工程を行う前において、正方形である前記基板の主面の一辺の長さをＬ、前記素子構造部の外接円の直径をＲとするとき、
前記基板の厚さＤは、
Figure 0006329709

を満たすと、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、素子構造部の研削を防止しつつ、基板の側面を球面に研削することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記第３工程において、前記保護材を溶媒に溶解させて除去すると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、素子構造部に対して多大な応力を加えることなく、保護材を除去することができる。即ち、素子構造部２０の破損を防止することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、少なくとも、前記基板加工工程によって前記基板の前記裏面における４つの角が研削加工されて表出した面の一部または全部に対して、最表面が非晶質フッ素樹脂であるとともに前記素子構造部から出射される光を透過する透過材を形成する透過材形成工程を、さらに備えると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、基板の裏面側の側周面における光の反射を抑制することが可能な窒化物半導体紫外線発光素子を得ることができる。
さらに、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記基板加工工程は、前記主面と平行であって平坦である前記裏面の一部が残るように前記裏面の４つの角を研削加工するものであり、前記透過材形成工程は、少なくとも前記裏面に対して反射防止層を形成する工程と、前記反射防止層の表面に前記非晶質フッ素樹脂を形成する工程と、を含むと、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、少なくとも裏面に到達した光を効果的に取り出すことが可能な窒化物半導体紫外線発光素子を得ることができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法において、前記基板加工工程によって前記基板の前記主面における４つの角が研削加工されて表出した面の少なくとも一部に対して、前記素子構造部から出射される光を反射する反射材を形成する反射材形成工程を、さらに備えると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、基板の主面側の側周面における光の反射を促進することが可能な窒化物半導体紫外線発光素子を得ることができる。
また、本発明は、サファイア基板と、前記基板の主面上に積層される複数のＡｌＧａＮ系半導体層を有するとともに通電することで発光中心波長が３６５ｎｍ以下の光を出射する素子構造部と、を備え、前記基板は、前記主面から第１距離までの第１部分において、前記主面と平行な断面の断面積が、前記主面から離れるにつれて連続的に増加し、前記主面の反対側から第２距離までの第２部分において、前記主面と平行な断面の断面積が、前記主面の反対側から離れるにつれて連続的に増加しており、前記第１距離及び前記第２距離の和は、前記基板の厚さ以下であることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
この窒化物半導体紫外線発光素子は、基板とレンズを接合するという高度な技術（非特許文献１参照）を用いることなく、基板の加工という簡単な技術によって得ることができる。さらに、この窒化物半導体紫外線発光素子は、特許文献１で提案されている発光素子のようにサファイアよりもさらに屈折率が大きいガラス材料をレンズとして用いるのではなく、サファイア基板をレンズとして用いるため、空気中に光を取り出す際の界面反射を抑制することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、前記第１部分は、前記主面から離れる方向に単位距離だけ離れた場合における前記主面と平行な断面の断面積の単位増加量が、前記主面から離れるにつれて連続的に減少し、前記第２部分は、前記主面の反対側から離れる方向に単位距離だけ離れた場合における前記主面と平行な断面の断面積の単位増加量が、前記主面の反対側から離れるにつれて連続的に減少すると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、基板の第１部分及び第２部分の側周面が凸状の曲面になり、素子構造部から出射されて基板の第１部分の側周面に到達する光の入射角をより大きくすることができるとともに、素子構造部から出射されて基板の第２部分の側周面に到達する光の入射角をより小さくすることができるため、主面の反対側からより多くの光を取り出すことができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、前記基板における前記主面の反対側に、前記主面と平行な面があると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、量産が可能である等方的な研削加工によって窒化物半導体紫外線発光素子を製造することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、前記主面に対して垂直な方向から見た平面視において、前記基板が、円形状、長円形状、または、４つの角が丸い四角形状であると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、基板の側辺における光の損失（第１部分の側辺における光の透過、第２部分の側辺における光の全反射）を低減することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、少なくとも、前記基板における前記第２部分の側周面の一部または全部に、最表面が非晶質フッ素樹脂であるとともに前記素子構造部から出射される光を透過する透過材が形成されていると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、基板の第２部分の側周面における光の反射を抑制することができる。
さらに、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、前記基板における前記主面の反対側に、前記主面と平行であって平坦な面である裏面があり、前記透過材が前記裏面の一部または全部に形成されており、前記透過材は、少なくとも前記裏面に対して形成されている反射防止層を含むと、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、少なくとも裏面に到達した光を効果的に取り出すことができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、前記基板における前記第１部分の側周面の少なくとも一部に、前記素子構造部から出射される光を反射する反射材が形成されていると、好ましい。
この窒化物半導体紫外線発光素子によれば、基板の第１部分の側周面における光の反射を促進することができる。
上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法によれば、空気中に光を取り出す際の界面反射を抑制することによって光の取出効率を効果的に改善した窒化物半導体紫外線発光素子を、基板を研削加工するという簡単な技術によって容易に製造することができる。
また、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、空気中に光を取り出す際の界面反射を抑制することで、光の取出効率を効果的に改善することができる。さらに、上記特徴の窒化物半導体紫外線発光素子は、基板を加工するだけで容易に製造することができる。
本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の構造の一例を示した平面図。 図１のＡ−Ａ断面を示した断面図。 図１のｐ電極及びｎ電極を露出させて示した平面図。 ＡｌＧａＮ系半導体層の構造の一例を示した断面図。 ウエハを分断して得られたチップの構造の一例を示した平面図。 基板を加工する前のチップの構造の一例を示した断面図。 図６のチップを研削加工する研削加工装置の一例を示した斜視図。 図６のチップが図７の研削加工装置によって研削加工される経過を示した斜視図。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の第１変形例の構造を示した断面図。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の第２変形例の構造を示した断面図。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の第３変形例の構造を示した断面図。 本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の第４変形例の構造を示した平面図。
以下、本発明の実施形態を説明するにあたり、サファイア基板と当該基板の主面上に積層された複数のＡｌＧａＮ系半導体層を有する素子構造部とを備えて通電により発光中心波長が３６５ｎｍ以下の光（紫外線）を出射する発光ダイオードである窒化物半導体紫外線発光素子と、その製造方法とを例示する。ここで、ＡｌＧａＮ系半導体層の各層を構成する材料であるＡｌＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘはＡｌＮのモル分率であり、０≦ｘ≦１）で表わされる３元系または２元系の化合物半導体を基本とし、そのバンドギャップエネルギがＧａＮ（ｘ＝０）のバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶ）以上である３族窒化物半導体であり、当該バンドギャップエネルギに関する条件を満たす限りにおいて微量のＩｎ等を含み得る。
ただし、本発明に係る窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法は、主として基板の形状または基板の加工方法に関するものであるため、素子構造部の構造はどのようなものであってもよく、以下に例示する窒化物半導体紫外線発光素子における素子構造部の構造に限定されるものではない。
＜窒化物半導体紫外線発光素子の構造例＞
最初に、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の構造の一例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の構造の一例を示した平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示した断面図である。図３は、図１のｐ電極及びｎ電極を示した平面図である。なお、図２に示す断面図では、図示の都合上、基板、半導体層及び電極の厚さ（図中の上下方向の長さ）を模式的に示しているため、必ずしも実際の寸法比とは一致しない。特に、半導体層の厚さを、実際よりも拡大して図示している。
図１〜図３に示すように、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１は、基板１０と、基板１０の主面１０１上に形成される素子構造部２０と、を備える。この窒化物半導体紫外線発光素子１は、実装用の基台に対して素子構造部２０側（図２における図中上側）を向けて実装される（フリップチップ実装される）ものであり、光の取出方向は基板１０側（図２における図中下側）である。なお、図２に示すＬ１〜Ｌ３は、素子構造部２０から出射される光の一部の光線である。また、素子構造部２０とは、発光に寄与する部分であって、換言すると、通電した電流の大部分が流れる部分、破壊されれば発光に支障をきたす部分である。
基板１０は、サファイアで構成されており、主面１０１及び裏面１０２が平坦であって、主面１０１に接続する側周面１１１及び裏面１０２に接続する側周面１２１のそれぞれが凸状の曲面になっている形状である。換言すると、基板１０は、球体の上下が平坦な断面（主面１０１及び裏面１０２）になっている形状である。
具体的に、基板１０は、主面１０１から第１距離までの第１部分１１０と、主面の反対側（即ち、裏面１０２）から第２距離までの第２部分１２０を有しており、第１部分１１０では、主面１０１と平行な断面の断面積が、主面１０１から離れるにつれて連続的に増加しており、第２部分１２０では、主面１０１と平行な断面の断面積が、主面１０１の反対側から離れるにつれて連続的に増加している。特に、基板１０は、第１部分１１０において、主面１０１から離れる方向に単位距離だけ離れた場合における上記断面積の単位増加量（即ち、断面積の微分値）が、主面１０１から離れるにつれて連続的に減少し、第２部分１２０において、主面１０１の反対側（即ち、裏面１０２）から離れる方向に単位距離だけ離れた場合における上記断面積の単位増加量が、主面１０１の反対側から離れるにつれて連続的に減少している。なお、第１距離は第１部分１１０の厚さに相当し、第２距離は第２部分の厚さに相当するから、これらの和は当然に基板１０の厚さ以下になる。また、基板１０は、第１距離及び第２距離の和と基板の厚さとが等しい場合の例である。
素子構造部２０は、ＡｌＧａＮ系半導体層２１と、ｐ電極２２と、ｎ電極２３と、ｐメッキ電極２４と、ｎメッキ電極２５と、絶縁膜２６とを備える。ここで、ＡｌＧａＮ系半導体層２１の構造の一例について図面を参照して説明する。図４は、ＡｌＧａＮ系半導体層の構造の一例を示した断面図である。
図４に示すように、ＡｌＧａＮ系半導体層２１は、基板１０側から順番に、下地層２１１と、ｎ型ＡｌＧａＮで構成されるｎ型クラッド層２１２と、活性層２１３と、ｐ型ＡｌＧａＮで構成される電子ブロック層２１４と、ｐ型ＡｌＧａＮで構成されるｐ型クラッド層２１５と、ｐ型ＧａＮで構成されるｐ型コンタクト層２１６とを積層した構造である。
下地層２１１は、ＡｌＮで構成されており、基板１０の主面１０１に対して形成される。なお、下地層２１１は、ＡｌＮの上面にＡｌＧａＮを積層した構造であってもよい。また、活性層２１３は、ＡｌＧａＮまたはＧａＮで構成される井戸層をｎ型ＡｌＧａＮで構成されるバリア層で挟んだ単一または多重量子井戸構造を備えている。
ＡｌＧａＮ系半導体層２１において、発光領域３１には上述した各層２１１〜２１６が形成されており、最上面がｐ型コンタクト層２１６になっているが、発光領域３１を包囲する周辺領域３２には活性層２１３以上の各層２１３〜２１６が形成されておらず、ｎ型クラッド層２１２が露出している。そして、発光領域３１におけるｐ型コンタクト層２１６の上面にｐ電極２２が形成されており、周辺領域３２におけるｎ型クラッド層２１２の上面にｎ電極２３が形成されている。このｐ電極２２から正孔が供給されるとともにｎ電極２３から電子が供給されるように通電すると、供給された正孔及び電子のそれぞれが発光領域３１の活性層２１３に到達し、当該活性層２１３において正孔及び電子が再結合して発光する。
ＡｌＧａＮ系半導体層２１を構成する各層２１１〜２１６は、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法等の周知のエピタキシャル成長法により形成されるとともに、ｎ型の層にはドナー不純物として例えばＳｉが添加され、ｐ型の層にはアクセプタ不純物として例えばＭｇが添加される。さらに、基板１０の主面１０１上に各層２１１〜２１６を積層した後、反応性イオンエッチング等の周知のエッチング手段により一部の領域（周辺領域３２に相当する領域）を選択的にエッチングして当該領域のｎ型クラッド層２１２を露出させることで、発光領域３１及び周辺領域３２のそれぞれが形成される。
ｐ電極２２は、例えばＮｉ／Ａｕで構成され、上述のように発光領域３１のｐ型コンタクト層２１６の上面に形成される。ｎ電極２３は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕで構成され、上述のように周辺領域３２のｎ型クラッド層２１２の上面に形成される。また、ｎ電極２３は、発光領域３１を包囲するように形成される。
ｐ電極２２及びｎ電極２３は、ＡｌＧａＮ系半導体層２１に電力を供給するだけでなく、発光領域３１の活性層２１３で生じた光を基板１０側に反射させる。特に、発光領域３１を包囲するように形成されるｎ電極２３が、基板１０を通過せずに周辺領域３２から外部に漏れ出そうとする光を基板１０側に反射することで、基板１０を通過する光の量を効果的に増大させることができる。
ｐメッキ電極２４及びｎメッキ電極２５のそれぞれは、例えば、電解メッキで形成されるＣｕの本体部を、無電解メッキで形成される最表面がＡｕである一層以上の金属層で被覆して構成される。また、ｐメッキ電極２４及びｎメッキ電極２５のそれぞれは、相互に離間するとともに上面が平坦化されて同じ高さに揃えられている。さらに、ｐメッキ電極２４の一部はｐ電極２２に接触しており、ｎメッキ電極２５の一部はｎ電極２３に接触している。
ｐメッキ電極２４及びｎメッキ電極２５は、実装用の基台と接続してＡｌＧａＮ系半導体層２１に電力を供給するだけでなく、窒化物半導体発光素子１が生じる熱を実装用の基台に伝達させて放熱するために設けられている。特に、ｐメッキ電極２４は、電流が集中する発光領域３１の全部に設けられているため、効果的な放熱を行うことができる。
絶縁膜２６は、例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などで構成され、ｐメッキ電極２４との接続部分を除くｐ電極２２の上面及び側面と、ｎメッキ電極２５との接続部分を除くｎ電極２３の上面及び側面と、ｐ電極２２及びｎ電極２３が形成されておらず露出しているＡｌＧａＮ系半導体層２１の発光領域３１及び周辺領域３２における上面並びに発光領域３１における側面とを覆うように形成される。絶縁膜２６は、基板１０における主面１０１の上方において広範囲に形成されるｎ電極２３及びｐメッキ電極２４の接触を防止したり、ＡｌＧａＮ系半導体層２１の発光領域３１における側面を保護したりするために設けられている。
図２に示すように、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１において、素子構造部２０から出射されて基板１０に入射した光は、基板１０の内部を進行して側周面１１１，１２１や裏面１０２に到達する。このとき、第１部分１１０の側周面１１１に到達する光Ｌ１は、入射角が大きいために大部分が全反射し、全反射した光の大部分は第２部分１２０の裏面１０２または側周面１２１から空気中に出射される。一方、第２部分１２０の裏面１０２または側周面１２１に到達する光Ｌ２，Ｌ３は、入射角が小さいために大部分が全反射せず、そのまま空気中に出射される。このように、窒化物半導体紫外線発光素子１では、光の取出方向である主面１０１の反対側から多くの光を取り出すことができる。
さらに、この窒化物半導体紫外線発光素子１では、特許文献１で提案されている発光素子のようにサファイアよりもさらに屈折率が大きいガラス材料をレンズとして用いるのではなく、サファイア基板１０をレンズとして用いるため、空気中に光を取り出す際の界面反射を抑制することができる。したがって、光の取出効率を効果的に改善することができる。
また、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１は、非特許文献１のように基板とレンズを接合するという高度な技術を用いることなく、基板１０を加工するという簡単な技術を用いて製造することができる。なお、基板１０の加工方法については、後述の＜窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法例＞において説明する。
なお、図１及び図３では、ｎ電極２３の外側の輪郭線が正方形状である場合について例示しているが、ｎ電極２３の形状及び大きさはどのようなものであってもよい。例えば、ｎ電極２３が円形状であってもよいし、周辺領域３２の全面（基板１０の端部に到達していてもよいし端部から僅かに後退していてもよい）に設けられていてもよい。また、図１では、ｐメッキ電極２４が円形状であり、ｐメッキ電極２４の直径がｎ電極２３の外側の輪郭線（正方形状の輪郭線）に対する内接円の直径よりも大きい場合について例示しているが、ｐメッキ電極２４の形状及び大きさはどのようなものであってもよい。
また、図２では、基板１０の第１部分１１０の側周面１１１及び第２部分１２０の側周面１２１が凸状の曲面である場合について例示しているが、凸状ではなく凹状の曲面であってもよいし、曲面でなく平面であってもよい。基板１０がこれらのような形状であっても、基板の側面が主面に垂直な平面である場合と比較して、素子構造部２０から出射されて基板１０の第１部分１１０の側周面１１１に到達する光の入射角を大きくするとともに、素子構造部２０から出射されて基板１０の第２部分１２０の側周面１２１に到達する光の入射角を小さくすることができるため、主面１０１の反対側から多くの光を取り出すことができる。ただし、基板１０の第１部分１１０及び第２部分１２０の側周面１１１，１２１を凸状の曲面にすると、素子構造部２０から出射されて基板１０の第１部分１１０の側周面１１１に到達する光の入射角をより大きくすることができるとともに、素子構造部２０から出射されて基板１０の第２部分１２０の側周面１２１に到達する光の入射角をより小さくすることができるため、主面１０１の反対側からより多くの光を取り出すことができる。
＜窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法例＞
一般的に、図１及び図２に示したようなチップ状の窒化物半導体紫外線発光素子１は、平板状の基板の主面上に複数の素子構造部が整列するように形成したウエハを、素子構造部ごとに分断することで得られる。ただし、図２に示したチップ状の窒化物半導体紫外線発光素子１が備える基板１０は、第１部分１１０の側周面１１１及び第２部分１２０の側周面１２１が凸状の曲面となる形状であるため、基板１０をこのような形状に加工する工程が必要である。そこで、以下では、基板１０の第１部分１１０の側周面１１１及び第２部分１２０の側周面１２１を凸状の曲面に加工する工程を中心に、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１の製造方法について図面を参照して説明する。
図５は、ウエハを分断して得られたチップの構造の一例を示した平面図であり、図１と同様の平面を示した図である。図６は、基板を加工する前のチップの構造の一例を示した断面図であり、図２と同様の断面を示した図である。本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子１の製造方法では、図６に示すように、基板１０における素子構造部２０の表面を覆う保護材５０を設ける。なお、図６では、素子構造部２０の表面とその近傍を保護材５０で覆う場合について例示しているが、これよりも広範囲（例えば、基板１０の主面１０１側の全面）を保護材５０で覆ってもよい。そして、以下説明するように、このチップ４０を研削加工した後に保護材５０を除去することによって、図２に示すような形状の基板１０を有する窒化物半導体紫外線発光素子１が得られる。
保護材５０として、例えば、にかわや樹脂材料（例えば、エポキシ、アクリル）などを用いることができる。にかわは、水系の溶媒（純水、湯など）に溶解させて除去することが可能であり、樹脂材料は、トリクレンやアセトンなどの有機溶媒に溶解させて除去することが可能である。
図７は、図６のチップを研削加工する研削加工装置の一例を示した斜視図である。図７に示すように、研削加工装置６０は、ダイヤモンドなどから成る砥粒が内側に付着された円筒状の側壁部６１と、側壁部６１に内接する円形状の底部６２と、底部６２を回転させる回転軸６３とを備えている。なお、この研削加工装置６０として、例えば、特開２００８−１６８３５８号公報や特開２００６−３５３３４号公報で提案されているような研削加工装置を用いてもよい。
研削加工装置６０の側壁部６１及び底部６２で囲われた空間内に上述のチップ４０を入れ、当該空間を遮蔽してチップ４０の飛び出しを防止するための蓋部（不図示）を、側壁部６１の開口している端部（図中上側）に設置してから底部６２を回転させると、チップ４０は転動しながら側壁部６１に衝突して研削される。このとき、側壁部６１の内側は凹状の曲面になっているため、チップ４０の角が衝突して研削される。さらに、チップ４０が転動するため、チップ４０は等方的に研削される。
上記のようにチップ４０を等方的に研削すると、基板１０の側面は球面に研削される。ただし、基板１０の厚さが過度に大きいと、基板１０の側面ではなく主面１０１が優先的に研削されてしまい、素子構造部２０が研削されてしまう。そこで、基板１０の厚さを、下記式（１）の右辺に示す上限値以下にすると、好ましい。
下記式（１）において、Ｄは基板の厚さ、Ｌは正方形である基板１０の主面１０１の一辺の長さ、Ｒは素子構造部２０の外接円の直径であり、いずれも研削加工前の値である（図５及び図６参照）。また、下記式（１）の条件は、基板１０の側面が球面に研削された時点（即ち、球の半径がＬ／２になった時点）で、主面１０１上に半径Ｒ／２以上の未研削の領域が残っている（即ち、素子構造部２０が研削されない）ための条件である。なお、図５及び図６に例示するチップ４０において、直径Ｒの素子構造部２０の外接円は、それぞれの電極２３〜２６を包含する大きさであり、最も外側の電極２５の外接円よりも大きい（例えば、少なくとも電極２５の厚さ分だけマージンが確保されている）。
Figure 0006329709
一方、基板１０の厚さが過度に小さいと、基板１０の側面は球面に加工され得るが、素子構造部２０から出射された光が基板１０の側面まで十分に到達せず、基板１０を研削加工したことによる効果が不十分になる場合がある。そこで、基板１０の厚さを、素子構造部２０から出射された光が基板１０の側面まで十分に到達する厚さにすると、好ましい。例えば、本願出願人による国際出願である国際公開第２０１５／１１１１３４に開示されている通り、基板１０の厚さを０．４５×Ｌ以上にすると、素子構造部２０から出射された光が基板１０の側面まで十分に到達するため、好ましい。
図８は、図６のチップが図７の研削加工装置によって研削加工される経過を示した斜視図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の順番で研削加工が進行する様子を示している。図８に示すように、チップ４０は、研削加工装置６０による研削加工によって、角が等方的に研削されていく。具体的には、基板１０における主面１０１及び裏面１０２（図６参照）のそれぞれの４つの角から順番に角が研削されていき、最終的には図８（ｆ）に示すように全ての角が研削されて球面になる。
そして、研削加工後のチップ４０が有する保護材５０を溶媒に溶解させることで、図２に示したような窒化物半導体紫外線発光素子１が得られる。このように、保護材５０を、溶媒に溶解させて除去すると、素子構造部２０に対して多大な応力を加えることなく、保護材５０を除去することができる。即ち、素子構造部２０の破損を防止することができる。
以上のような研削加工方法によって基板１０を研削加工すると、素子構造部２０の破損を防止しながらも、一度に複数のチップ４０を研削加工することができる。即ち、窒化物半導体紫外線発光素子１を量産することができる。
なお、図７に示した研削加工装置６０は一例に過ぎず、他の研削加工装置を用いてチップ４０の研削加工をしてもよい。例えば、図７に示した研削加工装置６０は、容器の一部である底部６２が鉛直方向を軸として回転することでチップ４０を転動させるものであるが、容器の少なくとも一部が水平方向の成分を有する方向を軸として回転してチップ４０を転動させる研削加工装置を用いてもよい。ただし、砥粒が付着された凹状の曲面を有する容器内でチップ４０を転動させて、当該曲面にチップ４０を衝突させることができる研削加工装置を用いると、上述の研削加工装置６０を用いる場合と同様の効果を得ることができるため、好ましい。
また、ＮＣ（Numerical Control）旋盤などを用いて基板１０の側面を球面に研削加工してもよい。ただし、このような研削加工方法では、図７に示した研削加工装置６０を用いる場合とは異なり、一度に複数のチップ４０の研削加工を行うことは難しい。
＜変形等＞
［１］ 図７に示したような研削加工装置６０を用いて基板１０の側面を球面に加工した場合、研削加工によって基板１０の第２部分１２０の側周面１２１に微細な凹凸が形成されることで当該側周面１２１に到達した光が反射され易くなり、それによって光の取出効率が低下し得る。そこで、これを防止するために、研削加工後のチップ４０に対して、基板１０の第２部分１２０の側周面１２１の研磨加工をしてもよい。例えば、バレル研磨機などの周知の球体研磨装置を用いて、研削加工後のチップ４０の表面を研磨してもよい。
また、チップ４０を研磨加工する代わりに、基板１０の第２部分１２０の側周面１２１の凹部を何らかの膜で覆って埋めることによって、当該側周面１２１に到達した光の反射を抑制して光の取出効率の低下を防止してもよい。この場合の窒化物半導体紫外線発光素子の構造について、図面を参照して説明する。図９は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の第１変形例の構造を示した断面図であり、図２に相当する断面を示した図である。
図９に示すように、窒化物半導体紫外線発光素子１Ａが備える基板１０の第２部分１２０の側周面１２１及び裏面１０２には、透過材７０が形成されている。透過材７０は、素子構造部２０が出射する光を透過するとともに当該光によって劣化し難い（耐性がある）材料で構成されていると、好ましい。さらに、透過材７０は、基板１０の第２部分１２０の側周面１２１及び裏面１０２における光の反射を抑制する観点から、基板１０を構成するサファイアよりも小さく空気よりも大きい屈折率を有する材料で構成されていると、好ましい。具体的に例えば、透過材７０を非晶質フッ素樹脂で構成すると好ましい。
また、基板１０の第２部分１２０の側周面１２１及び裏面１０２に限らず、他の部分を透過材７０で覆ってもよい。例えば、基台に実装した１または複数の窒化物半導体紫外線発光素子の全体を、透過材７０で封止（埋め込み）してもよい。この場合、ｐメッキ電極２４及びｎメッキ電極２５の少なくとも一方の表面（実装用の基台における電極と接触しない部分の表面であって、図９における上面を除いた側面）を透過材７０で覆うことによって、短絡を防止することができる。特に、透過材７０を非結合性の非晶質フッ素樹脂で構成すると、金属原子のマイグレーションを好適に防止することができるため、好ましい。
非結合性の非晶質フッ素樹脂は、金属や基板１０を構成するサファイア等に対する結合力が弱いところが難点である。しかし、窒化物半導体紫外線発光素子１Ｘを基台に実装した後に、窒化物半導体紫外線発光素子１Ａと基台との間隙に透過材７０を入り込ませてｐメッキ電極２４及びｎメッキ電極２５の少なくとも一方の表面を透過材７０で覆うようにすれば、透過材７０は剥離し難くなる。また、基板１０の第１部分１１０の側周面１１１及び第２部分１２０の側周面１２１に多数の凹凸が形成されていれば、アンカー効果によって当該側周面１１１，１２１と透過材７０の結合力が大きくなるため、透過材７０は剥離し難くなる。
非晶質のフッ素樹脂として、例えば、結晶性ポリマーのフッ素樹脂を共重合化してポリマーアロイとして非晶質化させたものや、パーフルオロジオキソールの共重合体（デュポン社製の商品名テフロンＡＦ（登録商標））やパーフルオロブテニルビニルエーテルの環化重合体（旭硝子社製の商品名サイトップ（登録商標））などが挙げられる。さらに、非結合性の非晶質フッ素樹脂としては、重合体または共重合体を構成する構造単位が含フッ素脂肪族環構造を有し、末端官能基がＣＦ３等のパーフルオロアルキル基である非晶質フッ素樹脂が挙げられる。パーフルオロアルキル基は、金属等に対して結合性を呈する反応性の末端官能基を有していない。なお、結合性の非晶質フッ素樹脂は、重合体または共重合体を構成する構造単位が、同じ含フッ素脂肪族環構造を有していても、末端官能基として、金属等に対して結合可能な反応性官能基を有する点で、非結合性の非晶質フッ素樹脂と相違する。当該反応性の官能基は、一例として、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）またはエステル基（ＣＯＯＲ）である。但し、Ｒはアルキル基を表す。
また、含フッ素脂肪族環構造を有する構造単位としては、環状含フッ素単量体に基づく単位（以下、「単位Ａ」）、または、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位（以下、「単位Ｂ」）が好ましい。なお、非晶質フッ素樹脂の組成及び構造は、本願発明の本旨ではないため、当該単位Ａ及び単位Ｂに関する詳細な説明は割愛するが、当該単位Ａ及び単位Ｂに関しては、国際公開第２０１４／１７８２８８号の段落［００３１］〜［００６２］に詳細に説明されているので、参照されたい。
非結合性の非晶質フッ素樹脂の市販品の一例として、サイトップ（旭硝子社製）等が挙げられる。なお、末端官能基がＣＦ３であるサイトップは、下記の化１に示す上記単位Ｂの重合体である。
Figure 0006329709
なお、上述のように、基板１０の第２部分１２０の側周面１２１及び裏面１０２だけでなく、ｐメッキ電極２４及びｎメッキ電極２５の少なくとも一方をも透過材７０で覆う場合において、それぞれを覆う透過材７０を異なる材料で構成してもよい。例えば、ｐメッキ電極２４及びｎメッキ電極２５の少なくとも一方を覆う透過材７０は、金属原子のマイグレーションを抑制する観点から非結合性の非晶質フッ素樹脂で構成し、基板１０の第２部分１２０の側周面１２１及び裏面１０２を覆う透過材７０は、非結合性ではない非晶質フッ素樹脂で構成してもよい。
また、透過材７０は、最表面が非晶質フッ素樹脂であれば空気との界面における光の反射を抑制することが可能であるため、非晶質フッ素樹脂と基板１０（特に、第２部分１２０の側周面１２１）との間に、素子構造部２０から出射される光を透過する別の材料の層を有していてもよい。例えば、透過材７０が、非晶質フッ素樹脂と基板１０との間に、ＳｉＯ２やＨｆＯ２などの無機材料の層を有していてもよく、これらの層を複数有していてもよい。具体的に例えば、透過材７０が、基板１０の表面に形成されるＨｆＯ２の層と、さらにその表面に形成されるＳｉＯ２の層とを有していてもよい。
特に、透過材７０が、非晶質フッ素樹脂と基板１０との間に、単層または多層の反射防止層を備えていてもよい。１つの反射防止層の厚さはλ／４ｎであり、ｎは反射防止層の屈折率、λは素子構造部２０から出射される光の波長である。例えば、１つの反射防止層は、ＳｉＯ２やＨｆＯ２で構成される。このような反射防止層を設けることで、光の取出効率をさらに改善することができる。なお、反射防止層による反射防止効果を得るためには、反射防止層を設計した通りの厚さで形成することが重要であるが、主面１０１と平行であって平坦な面である裏面１０２に対しては、容易に設計した通りの厚さの反射防止層を設けることができる。そのため、少なくとも基板１０の裏面１０２に対して反射防止層を形成すると好ましい。また、上記のように非晶質フッ素樹脂と基板１０との間にＳｉＯ２やＨｆＯ２などの層を設ける場合、まず、スパッタなどの周知の成膜方法により基板１０に対してＳｉＯ２やＨｆＯ２などの層を形成し、その後に、非晶質フッ素樹脂の層の形成や、非晶質フッ素樹脂による封止をすればよい。また、基板１０の裏面１０２に対して反射防止層を形成する場合、素子構造部２０から出射された光がある程度広がる（即ち、裏面１０２に到達する光の入射角がある程度大きくなる）ことを考慮して、当該入射角の光を反射し得る厚さの反射防止層を形成してもよい。具体的に、素子構造部２０から出射されて裏面１０２に対して垂直に入射する光（即ち、入射角が０°の光）ではなく、例えば、０°より大きく臨界角よりも小さい所定の入射角の光に合わせて厚さを設計した反射防止層を形成してもよい。なお、サファイアの屈折率を１．８、非晶質フッ素樹脂の屈折率を１．３５とした場合の臨界角は４８．６°であり、このような反射防止層を形成することで、入射角が臨界角よりも小さい光を効果的に取り出すことが可能になるとともに、裏面１０２の過度な研削を不要とすることができる。
また、図９では、基板１０の裏面１０２にも透過材７０を設けた窒化物半導体紫外線発光素子１Ａを例示しているが、裏面１０２に透過材７０を設けなくてもよい。また、基板１０の第２部分１２０の側周面１２１に、上述のような研削加工に起因する凹凸がない場合であっても、サファイアよりも小さく空気よりも大きい屈折率を有する非晶質フッ素樹脂が最表面に形成された透過材７０を側周面１２１に設けることで、空気との界面における光の反射を抑制することができる。
［２］ 図７に示したような研削加工装置６０を用いて基板１０の側面を研削加工した場合、基板１０の第１部分１１０の側周面１１１に微細な凹凸が形成されることで光を反射し難くなり、それによって光の取出効率が低下し得る。そこで、これを防止するために、研削加工後のチップ４０に対して、基板１０の第１部分１１０の側周面１１１の研磨加工をしてもよい。例えば、バレル研磨機などの周知の球体研磨装置を用いて、研削加工後のチップ４０の表面を研磨してもよい。
また、チップ４０を研磨加工する代わりに、基板１０の第１部分１１０における側周面１１１の表面における凹凸を何らかの膜で覆って埋めることによって、素子構造部２０が出射する光の散乱を抑制して光の取出効率の低下を防止してもよい。この場合の窒化物半導体紫外線発光素子の構造について、図面を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の第２変形例の構造を示した断面図であり、図２に相当する断面を示した図である。
図１０に示すように、窒化物半導体紫外線発光素子１Ｂが備える基板１０の第１部分１１０の側周面１１１には、反射材８０が形成されている。反射材８０は、素子構造部２０が出射する光を反射する材料で構成されており、例えばＡｌ，Ｎｉ，Ｒｈの少なくとも１つを含む材料で構成すると好ましい。
また、基板１０の第１部分１１０の側周面１１１に、上述のような研削加工に起因する凹凸がない場合であっても、第１部分１１０の側周面１１１に反射材８０を設けることで、第１部分１１０の側周面１１１における反射を促進することが可能である。
［３］ 上述の実施形態では、基板１０の主面１０１及び裏面１０２が平坦である窒化物半導体紫外線発光素子１を例示したが（図２参照）、平坦な裏面１０２がなく、主面１０１の反対側が曲面であってもよい。この場合の窒化物半導体紫外線発光素子の構造について、図面を参照して説明する。図１１は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の第３変形例の構造を示した断面図であり、図２に相当する断面を示した図である。
図１１に示すように、窒化物半導体紫外線発光素子１Ｃが備える基板１０Ｃは、第２部分１２０Ｃの側周面１２１Ｃが半球状になっている。なお、このような形状の基板１０Ｃを有する窒化物半導体紫外線発光素子１Ｃは、例えば、ＮＣ旋盤を用いてチップ４０（図６参照）を研削加工することで得られる。
図１１に示す窒化物半導体紫外線発光素子１Ｃのように、第２部分１２０Ｃの側周面１２１Ｃが半球状であれば、素子構造部２０から出射されて第２部分１２０Ｃの側周面１２１Ｃに到達する光の入射角を極めて小さくすることができる。ただし、基板１０Ｃをこのような形状に加工するためには、素子構造部２０が形成されている主面１０１を残しつつ裏面の全部を研削加工する必要があり、等方的な研削加工では実現することが困難であるから、量産には向いていない。また、上述の実施形態における窒化物半導体紫外線発光素子１（図２参照）のように、基板１０において平坦な裏面１０２が残っていたとしても、素子構造部２０から出射されて裏面１０２に到達する光の入射角は十分に小さくなるため、平坦な裏面１０２が残っていても、それによる光の取出効率の低下は小さい。さらに、平坦な裏面１０２が残っていれば、裏面１０２をバキュームピックアップすることが可能になるなど、ハンドリングが容易になる。
［４］ 基板１０内の特定の一方向に光が偏ることを防止する観点から、基板１０及び発光領域３１が、基板１０の主面１０１に対して垂直な方向から見た平面視（以下、単に平面視という）において中心が一致する２回対称以上の回転対称の形状であると、好ましい。また、活性層２１３に対して効率よく電力を供給する観点から、発光領域３１が、平面視において回転対称の中心から複数の方向に放射状に突出した形状であると、好ましい。
図１〜図４に示した窒化物半導体紫外線発光素子１における基板１０の主面１０１及び発光領域３１（ｐ電極２２が形成されている領域）は上記の条件を満たす形状であり、発光領域３１は２回対称であるが、これよりも高次の回転対称性を有する発光領域を設けてもよい。この場合の窒化物半導体紫外線発光素子の構造について、図面を参照して説明する。図１２は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の第４変形例の構造を示した平面図であり、図３に相当する平面を示した図である。
図１２に示す窒化物半導体紫外線発光素子における発光領域（ｐ電極２２Ｄが形成されている領域）は、平面視において回転対称の中心から８方向に対して放射状に突出した菊花形状であり、８回対称の形状である。図１０に示したような８回対称の形状には限られないが、発光領域を高次の回転対称（例えば、４回対称以上）の形状にすることで、基板１０を通過する光を均一にすることが可能になる。
［５］ 上述の＜窒化物半導体紫外線発光素子の構造例＞及び＜窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法例＞では、基板１０の側周面１１１，１２１の全部が曲面（球面）である場合を例に挙げて説明しているが、基板１０の側周面１１１，１２１の一部に平面が残っていてもよい。例えば、基板１０が、図８（ｂ）〜（ｅ）のそれぞれの状態でチップ４０の研削加工を終了して得られるような形状であってもよい。また、研削加工前のチップが立方体状でなくてもよいし、研削加工前のチップの主面が正方形状でなくてもよい。
ただし、基板を通過する光を収束して光の取出効率を効果的に改善するためには、図８（ｂ）〜（ｆ）に示すように、少なくとも基板の主面１０１及び裏面１０２のそれぞれにおける４つの角が研削されていることが必要である。この場合において、第１に、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように平面視において基板が四角形状になっているよりも、図８（ｄ）〜（ｆ）に示すように平面視において基板が円形状（あるいは長円形状）または４つの角が丸い四角形状である方が、基板の側辺における光の損失（第１部分１１０の側辺における光の透過、第２部分１２０の側辺における光の全反射）を低減することができるため、好ましい。第２に、図８（ｂ）〜（ｅ）に示すように基板の側面に平面が残っている形状よりも、図８（ｆ）に示すように当該平面が残っていない形状の方が、基板の側面における光の損失（第１部分１１０の側面における光の透過、第２部分１２０の側面における光の全反射）を低減することができるため、好ましい。
［６］ 上述の実施形態では、ｐメッキ電極２４が膜状である場合について例示したが（図１及び図２等参照）、このｐメッキ電極２４を、例えばＡｕで構成される多数のバンプ（突起）で構成してもよい。この場合、素子構造部２０の最表面の表面積が大きくなるため、図６に示したようなチップ４０を作製する場合において接着力を向上することができる。
［７］ 上述の実施形態及び変形例は、それぞれ任意に組み合わせ実施することが可能である。なお、上記［１］及び［２］を組み合わせる場合において、窒化物半導体紫外線発光素子の全体に透過材７０で封止する場合は、先に基板１０の第１部分１１０の側周面１１１に反射材８０を形成し、その後で窒化物半導体紫外線発光素子１Ｂ（図１０参照）を透過材７０で封止すればよい。
本発明は、サファイア基板の主面上にＡｌＧａＮ系半導体層を形成して構成されて発光中心波長が３６５ｎｍ以下の光（紫外線）を出射する窒化物半導体紫外線発光素子及びその製造方法に利用可能である。
１，１Ａ〜１Ｃ ：窒化物半導体紫外線発光素子
１０，１０Ｃ ：基板
１０１ ：主面
１０２ ：裏面
１１０ ：第１部分
１１１ ：側周面
１２０，１２０Ｃ ：第２部分
１２１，１２１Ｃ ：側周面
２０ ：素子構造部
２１，２１Ｄ ：ＡｌＧａＮ系半導体層
２１１ ：下地層
２１２ ：ｎ型クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ）
２１３ ：活性層
２１４ ：電子ブロック層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
２１５ ：ｐ型クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ）
２１６ ：ｐ型コンタクト層（ｐ型ＧａＮ）
２２，２２Ｄ ：ｐ電極
２３，２３Ｄ ：ｎ電極
２４ ：ｐメッキ電極
２５ ：ｎメッキ電極
２６ ：絶縁膜
３１ ：発光領域
３２ ：周辺領域
４０ ：チップ
５０ ：保護材
６０ ：研削加工装置
６１ ：側壁部
６２ ：底部
６３ ：回転軸
７０ ：透過材
８０ ：反射材
Ｌ１〜Ｌ３ ：光線

Claims (16)

  1. サファイア基板と、当該基板の主面上に積層される複数のＡｌＧａＮ系半導体層を有するとともに通電することで発光中心波長が３６５ｎｍ以下の光を出射する素子構造部と、を備えるチップに対して、前記基板を研削加工する基板加工工程を備え、
    前記基板加工工程を実施する前の前記基板の前記主面に垂直な方向から見た平面視における形状が四角形であり、
    前記基板加工工程は、少なくとも、前記主面における４つの角と、前記主面の反対側の面である裏面における４つの角と、のそれぞれを研削加工する工程であるとともに、前記裏面側に前記主面と平行な面が残るように、前記基板を研削加工する工程であることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  2. 前記研削加工工程は、少なくとも、前記主面における４つの角と、前記裏面における４つの角と、のそれぞれを凸状の曲面に研削加工する工程であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  3. 前記基板加工工程が、前記主面に対して垂直な方向から見た平面視における前記基板が円形状、長円形状、または、４つの角が丸い四角形状になるように、前記基板を研削加工する工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  4. 前記基板加工工程が、
    前記チップに対して、前記素子構造部の表面を覆う保護材を形成する第１工程と、
    前記保護材が形成された前記チップの前記基板を研削加工する第２工程と、
    前記第２工程の後に前記保護材を除去する第３工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  5. 前記第２工程において、砥粒が付着された凹状の曲面を有する容器内で、１以上の前記チップを転動させて前記凹状の曲面に衝突させることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  6. 前記第２工程を行う前において、正方形である前記基板の主面の一辺の長さをＬ、前記素子構造部の外接円の直径をＲとするとき、
    前記基板の厚さＤは、
    Figure 0006329709

    を満たすことを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  7. 前記第３工程において、前記保護材を溶媒に溶解させて除去することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  8. 少なくとも、前記基板加工工程によって前記基板の前記裏面における４つの角が研削加工されて表出した面の一部または全部に対して、最表面が非晶質フッ素樹脂であるとともに前記素子構造部から出射される光を透過する透過材を形成する透過材形成工程を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  9. 前記基板加工工程は、前記主面と平行であって平坦である前記裏面の一部が残るように前記裏面の４つの角を研削加工するものであり、
    前記透過材形成工程は、少なくとも前記裏面に対して反射防止層を形成する工程と、前記反射防止層の表面に前記非晶質フッ素樹脂を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  10. 前記基板加工工程によって前記基板の前記主面における４つの角が研削加工されて表出した面の少なくとも一部に対して、前記素子構造部から出射される光を反射する反射材を形成する反射材形成工程を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子の製造方法。
  11. サファイア基板と、
    前記基板の主面上に積層される複数のＡｌＧａＮ系半導体層を有するとともに通電することで発光中心波長が３６５ｎｍ以下の光を出射する素子構造部と、を備え、
    前記基板は、
    前記主面から第１距離までの第１部分、及び、前記主面の反対側から第２距離までの第２部分において、前記主面と平行な断面での断面形状が、円形、長円形、または、４つの角が丸い四角形で、当該断面形状の中心が、前記主面と垂直な方向に同軸上に存在し、
    前記第１部分において、前記断面形状の面積及び外周円弧部分の曲率半径が、前記主面から離れるにつれて連続的に増加し、
    前記第２部分において、前記断面形状の面積及び外周円弧部分の曲率半径が、前記主面の反対側から離れるにつれて連続的に増加しており、
    前記第１部分及び前記第２部分の前記断面形状の前記外周円弧部分の曲率半径が連続的に増加している部分が球面であり、
    前記第１距離及び前記第２距離の和は、前記基板の厚さ以下であり、
    前記基板における前記主面の反対側に、前記主面と平行な面があることを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子。
  12. 前記第１部分は、前記主面から離れる方向に単位距離だけ離れた場合における前記断面形状の面積の単位増加量が、前記主面から離れるにつれて連続的に減少し、
    前記第２部分は、前記主面の反対側から離れる方向に単位距離だけ離れた場合における前記断面形状の面積の単位増加量が、前記主面の反対側から離れるにつれて連続的に減少することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
  13. 前記主面に対して垂直な方向から見た平面視において、前記基板が、円形状、長円形状、または、４つの角が丸い四角形状であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
  14. 少なくとも、前記基板における前記第２部分の側周面の一部または全部に、最表面が非晶質フッ素樹脂であるとともに前記素子構造部から出射される光を透過する透過材が形成されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
  15. 前記基板における前記主面の反対側に、前記主面と平行であって平坦な面である裏面があり、前記透過材が前記裏面の一部または全部に形成されており、
    前記透過材は、少なくとも前記裏面に対して形成されている反射防止層を含むことを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
  16. 前記基板における前記第１部分の側周面の少なくとも一部に、前記素子構造部から出射される光を反射する反射材が形成されていることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
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