(57)【要約】【課題】優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子を提供する。【解決手段】発光素子１１では、支持基体１３及び半導体積層１５を含む。半導体積層１５は、ｎ型ＧａＮ系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型ＧａＮ系半導体領域２１を含む。ｎ型ＧａＮ系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型ＧａＮ系半導体領域２１は、主面１３ａ上に搭載されており、また主面１３ａに直交する所定の軸Ａｘの方向に配置されている。支持基体１３の裏面１３ｂは、支持基体１３の六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜する。ベクトルＶＣはｃ軸方向を示す。裏面１３ｂの表面モフォロジＭは、＜０００−１＞軸の方向に向いて突出する複数の突起２３を有する。所定の軸Ａｘの方向は基準軸の方向（ベクトルＶＣの方向）と異なる。【選択図】図１
2010118647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、主面及び裏面を有する支持基体と、
ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、及び活性層を含む半導体積層と
を備え、
前記支持基体の前記裏面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜され、
前記裏面の表面モフォロジは、前記基準軸の方向に突出する複数の突起を有しており、
前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域は、前記支持基体の前記主面上において所定の軸の方向に配置されて半導体積層を構成しており、
前記所定の軸の方向は前記基準軸の方向と異なる、ことを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記裏面の算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項８】
前記突起の頂部は六角錘状の形状を成す、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体積層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか一方の領域における一部分が露出された露出領域を有しており、
当該窒化物系半導体発光素子は、前記露出領域上に設けられた第１の電極と、前記半導体積層において前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか他方上に設けられた第２の電極とを更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項１０】
前記半導体積層上に設けられた第１の電極と、
前記支持基体の前記裏面に設けられた第２の電極と
を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項１１】
前記活性層は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項１２】
前記活性層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項１３】
面発光型の窒化物系半導体発光素子を作製する方法であって、
主面及び裏面を有する基板と該基板の前記主面上に設けられた半導体積層とを含む基板生産物を準備する工程と、
前記基板生産物における前記基板の前記裏面のエッチングを行って、複数の突起を有する表面モフォロジを有する被処理面を形成する工程と
を備え、
前記基板は六方晶系窒化ガリウム半導体からなり
前記基板の前記裏面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜し、
前記突起は、前記基準軸の方向に突出しており、
前記半導体積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び活性層を有し、
前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記活性層は、半導体積層を形成するように前記基板の前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、
前記所定の軸の方向は前記基準軸の方向と異なる、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記基板の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３に記載された方法。
【請求項１５】
前記基板の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載された方法。
【請求項１６】
前記基板の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１７】
前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１８】
前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３、請求項１４又は請求項１７のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１９】
前記被処理面の形成はウエットエッチングにより行われる、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２０】
前記被処理面の形成はアルカリ溶液により行われる、ことを特徴とする請求項１３〜請求項１９のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２１】
前記突起の頂部は六角錘状の形状を成す、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２２】
前記裏面の算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２１のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２３】
前記基板の前記被処理面に第１の電極を形成する工程と、
前記半導体積層上に第２の電極を形成する工程と
を更に備える、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２２のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２４】
前記半導体積層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか一方における一部分が露出された露出領域を有しており、
当該方法は、
前記露出領域上に第１の電極を形成すると共に、前記半導体積層において前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか他方上に第２の電極を形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２２のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２５】
窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面上に、一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層、一又は複数のｎ型窒化ガリウム系半導体層及び活性層を成長して、エピタキシャルウエハを形成する工程と、
前記エピタキシャルウエハをエッチングして前記半導体積層を形成する工程と
を更に備え、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層、ｎ型窒化ガリウム系半導体層及び活性層は、前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、
前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項２４に記載された方法。
【請求項２６】
前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記裏面を研削して、前記基板生産物の前記基板を形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項２５に記載された方法。
【請求項２７】
前記基板のエッジ上の２点間の距離の最大値は４５ミリメートル以上である、ことを特徴とする請求項１３〜請求項２６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２８】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子と、
前記窒化物系半導体発光素子の裏面を支持する支持面を有する支持体と、
前記窒化物系半導体発光素子及び前記支持体上に設けられ、前記窒化物系半導体発光素子を封止する樹脂体と
を備え、
前記窒化物系半導体発光素子からの光は前記樹脂体を透過する、ことを特徴とする発光装置。
【請求項２９】
前記樹脂体の表面は、前記支持体に接触する第１の部分と、前記支持体に接触すること無く露出している第２の部分とを有する、ことを特徴とする請求項２８に記載された発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体発光素子、窒化物系半導体発光素子を作製する方法、
及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、発光装置及び発光素子の実装方法が記載されている。この発光装置の実装方法は、基板（発光透光面）端部とリードフレームのダイパッドを一部固定、または基板周囲端部とリードフレームのダイパッドを固定する。発光素子を実装した発光装置は、ダイパッドの裏面側から発生光を出射する。素子では、発光層の基板と反対側に窒化物半導体からなる多層反射層が設けられている。素子の上面及び側面に絶縁体多層膜または絶縁体層と金属反射層を設けることにより、発光層から上面と側面に向かう発生光を基板側に反射させる。
【０００３】
特許文献２には、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が記載されている。サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を成長した後に、サファイア基板を研磨又は剥離除去する。この窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、窒化ガリウム系化合物半導体の裏面がエッチングにより非鏡面になる。サファイア基板を除去することにより、サファイアと窒化ガリウムの屈折率の違いよる界面での干渉が無くなる。また、非鏡面の表面で光を乱反射させる。
【０００４】
特許文献３では、自立した窒化ガリウム単結晶基板の製造方法が記載されている。基板ホルダーへの密着度を良くしかつＧａＮ自立基板の反りを減らすことにより、窒化物半導体素子の良品歩留率を向上させる。基板の表面（Ｇａ面）が鏡面に研磨され、かつ裏面（Ｎ面）がラップされた後にエッチング処理されて１μｍ以上、１０μｍ以下の算術平均粗さＲａに仕上げられている。裏面（Ｎ面）が、気相成長装置の基板ホルダーと面接触する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６４９３８号公報
【特許文献２】特開２００３−６９０７５号公報
【特許文献３】特開２００７−１５３７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、交互に配置されたＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層は多層反射膜を構成しており、この多層反射膜と基板との間に活性層が位置している。このため、活性層からの光は、基板の裏面から出射する。特許文献２では、窒化ガリウム系エピタキシャル積層とサファイア基板との界面に屈折率差による光反射を避けるために、サファイア基板を除去して窒化ガリウム系化合物半導体の裏面を露出される。露出されたエピタキシャル膜の窒化ガリウム系化合物半導体面は、エッチングにより非鏡面になる。特許文献３には、基板ホルダーとの密着度を向上させかつＧａＮ自立基板の反りを減らして、窒化物半導体素子の良品歩留率を向上させる。このため、裏面（Ｎ面）がラップされた後にエッチング処理されて１μｍ以上１０μｍ以下の算術平均粗さＲａに仕上げられている。
【０００７】
上記の技術は、サファイア基板を用いた発光素子またはｃ面ＧａＮ基板を用いる発光素子に関する。これらは、ｃ面から傾斜したＧａＮ基板を用いた発光素子と異なる。この半極性面上の面発光型の窒化物系半導体発光素子でも、優れた光の取り出し効率が求められる。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子を提供すること目的とし、またこの窒化物系半導体発光素子を作製する方法を提供すること目的とし、窒化物系半導体発光素子を含む発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面は、窒化物系半導体発光素子である。この窒化物系半導体発光素子は、（ａ）六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、主面及び裏面を有する支持基体と、（ｂ）ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、活性層、及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域を含む半導体積層とを備え、前記支持基体の前記裏面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜しており、前記裏面の表面モフォロジは、前記基準軸の方向に突出する複数の突起を有しており、前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域は、前記支持基体の前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、前記所定の軸の方向は前記基準軸の方向と異なる。
【００１０】
この窒化物系半導体発光素子によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び活性層は支持基体の主面上に搭載されている。また、支持基体の裏面は六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に沿って延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜する。さらに、所定の軸の方向は基準軸の方向と異なる。これら故に、活性層から基板に向かう光成分は、裏面によって乱反射されて、その進行方向を変える。裏面の表面モフォロジは、基準軸の方向に突出する複数の突起を有するので、裏面では、効率よく乱反射が起こり、光が基板支持体及び半導体積層に閉じ込められたまま消失することがない。したがって、窒化物系半導体発光素子は、優れた光の取り出し効率を有する。
【００１１】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００１２】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００１３】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００１４】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００１５】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００１６】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記突起の頂部は六角錘状の形状を成すことができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、突起の頂部が六角錘状であるので、六角錘の構成面によって光が反射される。
【００１７】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記裏面の算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下であることができる。この窒化物系半導体発光素子では、小さすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。大きすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。
【００１８】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、前記半導体積層上に設けられた第１の電極と、前記支持基体の前記裏面に設けられた第２の電極とを更に備えることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、一方の電気接続を第１の電極を介して半導体積層に成すと共に、他方の電気接続を第２の電極を介して基板の裏面に成すことができる。或いは、本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記半導体積層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか一方における一部分が露出された露出領域を有する。当該窒化物系半導体発光素子は、前記露出領域上に設けられた第１の電極と、前記半導体積層において前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか他方上に設けられた第２の電極とを更に備えることができる。
【００１９】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記活性層は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の波長範囲の光を乱反射できる。
【００２０】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記活性層からの光は前記半導体積層の上面から出射される。この窒化物系半導体発光素子によれば、裏面の乱反射率の向上が、上面からの光の取り出し効率の向上につながる。また、本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記活性層からの光は前記半導体積層の裏面から出射される。この窒化物系半導体発光素子によれば、裏面の乱反射率の向上が、裏面からの光の取り出し効率の向上につながる。
【００２１】
本発明の別の側面は、面発光型の窒化物系半導体発光素子を作製する方法である。この方法では、（ａ）主面及び裏面を有する基板と該基板の前記主面上に設けられた半導体積層とを含む基板生産物を準備する工程と、（ｂ）前記基板生産物における前記基板の前記裏面にエッチングを行って、複数の突起を有する表面モフォロジを有する被処理面を形成する工程を備える。前記基板は六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、前記基板の前記裏面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜しており、前記突起は、前記基準軸の方向に突出しており、前記半導体積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び活性層を有し、前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記活性層は、前記基板の前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、前記所定の軸の方向は前記基準軸の方向と異なる。
【００２２】
この方法によれば、基板の裏面にエッチング処理を施すことによって、基板の裏面に被処理面を形成できる。この被処理面は、複数の突起を有する表面モフォロジを有する。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び活性層は支持基体の主面上において所定の軸の方向に搭載されている。また、支持基体の裏面は六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜する。さらに、所定の軸の方向は基準軸の方向と異なる。これら故に、活性層から基板に向かう光成分は、裏面によって乱反射されて、その進行方向を変える。裏面の表面モフォロジは、基準軸の方向に突出する複数の突起を有するので、裏面は入射光を乱反射する。したがって、優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【００２３】
本発明に係る方法では、前記基板の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この方法によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００２４】
本発明に係る方法は、前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記裏面を研削して、前記基板生産物の前記基板を形成する工程を更に備えることができる。この方法によれば、研削により、所望の厚さを有する基板を得ることができる。また、研削済みの裏面にエッチング処理を施すことによって、被処理面を形成できる。
【００２５】
本発明に係る方法では、前記被処理面の形成はウエットエッチングにより行われることができる。この方法によれば、複数の突起を形成するためにウエットエッチングを用いることができる。
【００２６】
本発明に係る方法では、前記被処理面の形成はアルカリ溶液により行われることができる。この方法によれば、アルカリ溶液を用いて複数の突起を形成できる。
【００２７】
本発明に係る方法では、前記突起の頂部は六角錘状の形状を成す。この方法によれば、突起の頂部が六角錘状であるので、六角錘の構成面によって光が反射される。
【００２８】
本発明に係る方法では、前記裏面の算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下であることができる。この方法では、小さすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。大きすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。
【００２９】
本発明に係る方法では、前記活性層は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。この方法によれば、上記の波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。
【００３０】
本発明に係る方法では、前記活性層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。この方法によれば、上記の波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。
【００３１】
本発明に係る方法では、前記半導体積層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか一方における一部分が露出された露出領域を有している。当該方法は、前記露出領域上に第１の電極を形成すると共に、前記半導体積層において前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか他方上に第２の電極を形成する工程を更に備えることができる。或いは、本発明に係る方法は、前記基板の前記被処理面に第１の電極を形成する工程と、前記半導体積層上に第２の電極を形成する工程を更に備えることができる。この方法によれば、一方の電気接続を第２の電極を介して成すと共に、他方電気接続を被処理面上の電極を介して成すことができる。
【００３２】
本発明に係る方法は、一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層、一又は複数のｎ型窒化ガリウム系半導体層及び活性層を前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面上に成長して、エピタキシャルウエハを形成する工程と、前記エピタキシャルウエハをエッチングして半導体積層を形成する工程とを更に備えることができる。前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層、ｎ型窒化ガリウム系半導体層及び活性層は、前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。
【００３３】
この方法によれば、窒化ガリウム半導体ウエハの主面はいわゆる半極性を有する。この半極性面上に成長された複数の窒化ガリウム系半導体は、所定の軸の方向に配置される。
【００３４】
本発明に係る方法では、前記ウエハのエッジ上の２点間の距離の最大値は、４５ミリメートル以上であることができる。この方法を大口径のウエハに適用可能である。
【００３５】
本発明の更なる別の側面に係る発光装置は、上記のいずれか一形態の窒化物系半導体発光素子と、前記窒化物系半導体発光素子の前記裏面を支持する支持面を有する支持体と、前記窒化物系半導体発光素子及び前記支持体上に設けられ、前記窒化物系半導体発光素子を封止する樹脂体とを備える。前記窒化物系半導体発光素子からの光は前記樹脂体を透過する。この発光装置によれば、直上輝度を大きくできる。
【００３６】
また、本発明に係る発光装置では、前記樹脂体の表面は、前記支持体に接触する第１の部分と、前記支持体に接触すること無く露出している第２の部分とを有することができる。この発光装置によれば、第１の部分が支持体に接触すると共に、第２の部分が支持体に接触すること無く露出している。故に、樹脂体は、支持体とは別のリフレクタを含まない。
【００３７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００３８】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、この窒化物系半導体発光素子を作製する方法が提供される。さらに、本発明の更なる別の側面によれば、この窒化物系半導体発光素子を含む発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図５】図５は、ＥＬ特性を測定するための接続を示す図面である。
【図６】図６は、オフ付きＧａＮウエハを用いて作製されたＬＥＤ構造におけるＥＬ特性、及びｃ面ＧａＮウエハを用いて作製されたＬＥＤ構造におけるＥＬ特性を示す図面である。
【図７】図７は、オフ付きＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す図面である。
【図８】図８は、ｍ軸方向にｃ＋軸から７５度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施したＧａＮ基板裏面のＳＥＭ像を示す図面である。
【図９】図９は、ａ軸方向にｃ＋軸から５８度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施したＧａＮ基板裏面のＳＥＭ像を示す図面である。
【図１０】図１０は、ａ軸方向からｍ軸方向にある角度で回転した方向にｃ＋軸から６８度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施したＧａＮ基板裏面のＳＥＭ像を示す図面である。
【図１１】図１１は、ｍ面ＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す図面である。
【図１２】図１２は、ｃ面ＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す。
【図１３】図１３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の別構造で示す図面である。
【図１４】図１４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の更なる別の構造で示す図面である。
【図１５】図１５は、ＧａＮ基板の主面の法線とｃ軸との成す角度と、同一成長条件によるＩｎＧａＮ成長におけるＩｎ組成との関係を示す図面である。
【図１６】図１６は、電極形成工程及び裏面ラフネス工程を模式的に示す図面である。
【図１７】図１７は、アノード電極及びカソード電極をエピ面上に形成したＬＥＤ構造、及びアノード電極をエピ面上に形成すると共にカソード電極を裏面の一部分に形成したＬＥＤ構造を示す図面である。
【図１８】図１８は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を含む発光装置の構成を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物系半導体発光素子、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。引き続く説明では、例えば＜０００１＞軸に対して逆向きの結晶軸は、＜０００−１＞で表される。
【００４１】
図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。この窒化物系半導体発光素子１１は、支持基体１３及び半導体積層１５を含む。支持基体１３は、六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、また主面１３ａ及び裏面１３ｂを有する。半導体積層１５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７、活性層１９、及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１を含む。活性層１９は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１とｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７との間に設けられる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１は、支持基体１３の主面１３ａ上に搭載されており、また主面１３ａに直交する所定の軸Ａｘの方向に配置されている。支持基体１３の裏面１３ｂは、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜する。ｃ軸方向は、図１においてベクトルＶＣで示される。裏面１３ｂの表面モフォロジＭは、＜０００−１＞軸の方向に向いて突出する複数の突起２３を有する。所定の軸Ａｘの方向は基準軸の方向（ベクトルＶＣの方向）と異なる。
【００４２】
この窒化物系半導体発光素子１１によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７及び活性層１９は支持基体１３の主面１３ａ上において所定の軸Ａｘの方向に配置されている。また、支持基体１３の裏面１３ｂは、ベクトルＶＣで示される基準軸に直交する平面に対して傾斜する。さらに、所定の軸Ａｘの方向はベクトルＶＣの方向と異なる。これら故に、活性層１９から基板１３に向かう光成分ＬＢは、裏面１３ｂによって乱反射されて、その進行方向を変える。この反射光ＬＲは、活性層１９から直接に出射面に向かう光成分ＬＦと一緒に、出射面から提供される。図１には、出射光Ｌが示されている。裏面１３ｂの表面モフォロジＭは、ベクトルＶＣと逆向きに突出する複数の突起２３を有するので、裏面１３ｂは優れた乱反射率を示す。したがって、窒化物系半導体発光素子１１は、優れた光の取り出し効率を有する。
【００４３】
窒化物系半導体発光素子１１は面発光素子であり、活性層１９からの光ＬＢ、ＬＦが半導体積層１５の上面１５ａから出射される。裏面１３ｂの乱反射性能の向上が、上面１５ａからの光の取り出し効率の向上につながる。また、活性層１９からの光ＬＢ、ＬＦを基板の裏面１３ｂから出射させるようにできる。裏面１３ｂの乱反射性能の向上が、基板裏面１３ｂからの光の取り出し効率の向上につながる。
【００４４】
窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度αで傾斜していることができる。この傾斜角に応じて突起２３の傾斜の方向が規定される。このため、基板裏面１３ｂは、鏡面研磨された裏面に比べて、高い乱反射能を有する。また、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜する。活性層１９は、半極性を示す基板主面１３ａ上に形成されるので、ｃ面上の活性層に比べて、この活性層１９に対するピエゾ電界の影響が小さい。さらに、所定の軸ＡｘとベクトルＶＣとの成す角度は、１０度以上であり８０度以下である。
【００４５】
上記の角度について説明する。窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。また、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００４６】
窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００４７】
窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００４８】
窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００４９】
窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００５０】
発明者らの実験における詳細な観察によれば、突起２３の頂部は六角錘状の形状を成している。突起２３の頂部が六角錘状であるので、六角錘の構成面によって光が反射される。
【００５１】
裏面１３ｂの算術平均粗さは１マイクロメートル以上であることができる。小さすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。また、裏面１３ｂの算術平均粗さは１０マイクロメートル以下であることができる。大きすぎる表面粗さは、光反射による取り出し効率への寄与が小さい。
【００５２】
図１には、代表としてｃ面Ｓｃが示されている。六方晶系の結晶軸は、結晶座標系ＣＲによって示される。結晶座標系ＣＲのｃ軸の向きはｃ面の向きを示している。ｃ軸の直交する方向にａ軸またはｍ軸が向いている。図１には、窒化物系半導体発光素子１１の構造を示すために、直交座標系Ｓが示されている。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１は支持基体１３の主面１３ａ上においてＺ軸の方向に配置されている。基板１３の主面１３ａ及び裏面１３ｂは、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面に実質的に平行に延びている。好適な実施例では、主面１３ａは裏面１３ｂに平行になるように形成される。
【００５３】
支持基体１３及び半導体積層１５からなる半導体構造物２５には、第１及び第２の電極２７、２９が設けられている。また、これらの電極２７、２９は、アノード及びカソードである。窒化物系半導体発光素子１１の半導体積層１５は、メサ領域１５ｂ及び露出領域１５ｃを含む。露出領域１５ｃでは、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７のいずれか一方における一部分が露出されている。第２の電極２９は、露出領域１５ｃ上に設けられており、第１の電極２７は、半導体積層１５においてｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７のいずれか他方上に設けられている。本実施例では、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１は、順に支持基体１３上に搭載されているので、第２の電極２９はｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７に接続を成し、第１の電極２７はｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１に接続を成す。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、ｐダウン型の実装をしたときに、光取出し方向に対して半導体領域の全面が露出しており、パッド電極によって光がさえぎられること無く、良好な光取り出し効率が提供できる。また、この形態では、ワイヤボンディングを施す必要がないので、実装のコストと歩留まりが向上する。
【００５４】
活性層１９は、例えばバルク構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造であることができる。活性層１９は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。基板１３の裏面１３ｂは、上記の波長範囲の光を乱反射できる。活性層１９は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。活性層１９が量子井戸構造を有するとき、活性層１９は井戸層及び障壁層を有する。また、活性層１９は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。上記の波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。
【００５５】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層（本実施例では、窒化ガリウム系半導体層３１、３３）を含む。窒化ガリウム系半導体層３１は、例えばｎ型ＧａＮまたはｎ型ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等であることができ、ｎ型キャリア（電子）を提供すると共に、カソードに対するコンタクト層として働く。窒化ガリウム系半導体層３３は、例えばｎ型ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができ、活性層のための緩衝層として働く。
【００５６】
ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層（本実施例では、窒化ガリウム系半導体層３５、３７）を含む。窒化ガリウム系半導体層３５は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができ、ｎ型キャリア（電子）に対する障壁を提供する。窒化ガリウム系半導体層３７は、例えばｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等であることができ、ｐ型キャリア（正孔）を提供すると共に、アノードに対するコンタクト層として働く。
【００５７】
基板１３は導電性を有することができる。必要な場合には、窒化物系半導体発光素子１１では、第１の電極２７は半導体積層１５上に設けられることができ、第２の電極２９は、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられることができる。この構造によれば、メサ領域１５ｂ及び露出領域１５ｃが不要である。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１への電気接続を半導体積層１５上の第１の電極２７を介して成すと共に、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７への電気接続を基板１３の裏面１３ｂ上の第２の電極２９を介して成すことができる。
【００５８】
図２、図３、図４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【００５９】
図２（ａ）に示されるように、工程Ｓ１０１では、六方晶系窒化ガリウム半導体の窒化ガリウム半導体ウエハ（以下、「ＧａＮウエハ」と記す）４１を準備する。窒化ガリウム半導体ウエハ４１は主面４１ａ及び裏面４１ｂを有する。ＧａＮウエハ４１主面４１ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度βで傾斜している。ＧａＮウエハ４１の主面４１ａはいわゆる半極性を有する。図２（ａ）を参照すると、代表的なｃ面Ｓｃ、ｃ軸方向に延びる基準軸Ｃｘ及び主面４１ａの法線ベクトルＶＮが示されている。ｃ面Ｓｃは基準軸Ｃｘに直交している。基準軸Ｃｘは、法線ベクトルＶＮに対して角度βで傾斜している。ウエハ４１のエッジ上の２点間の距離の最大値は、例えば４５ミリメートル以上であることができる。大口径のウエハに適用可能である。既に説明したように、基板ウエハ４１の主面４１ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び／又は前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。また、基板ウエハ４１の裏面４１ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。
【００６０】
成長炉１０ａにＧａＮウエハ４１を配置した後に、図２（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０２では、複数のエピタキシャル膜をＧａＮウエハ４１の主面４１ａ上に成長して、エピタキシャルウエハＥを形成する。この成長は例えば有機金属気相成長法で行われる。サーマルクリーニングをした後に、まず、主面４１ａ上にｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３を形成する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層４５を主面４１ａ上に成長する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層４５上にｎ型窒化ガリウム系半導体層４７を成長する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層４５は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなり、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４７は、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなる。
【００６１】
次いで、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４７上に活性層４９を形成する。活性層４９の形成のために、障壁層４９ａ及び井戸層４９ｂを交互に成長する。障壁層４９ａは、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができ、井戸層４９ｂが、例えばＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができる。活性層４９は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。この波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。また、活性層４９は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。上記の波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。
【００６２】
この後に、活性層４９上にｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１を形成する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５３を活性層４９の障壁層４９ａ上に成長する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５３上にｐ型窒化ガリウム系半導体層５５を成長する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５３は、例えばＡｌＧａＮ等からなり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層５５は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ等からなる。
【００６３】
これらの成長によって、エピタキシャルウエハＥが得られる。複数の窒化ガリウム系半導体領域４３、４９、５１が半極性の主面４１ａ上に成長され、主面４１ａに垂直な方向に配置されている。
【００６４】
エピタキシャルウエハＥを成長炉１０ａからに取り出した後に、必要な場合には、工程Ｓ１０３において、図２（ｃ）に示されるように、エピタキシャルウエハＥをエッチングして半導体積層５７を形成する。エピタキシャルウエハＥ上に、パターンを有するマスク５９を形成した後に、エッチング装置１０ｂにエピタキシャルウエハＥを配置する。エッチング装置１０ｂを用いてドライエッチング（例えば、反応性イオンエッチング法）を行って、基板生産物Ｐ１を形成する。基板生産物Ｐ１は、エピタキシャルウエハＥにメサ部５７ａと露出領域５７ｂが形成された半導体積層５７を含む。メサ部５７ａでは、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４３ｃ、活性層４９ｃ及びｐ型窒化ガリウム系半導体層５１ｃがＧａＮウエハ４１の主面４１ａに垂直な方向に順に配置されている。基板生産物Ｐ１をエッチング装置１０ｂから取り出した後に、マスク５９を除去する。
【００６５】
図３（ａ）に示されるように、半導体積層５７は、窒化ガリウム系半導体領域５１ｃ及び４３ｃのいずれか一方（本実施例では、ｎ型領域４３ｃ）における一部分が露出された露出領域５７ｂを有している。工程Ｓ１０４では、第１の電極５９を露出領域５７ｂ上に形成すると共に、半導体積層５７の窒化ガリウム系半導体領域５１ｃ及び４３ｃのいずれか他方（本実施例では、ｐ型領域５１ｃ）上に第２の電極６１を形成する。電極６１は、半導体積層５７の表面に形成された透明電極６１ａと、透明電極６１ａの一部上に形成されたパッド電極６１ｂを含む。電極のための金属膜の堆積は、スパッタ法または蒸着法を行う成膜装置を用いて行われる。これらの工程により基板生産物Ｐ２が得られる。
【００６６】
電極の形成後に、図３（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０５では、アニール装置１０ｃを用いて基板生産物Ｐ２の電極アニールを行う。
【００６７】
電極アニール後に、図３（ｃ）に示されるように、工程Ｓ１０６では、本発明に係る方法は、ＧａＮウエハ４１の裏面４１ｂを研削して、研削されたＧａＮウエハ４１ｄを形成する。以下の説明では、研削されたＧａＮウエハ４１ｄを「基板４１ｃ」として参照する。基板４１ｃは主面４１ａ及び裏面４１ｄを有する。この工程によって、基板生産物Ｐ３のための基板４１ｄが形成される。基板生産物Ｐ３は、基板４１ｃと主面４１ａ上に設けられた半導体積層５７とを含む。研削によって、所望の厚さを有する基板を得ることができる。また、研削は、基板４１ｃの裏面４１ｄが六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸Ｃｘに直交する平面に対して傾斜するように行われる。さらに、裏面４１ｄは主面４１ａに実質的に平行である。研削後の算出平均粗さＲａは、例えば０．１μｍ以上、０．５μｍ以下である。
【００６８】
図４（ａ）に示されるように、例えば基板生産物Ｐ３の半導体積層５７上に保護膜６３を形成する。これによって、工程Ｓ１０７では基板生産物Ｐ４が準備される。保護膜６３は、例えばレジスト膜等であることができる。基板生産物Ｐ４の基板４１ｃの裏面４１ｄは露出されている。
【００６９】
図４（ａ）に示されるように、エッチング装置１０ｄに基板生産物Ｐ４を配置した後に、基板４１ｃの裏面４１ｄにエッチングを行って、被処理面４１ｅを形成する。被処理面４１ｅは、複数の突起６５を有する表面モフォロジＭＷを有する。研削済みの裏面４１ｄにエッチング処理を施すことによって、被処理面４１ｅを形成できる。
【００７０】
ｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｃ、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｃ及び活性層４９ｃは、基板４１ｃの主面４１ａ上に搭載されており、主面４１ａに垂直な配置方向に配置されている。一方、この配置方向は基準軸の方向と異なる。この基準軸Ｃｘの方向に突起６５が突出している。
【００７１】
この工程Ｓ１０８によれば、基板４１ｃの裏面４１ｄにエッチング処理を施すことによって、基板４１ｃに被処理面４１ｅを形成できる。この被処理面４１ｅは、複数の突起６５を有する表面モフォロジＭＷを有する。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｃ、活性層４９ｃ及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｃの配列方向は基準軸Ｃｘの方向と異なる。この配列方向と異なる方向に、突起６５は突出する。これ故に、活性層４９ｃから基板４１ｃに向かう光成分は、被処理面４１ｅによって乱反射されて、その進行方向を変える。被処理面４１ｅ表面モフォロジＭＷは、基準軸Ｃｘの方向に突出する複数の突起６５を有するので、被処理面４１ｅは優れた乱反射特性を示す。したがって、優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【００７２】
突起６５の頂部は六角錘状の形状を成すので、六角錘の構成面によって光が効率的に反射される。また、被処理面４１ｅの算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上であることができる。小さすぎる表面粗さは、光反射による取り出し効率への寄与が小さい。被処理面４１ｅの算術平均粗さは１０マイクロメートル以下であることができる。大きすぎる表面粗さは、光反射による取り出し効率への寄与が小さい。
【００７３】
基板４１ｃの裏面４１ｄが六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００−１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しているので、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
【００７４】
被処理面４１ｅの形成では、複数の突起６５を形成するためにウエットエッチングを用いることができる。また、被処理面４１ｅの形成はアルカリ溶液により行われることができる。アルカリ溶液としては、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等を用いることができる。
【００７５】
保護膜６３を除去した後に、基板生産物を切断して窒化物系半導体発光素子６７ａを作製する。窒化物系半導体発光素子６７ａは、支持基体４１ｆ及び半導体積層５７ｆを含む。支持基体４１ｆは、六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、また主面４１ｇ及び裏面４１ｈを有する。半導体積層５７ｆは、メサ部５７ｇ及び露出領域５７ｈを含む。半導体積層５７ｆは、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｆ、活性層４９ｆ、及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｆを含む。活性層４９ｆは、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｆとｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｆとの間に設けられる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｆ、活性層４９ｆ及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｆは、支持基体４１ｆの主面４１ｇ上に搭載されており、また主面４１ｇに直交する軸の方向に配置されている。支持基体４１ｆの裏面４１ｈは、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸Ｃｘに直交する平面に対して傾斜している。ｃ軸方向は、図４（ｃ）においてベクトルＶＣで示される。裏面４１ｇの表面モフォロジは、＜０００−１＞軸の方向に向いて突出する複数の突起６５を有する。
【００７６】
なお、図２〜図４を参照しながら行われた製造方法の説明は一例である。例えば、本実施の形態に係る方法では、ウエハ４１の被処理面を形成して基板を形成した後に、基板の被処理面に第１の電極を形成すると共に半導体積層上に第２の電極を形成することができる。或いは、半導体積層上に第２の電極を形成した後に、ウエハ４１の被処理面を形成して基板を形成し、そして基板の被処理面に第１の電極を形成することができる。これら方法によれば、一方の電気接続を第２の電極を介して成すと共に、他方の電気接続を被処理面上の電極を介して成すことができる。
【００７７】
（実施例）
有機金属気相成長法により青色発光ダイオード構造を作製した。原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、またｎ型及びｐ型ドーパントして、それぞれ、シラン（ＳｉＨ４）及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。
【００７８】
２インチサイズのｃ面窒化ガリウムウエハＳ１及びオフ角付きの窒化ガリウムウエハＳ２を準備した。ウエハＳ２の主面は、（０００１）面（Ｇａ面）よりａ軸方向に１８度オフしており、ウエハＳ２の裏面は、（０００−１）面（Ｎ面）より同じく１８度の角度で傾斜している。ウエハＳ１、Ｓ２の主面には鏡面研磨処理が施されている。
【００７９】
反応炉内にウエハＳ１を設置した。摂氏１１００度の基板温度、炉内圧力２７ｋＰａで、ＮＨ３とＨ２を流しながら１０分間の熱処理を反応炉を用いて行った後に、基板温度を摂氏１１５０度に変更して、ＳｉドープＧａＮ層を成長した。このＧａＮ層の厚さは、例えば２マイクロメートルであった。基板温度を摂氏８５０度に下げた後に、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ４を反応炉に供給して、ＳｉドープＧａＮ層上に、ＳｉドープＩｎＧａＮ緩衝層を成長した。このＩｎＧａＮ緩衝層の厚さは１００ｎｍであった。
【００８０】
その後、基板温度を摂氏８７０度に上げた後に、ＧａＮ障壁層を成長した。ＧａＮ障壁層の厚さは１５ｎｍであった。次に、基板温度を摂氏８００度に下げて、ＩｎＧａＮ井戸層を成長した。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは３ｎｍであった。再び、基板温度を摂氏８７０度まで上げた後に、ＧａＮ障壁層を成長した。このＧａＮ障壁層は１５ｎｍであった。井戸層及び障壁層の成長を繰り返して、合計で３周期の井戸層及び障壁層からなる多重量子井戸構造を作製した。
【００８１】
その後、反応炉へのＴＭＧとＴＭＩの供給を停止し、基板温度を摂氏１１００度に上昇した。この温度で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを反応炉に供給して、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層を成長した。ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは２０ｎｍであった。基板温度を保ち、ＴＭＡの供給を停止して、ｐ型ＧａＮ層を成長した。ｐ型ＧａＮ層の厚さは５０ｎｍであった。これらの成膜の完了後に、室温まで降温して、エピタキシャルウエハ反応炉からを取り出した。
【００８２】
また、ＧａＮウエハＳ２を用いて、同様に有機金属気相成長法により、青色発光ダイオード構造のエピタキシャルウエハを作製した。ウエハＳ１、Ｓ２では、詳細な温度や原料の流量等の条件は異なる。
【００８３】
さらに、ＧａＮウエハＳ１、Ｓ２を用いて、いくつかの発光波長の光を発光する発光ダイオード構造のエピタキシャルウエハを作製した。
【００８４】
続いて、上記のように作製されたエピタキシャルウエハに電極を形成した。この工程では、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、５００ｎｍのメサ領域及び露出領域を形成した。露出領域にはＳｉドープＧａＮ層が露出している。メサ領域のｐ型ＧａＮ層にｐ透明電極（Ｎｉ／Ａｕ）及びｐパッド電極（Ａｕ）を形成すると共に、露出領域にｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ）を形成した。これらの電極の形成後に、電極アニールを行って基板生産物を作製した。電極アニールの温度及びアニール時間は、それぞれ、摂氏５５０度及び１分であった。各工程の間では、フォトリソグラフィーおよび超音波洗浄等を行った。
【００８５】
続いて、基板生産物を半分に分割し、一方のウエハ片については、その裏面を鏡面研磨を施し、他方のウエハ片にはアルカリ溶液によるエッチング処理を施した。この工程によって、処理済み基板生産物が得られた。このエッチング処理によって、基板生産物の裏面には０．５〜１０マイクロメートル程度の微細な凹凸が形成された。チップサイズは４００μｍ×４００μｍである。
【００８６】
上記のように作製された基板生産物のＬＥＤチップに電流を流し、電流注入発光（エレクトロルミネセンス：ＥＬ）を評価した。図５は、ＥＬ特性を測定するための接続を示す。ＥＬ特性を測定する処理済み基板生産物７１を支持台上に配置する。基板生産物７１から距離Ｄで、基板生産物７１の直上にレンズユニット７３を配置する。レンズユニット７３は光ファイバ７５を介して分光器７７に接続される。基板生産物７１のＬＥＤの電極には電源７９が接続されている。測定するＬＥＤに電源７９から１２０ｍＡの電流を印加した。図６（ａ）は、オフ付きＧａＮウエハを用いて作製されたＬＥＤ構造におけるＥＬ特性を示す。図６（ｂ）は、ｃ面ＧａＮウエハを用いて作製されたＬＥＤ構造におけるＥＬ特性を示す。
【００８７】
オフ付きＧａＮ基板
図６（ａ）を参照すると、測定点の第１群Ｇ１は、鏡面研磨の裏面を有し波長４８０ｎｍ程度の発光を示す。測定点の第２群Ｇ２は、エッチング処理の裏面を有し波長４８０ｎｍ程度の発光を示す。測定点の第３群Ｇ３は、鏡面研磨の裏面を有し波長５１０ｎｍ程度の発光を示す。測定点の第４群Ｇ４は、エッチング処理の裏面を有し波長５１０ｎｍ程度の発光を示す。
【００８８】
波長４８０ｎｍ及び５１０ｎｍのいずれの発光でも、エッチング処理の裏面を有するＬＥＤの光出力は、鏡面研磨の裏面を有するＬＥＤに比べて大きい。より具体的には、発光波長４８０ｎｍ及ぶ５１０ｎｍのＬＥＤにわたる平均で、エッチング処理の裏面を有するＬＥＤの光出力は、鏡面研磨の裏面を有するＬＥＤの３．７０倍大きい。
【００８９】
ｃ面ＧａＮ基板
図６（ｂ）を参照すると、測定点の第１群Ｈ１は、鏡面研磨の裏面を有し波長４４５ｎｍ程度の発光を示す。測定点の第２群Ｈ２は、エッチング処理の裏面を有し波長４４５ｎｍ程度の発光を示す。発光波長４４５ｎｍ程度のＬＥＤでは、エッチング処理の裏面を有するＬＥＤの光出力は、鏡面研磨の裏面を有するＬＥＤの１．３９倍大きい。
【００９０】
エッチング処理によりラフネスを基板裏面に形成するとき、オフ付きＧａＮ基板を用いたＬＥＤの光出力の向上率は、ｃ面ＧａＮ基板を用いたＬＥＤの光出力の向上率よりも大きい。
【００９１】
このようにｃ面ＧａＮ基板とオフ付きＧａＮ基板では、アルカリエッチングによる裏面荒らしによってＬＥＤの光取り出し効率、特に直上輝度の向上を意図したとき、その効果が大きく異なる。その効果は、オフ付きＧａＮ基板により非常に大きい。
【００９２】
上記のように、アルカリエッチングによる裏面荒らしの効果がｃ面ＧａＮ基板上とオフ付きＧａＮ基板の間で大きく異なる原因を探るために、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、アルカリエッチング後の基板の裏面状態を観察した。図７は、オフ付きＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す。図７（ａ）は斜めからのＳＥＭ像を示し、図７（ｂ）は上からのＳＥＭ像を示す。
【００９３】
さらに、いくつかのオフ角を有するＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を撮影した。図８は、ｍ軸方向にｃ＋軸から７５度の角度で傾斜した主面のＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施してＧａＮ面のＳＥＭ像を示す。図８を参照すると、裏面ラフネスにおける突起は裏面の法線軸に対してほぼ７５度傾斜した方向（ｃ−軸の方向）を向いている。７５度といった比較的大きなオフ角を有するＧａＮ基板でも、裏面ラフネスにおける突起は、ｃ軸のオフ方向及びオフ角に関連している。
【００９４】
図９は、ａ軸方向にｃ＋軸から５８度の角度で傾斜した主面のＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施してＧａＮ面のＳＥＭ像を示す。図９を参照すると、裏面ラフネスにおける突起は裏面の法線軸に対して５８度程度の角度で傾斜した方向（ｃ−軸の方向）を向いている。５８度といった比較的大きなオフ角を有するＧａＮ基板でも、裏面ラフネスにおける突起は、ｃ軸のオフ方向及びオフ角に関連している。
【００９５】
図１０は、ａ軸方向からｍ軸方向にある角度（例えば１５度）で回転して方向にｃ＋軸から６８度の角度で傾斜した主面のＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施してＧａＮ面のＳＥＭ像を示す。図１０を参照すると、裏面ラフネスにおける突起は裏面の法線軸に対して６８度程度の角度で傾斜した方向（ｃ−軸の方向）を向いている。６８度といった比較的大きなオフ角を有するＧａＮ基板でも、裏面ラフネスにおける突起は、ｃ軸のオフ方向及びオフ角に関連している。
【００９６】
図１１は、ｍ面ＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す。ｍ面ＧａＮ基板の裏面にアルカリエッチング済みを施しても、半極性面において見られるｃ軸方向に向いた突起群は形成されないことを、図１１のＳＥＭ像は示している。
【００９７】
図１２は、ｃ面ＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す。図１２（ａ）は斜めからのＳＥＭ像を示し、図１２（ｂ）は上からのＳＥＭ像を示す。
【００９８】
ｃ面ＧａＮ基板では、アルカリエッチングによりｃ軸方向に伸びる六角錐状の多数の突起が形成されているのに対し、オフ付きＧａＮ基板では、ほぼｃ軸の傾きを示す方向に伸びる六角錐状の突起が形成されている。すなわち、この突起の傾斜が、裏面ラフネス形成による発光ダイオードの直上輝度の違いに現れたと考えられる。
【００９９】
図１３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の別構造で示す図面である。窒化物系半導体発光素子６７ｂは、支持基体４１ｆ及び半導体積層５７ｉを含む。支持基体４１ｆは、六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、また主面４１ｆ及び裏面４１ｈを有する。半導体積層５７ｉは、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｆと実質的に同じｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｉ、活性層４９ｆと実質的に同じ活性層４９ｉ、及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｆと実質的に同じｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｉを含む。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｉ、活性層４９ｉ及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｉは、支持基体４１ｆの主面４１ｇの全面上に搭載されており、また主面４１ｇに直交する軸の方向に配置されている。支持基体４１ｆの裏面４１ｈは、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する平面に沿って延びている。ｃ軸方向は、図１３においてベクトルＶＣで示される。裏面４１ｈの表面モフォロジは、＜０００−１＞軸の方向に向いて突出する複数の突起（突起６５と同様な形状）を有する。支持基体４１ｆの裏面４１ｈには電極５９ｃが形成されており、半導体積層５７ｉの上面には、電極６１ｃ（透明電極６１ｄ及びパッド電極６１ｅ）が形成されている。
【０１００】
図１４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の更なる別の構造で示す図面である。ｃ軸からｍ軸方向に７５度のオフ角（法線ベクトルＮＶとｃ軸ベクトルＶＣとの成す角）で傾斜した面を主面とするＧａＮ基板９０を準備した。このＧａＮ基板９０上に発光ダイオードのためのエピタキシャル層構造９１を成長した。エピタキシャル層構造９１は有機金属気相成長法により作製された。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。
【０１０１】
成長炉内に基板を設置した後に、摂氏１０５０度の温度及び炉内圧力２７ｋＰａで、アンモニア及び水素を流しながら、ＧａＮ基板の熱処理を１０分間行った。
【０１０２】
ｎ型半導体層の成長工程では、基板温度を変更した後に、摂氏９５０度の基板温度でＳｉドープＧａＮ層９２をＧａＮ基板９０上に成長した。このＧａＮ層９２の厚さは例えば２μｍであった。基板温度を変更した後に摂氏８５０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア及びモノシランを成長炉に供給してＳｉドープＩｎＧａＮ層９３をＧａＮ基板９０上に成長した。ＩｎＧａＮ緩衝層９３の厚さは例えば１００ｎｍであった。
【０１０３】
活性層９４の成長工程では、基板温度を変更した後に、摂氏８７０度の基板温度で、ＧａＮ障壁層９４ａを成長した。この障壁層９４ａの厚さは例えば１５ｎｍであった。次いで、基板温度を摂氏７２０度まで下げた後に、ＩｎＧａＮ井戸層９４ｂを成長した。井戸層９４ｂの厚さは３ｎｍであった。その後に、摂氏８７０度の基板温度におけるＧａＮ障壁層（厚さ１５ｎｍ）９４ａの成長、及び摂氏７２０度の基板温度における井戸層（厚さ３ｎｍ）９４ｂの成長を繰り返して３周期の多重量子井戸構造を成長した。
【０１０４】
ｐ型半導体層の成長工程では、ＴＭＧとＴＭＩの供給を停止すると共に摂氏９００度に基板温度を上昇した後に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇを成長炉に供給して、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層９５を活性層９４上に成長した。ＡｌＧａＮ層９５の厚さは例えば２０ｎｍであった。ＴＭＡの供給を停止した後に、ｐ型ＧａＮ層９６をＡｌＧａＮ層９５上に成長した。ＧａＮ層９６の厚さは例えば５０ｎｍであった。これらの工程により、エピタキシャル成長が完了した。エピタキシャル基板ＥＰの温度を室温まで降温した後に、エピタキシャル基板ＥＰを取り出した。
【０１０５】
図１５は、ＧａＮ基板の主面の法線とｃ軸との成す角度と、同一成長条件によるＩｎＧａＮ成長におけるＩｎ組成との関係を示す図面である。５５度以上、更には５８度以上８０度以下の角度範囲では、Ｉｎ取り込みが良好である。この特性は、長波長の発光ダイオードを作製する際には、発光層の品質を高めることができる。さらには、この発光ダイオードでは、裏面における反射率を高めることができる。
【０１０６】
図１６は、電極形成工程及び裏面ラフネス工程を模式的に示す図面である。エピタキシャル基板ＥＰに電極形成を行った。この工程は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、エピタキシャル基板ＥＰにメサ９７を形成した。メサの高さは例えば５００ｎｍであった。このメサ形成の後に、ｐ透明電極（Ｎｉ／Ａｕ）９８ａの形成、ｐパッド電極（Ａｕ）９８ｂの形成、及びｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ）形成を行った。電極形成後に、電極アニール（摂氏５５０度で１分）を行った。各工程の間においてフォトリソグラフィーおよび超音波洗浄等を用いた。これらの工程により、図１６（ａ）に示される基板生産物ＳＰが形成された。
【０１０７】
続いて、基板生産物ＳＰを半分に分割して、基板生産物ＳＰ１及び基板生産物ＳＰ２を作製した。基板生産物ＳＰ１の表面の全面をレジストで覆った後に、基板生産物ＳＰ１にエッチング処理（例えばアルカリエッチング）を施して、基板生産物ＳＰ１の裏面にラフネス９９を形成した。基板生産物ＳＰ２の表面の全面をレジストで覆った後に、基板生産物ＳＰ２の裏面に鏡面研磨を施して、基板生産物ＳＰの裏面の半分に鏡面を形成した。
【０１０８】
図５に示すような測定配置を行って裏面反射の違いを調べた。発光ダイオードからの光は光ファイバを介して検出器に導かれる。光ファイバへ集光される光はＬＥＤの直上に進む光である。この結果、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板上のＬＥＤでは、アルカリエッチングによる裏面荒らしにより、ＬＥＤの発光出力が裏面鏡面研磨のＬＥＤの発光出力に比べて３．１２倍となった。この実験結果は、高いオフ角基板上でも、アルカリエッチングによる裏面荒らしによって発光ダイオードの光取り出し効率、特に直上輝度の向上は、非常に大きいことを示している。
【０１０９】
図１７（ａ）は、アノード電極及びカソード電極をエピ面上に形成したＬＥＤ構造を示す。このＬＥＤ構造では、裏面の全面を反射のために利用できる。一方、図１７（ｂ）は、アノード電極をエピ面上に形成すると共にカソード電極を裏面の一部分に形成したＬＥＤ構造を示す。このＬＥＤ構造ではメサを形成しない。裏面の全面を反射のために利用できないけれども、活性層の発光領域を広くできる。このＬＥＤ構造は、裏面の一部をエッチングしないようにマスクして、一部分にラフネスを形成せず、またラフネスを形成しないエリアに電極９８ｃを形成する。この構造により、ラフネス９９ｂによる裏面反射の向上を得ると共に、エピタキシャル基板の上面及び下面にそれぞれ２種の電極を作製できる。ＧａＮ基板を利用して、電流は十分に広がる。
【０１１０】
図１８は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を含む発光装置の構成を示す図面である。図１８を参照すると、発光装置７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄが示されている。サファイア基板を用いたＬＥＤ素子８１ａ、ｃ面ＧａＮ基板を用いたＬＥＤ素子８１ｂ、オフ付きＧａＮ基板を用いたＬＥＤ素子６７ａ、６７ｂが支持台８３上に搭載されている。ＬＥＤ素子８１ａ、８１ｂの側面出射光を上面に向けるためにリフレクタ８５が支持台８３上に搭載されている。ＬＥＤ素子８１ａ、８１ｂを覆うように、ＬＥＤ素子８１ａ、８１ｂとリフレクタ８５との間に充填された封止樹脂体８７が設けられている。ＬＥＤ素子８１ａ、８１ｂからの光は樹脂体８７を透過する。一方、オフ付きＧａＮ基板を用いたＬＥＤ素子６７ａ、６７ｂの直上輝度は大きい。ＬＥＤ素子６７ａ、６７ｂを覆うように封止樹脂体８９が設けられている。ＬＥＤ素子６７ａ、６７ｂからの光は樹脂体８９を透過する。この発光装置７９ｃ、７９ｄによれば、リフレクタ８５を用いなくても直上輝度を大きくできる。
【０１１１】
また、図１８の配光パターンの広がりに関しては、リフレクタを用いることなく、発光装置７９ｃ、７９ｄの広がりが発光装置７９ａ、７９ｂの広がりに比べて小さい。
【０１１２】
さらに、発光装置７９ｃ、７９ｄでは、樹脂体８９の表面は、支持体８３に接触する第１の部分８９ｂと、支持体８３に接触すること無く露出している第２の部分８９ａとからなる。この発光装置７９ｃ、７９ｄによれば、第１の部分８９ｂが支持体８３に接触すると共に、第２の部分８９ａが支持体に接触すること無く露出しているので、樹脂体８９は、支持体８３と別のリフレクタを含まない。
【０１１３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
発光ダイオードの光取り出し向上に関しては、ｃ面ＧａＮ基板ではアルカリエッチングによる裏面荒らしだけでは不十分であり、さまざまなコーティングや反射膜の形成等の多くの工夫がなされてきている。しかし、下地のＧａＮ基板として、本実施の形態のようにオフ付きＧａＮ基板を用いることによって、非常に簡便なアルカリエッチングによる裏面荒らしによって、光取り出し効率の大きな向上が可能である。すなわち、発光ダイオード素子作製プロセスの簡素化と、大幅なコスト削減が見込める。特に、本実施の形態では、ＬＥＤ素子の直上の輝度を大幅に高めることができ、サイドエッチ型の液晶ディスプレイ等に用いると、光の利用効率が非常に高くなるという大きなメリットが得られる。
【符号の説明】
【０１１５】
１１…窒化物系半導体発光素子、１３…支持基体、１３ａ…支持基体の主面、１３ｂ…支持基体の裏面、１５…半導体積層、１５ａ…半導体積層の上面、１５ｂ…メサ領域、１５ｃ…露出領域、１７…ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、１９…活性層、２１…ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、２３…突起、Ｍ…表面モフォロジ、ＶＣ…ｃ軸のベクトル、ＬＢ、ＬＦ、ＬＲ…光、Ｓｃ…ｃ面、２７、２９…電極、３１、３３…窒化ガリウム系半導体層、３５、３７…窒化ガリウム系半導体層  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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