(57)【要約】【課題】素子領域に供給される電流分布を均一にし、熱による影響を最小限に抑えて、高効率の発光素子を得るとともに、このような高性能の発光素子を容易かつ簡便に、再現性よく製造することを一つの目的とする。【解決手段】基板２１上に、第２導電型層１６、発光層１５及び第１導電型層１４をこの順に積層した窒化物半導体の積層体１７を形成し、第１導電型層１４上に第１透明電極１３を形成し、第１透明電極１３直上に誘電体多層膜からなる第１ブラッグ反射器１２を形成し、積層体１７の第１導電型層１４側を支持基板２０に接合し、積層体１７から基板２１を除去して第２導電型層１６を露出させ、露出した第２導電型層１６の表面を鏡面とし、第２導電型層１６上に、第２電極１９と、誘電体多層膜からなる第２ブラッグ反射器１８とを形成する窒化物半導体発光素子の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第２導電型層、発光層及び第１導電型層をこの順に積層した窒化物半導体の積層体を形成し、
前記第１導電型層上に誘電体多層膜からなる第１ブラッグ反射器を形成し、
該第１ブラッグ反射器上に前記第１導電型層と電気的に接続された第１電極を形成し、
前記第１ブラッグ反射器及び第１電極を介して、前記積層体を支持基板に接合し、
前記積層体から前記基板を除去して前記第２導電型層を露出させ、
該第２導電型層の露出した面に、第２電極と、誘電体多層膜からなり、第１ブラッグ反射器と対向するように配置された第２ブラッグ反射器とを形成することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１導電型層上に第１透明電極を形成し、該第１透明電極直上に第１ブラッグ反射器を形成し、
前記第１電極を、第１透明電極を介して前記第１導電型層と電気的に接続するように形成する請求項１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
さらに、前記第１透明電極と前記第１電極とを電気的に接続するように前記第１ブラッグ反射器の側面又は第１ブラッグ反射器を貫通するように接続電極を形成する請求項２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記積層体の側面を、絶縁膜及び金属膜によってこの順に被覆する請求項１から３のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記積層体を形成した後、前記積層体を前記第１導電型層側から除去し、凸部形状に加工する請求項１から４のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記接続電極を、前記凸部の側面を被覆するように形成する請求項５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記基板を除去した後、前記積層体を、前記第２導電型層側から除去し、前記凸部の幅より広くかつ接続電極の幅よりも狭く加工する請求項５又は６に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２導電型層上に第２透明電極を形成し、該第２透明電極直上に第２ブラッグ反射器を形成し、
前記第２電極を、前記第２透明電極と電気的に接続するように形成する請求項１から７のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
支持基板上に、
誘電体多層膜からなる第１ブラッグ反射器、
第１導電型層と発光層と第２導電型層とがこの順に積層された窒化物半導体の積層体及び誘電体多層膜からなり、前記第１ブラッグ反射器と対向するように配置された第２ブラッグ反射器がこの順に積層され、
前記第１導電型層と電気的に接続する第１電極を備えた窒化物半導体発光素子であって、
前記第１電極が、前記支持基板と第１ブラッグ反射器との間に設けられたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１電極は、前記第１ブラッグ反射器と前記第１導電型層との間に配置され、第１ブラッグ反射器から露出するように設けられた第１透明電極を介して電気的に接続されてなる請求項９に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１電極と第１導電型層が、前記第１ブラッグ反射器の側面に又は第１ブラッグ反射器を貫通して配置された接続電極を介して電気的に接続されてなる請求項９又は１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記接続電極は、前記支持基板の幅よりも狭い幅を有する請求項１１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記積層体は、その側面が、絶縁膜及び金属膜によりこの順に被覆されてなる請求項９から１２のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記第１導電型層側の積層体は、第２導電型層側の積層体よりも、幅が狭い請求項９から１３のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第２ブラッグ反射器は、前記第１ブラッグ反射器と対向する領域を被覆するように設けられる請求項９から１４のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第１導電型層に接触して開口部を有する絶縁層が配置され、かつ第２導電型層上に設けられた第２電極は開口部を有しており、
前記第１透明電極は、前記絶縁層の開口部を被覆するように設けられ、
前記第２ブラッグ反射器は、少なくとも前記第２電極の開口部に設けられ、
前記絶縁層の開口部に設けられた第１ブラッグ反射器の面積よりも第２ブラッグ反射器の面積が大きい請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記接続電極上には、前記絶縁層が配置されている請求項１６に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記窒化物半導体発光素子は、前記第２ブラッグ反射器側から光が取り出される請求項９から１７のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子の製造方法及び窒化物半導体発光素子に関し、より詳細には、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、光検出器（ＰＤ）又はこれらのデバイスの組み合わせとして使用し得る窒化物半導体発光素子の製造方法及び窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、窒化物半導体を用いて、垂直共振器型面発光レーザとして機能するレーザ素子の研究が進められている。
しかし、実際には、電流の供給による窒化物半導体の垂直共振器型面発光レーザが発振した報告は全世界において1例あるのみである（例えば、非特許文献１）。
このような垂直共振器型面発光レーザは、図１４に示したように、サファイア基板５０上に、ブラッグ反射器５１、ｎ型窒化物半導体層５２、発光層５３及びｐ型窒化物半導体層５４がこの順に積層されて構成されている。ブラッグ反射器５１は、ＡｌＮ／ＧａＮの多層膜から形成されている。
【０００３】
また、このような垂直共振器型面発光レーザは、窒化物半導体層の側面及びｐ型窒化物半導体層５４の上面に形成されたＳｉＮからなる絶縁膜５５と、ｐ型窒化物半導体層５４上に形成された透明電極５７と、この透明電極５７に接触するように、絶縁膜５５上に形成され、開口部を有するｐ電極５６とを備えている。ｐ電極５６の開口部である透明電極５７直上には、誘電体多層膜からなるブラッグ反射器５８が形成されている。
【０００４】
さらに、ｎ型窒化物半導体層５２の一部、発光層５３及びｐ型窒化物半導体層５４は、ｐ型窒化物半導体層５４側からエッチングされ、底面にｎ型窒化物半導体層５２が露出する凸部形状を有しており、この露出したｎ型窒化物半導体層５２上にｎ電極５９が形成されている。
【０００５】
また、サファイア基板上に窒化物半導体層及び第１の分布型ブラッグ反射器を形成し、第１の分布型ブラッグ反射器上に別の基板を接合し、サファイア基板を除去し、第１の分布型ブラッグ反射器と対向するように第２の分布型ブラッグ反射器を形成し、半導体層表面に電極を形成する方法によって、垂直共振器型面発光レーザを得る方法が提案されている（特許文献１から３）。
さらに、素子の周囲がエッチングされた面発光半導体レーザが提案されている（特許文献４）。
また、半導体層にメサを形成後、一部の層を選択的に酸化する窒化物半導体発光素子が提案されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２２８５６２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８５６３号公報
【特許文献３】特開２００３−２３４５４２号公報
【特許文献４】特開平５−１９０９７９号公報
【特許文献５】特開２００６−２１６８１６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Applied physics letters, vol. 92, p141102
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
窒化物半導体でブラッグ反射器を形成すると、電気伝導性及び高い反射率を有するブラッグ反射器を得ることは困難であるため、上述したような絶縁性の窒化物半導体又は誘電体材料からなるブラッグ反射器が通常用いられる。そのため、垂直共振器型面発光レーザは、対向するブラッグ反射器に挟まれた領域の発光層に効率よく電流を供給することが難しい。
また、従来の構造のように、絶縁性の窒化物半導体又は誘電体材料で反射器を形成し、ｐ型層及びｎ型層の上面（同一面）に２つの電気接触部を形成すると、電流が、直接レーザ発振に寄与する領域（以下、「素子領域」ということがある）に均一に電流注入することが困難になり、電流密度が局部的に高くなる。その結果、光と利得の横方向における分布を悪化させ、閾値電流が高くなる。加えて、投入電力が高くなるため、素子領域において発生した熱を逃がすことができず、発光効率を著しく低減させる。
【０００９】
一方、特許文献１から３のように、成長基板とは別の基板を用いて素子領域から離れた領域にｐ電極を形成するような構造とした場合には、窒化物半導体では、ｐ型層で電流が広がりにくいため、ｐ電極の周辺部において、電流が密集しやすく、電流密度が局部的に高くなる。その結果、素子領域に電流を注入することができず、発光及び発振が困難になるという問題がある。
【００１０】
また、閾値の低減のために、メサ構造や選択酸化層を形成する場合、電流の経路が狭くなるため発熱が顕著になる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、素子領域に供給される電流分布を均一にし、熱による影響を最小限に抑えて、高効率の発光素子を得るとともに、このような高性能の発光素子を容易かつ簡便に、再現性よく製造することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
基板上に、第２導電型層、発光層及び第１導電型層をこの順に積層した窒化物半導体の積層体を形成し、
前記第１導電型層上に誘電体多層膜からなる第１ブラッグ反射器を形成し、
該第１ブラッグ反射器上に前記第１導電型層と電気的に接続された第１電極を形成し、
該第１電極及び前記第１ブラッグ反射器を介して、前記積層体を支持基板に接合し、
前記積層体から前記基板を除去して前記第２導電型層を露出させ、
該第２導電型層の露出した面に、第２電極と、誘電体多層膜からなり、第１ブラッグ反射器と対向するように配置された第２ブラッグ反射器とを形成することを特徴とする。
【００１３】
このような窒化物半導体発光素子の製造方法では、
前記第１導電型層上に第１透明電極を形成し、該第１透明電極直上に第１ブラッグ反射器を形成し、
前記第１電極を、第１透明電極を介して前記第１導電型層と電気的に接続するように形成することが好ましい。
【００１４】
さらに、前記第１透明電極と前記第１電極とを電気的に接続するように前記第１ブラッグ反射器の側面又は第１ブラッグ反射器を貫通するように接続電極を形成することが好ましい。
【００１５】
前記積層体の側面を、絶縁膜及び金属膜によってこの順に被覆することが好ましい。
前記積層体を形成した後、前記積層体を前記第１導電型層側から除去し、凸部形状に加工することが好ましい。
前記接続電極を、前記凸部の側面を被覆するように形成することが好ましい。
前記基板を除去した後、前記積層体を、前記第２導電型層側から除去し、前記凸部の幅より広くかつ接続電極の幅よりも狭く加工することが好ましい。
前記第２導電型層上に第２透明電極を形成し、該第２透明電極直上に第２ブラッグ反射器を形成し、
前記第２電極を、前記第２透明電極と電気的に接続するように形成することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の窒化物半導体発光素子は、支持基板上に、
誘電体多層膜からなる第１ブラッグ反射器、
第１導電型層と発光層と第２導電型層とがこの順に積層された窒化物半導体の積層体及び誘電体多層膜からなり、前記第１ブラッグ反射器と対向するように配置された第２ブラッグ反射器がこの順に積層され、
前記第１導電型層と電気的に接続する第１電極を備えた窒化物半導体発光素子であって、
前記第１電極が、前記支持基板と第１ブラッグ反射器との間に設けられたことを特徴とする。
【００１７】
この窒化物半導体発光素子は、
前記第１電極は、前記第１ブラッグ反射器と前記第１導電型層との間に配置され、第１ブラッグ反射器から露出するように設けられた第１透明電極を介して電気的に接続されてなることが好ましい。
前記第１電極と第１導電型層が、前記第１ブラッグ反射器の側面に又は第１ブラッグ反射器を貫通して配置された接続電極を介して電気的に接続されてなることが好ましい。
前記接続電極は、前記支持基板の幅よりも狭い幅を有することが好ましい。
【００１８】
前記積層体は、その側面が、絶縁膜及び金属膜によりこの順に被覆されてなることが好ましい。
前記第１導電型層側の積層体は、第２導電型層側の積層体よりも、幅が狭いことが好ましい。
前記第２ブラッグ反射器は、前記第１ブラッグ反射器と対向する領域を被覆するように設けられることが好ましい。
【００１９】
前記第１導電型層に接触して絶縁層が配置され、かつ第２電極は開口部を有しており、
前記第１ブラッグ反射器は、前記絶縁層の開口部を被覆するように形成された第１透明電極上に設けられ、
前記第２ブラッグ反射器は、少なくとも前記第２電極の開口部に設けられ、
前記第１ブラッグ反射器の面積よりも第２ブラッグ反射器の面積が大きいことが好ましい。
前記接続電極は、前記絶縁層上に配置されていることが好ましい。
前記窒化物半導体発光素子は、前記第２ブラッグ反射器側から光が取り出されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、素子領域に供給される電流分布を均一にして、発熱を減らし、高効率の発光素子を容易かつ簡便に、再現性よく製造することができる。
また、本発明の窒化物半導体発光素子は、素子領域に供給される電流分布を均一にして、横方向の光と利得の分布の調整を図ることができるとともに、素子により発生する熱を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図２】図１の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための概略縦断面工程図である。
【図３】図１の窒化物半導体発光素子における電流−光出力及び電流−電圧特性を示すグラフである。
【図４】図１の窒化物半導体発光素子における波長−強度特性を示すグラフである。
【図５Ａ】図１の窒化物半導体発光素子における偏波特性を示すグラフである。
【図５Ｂ】図１の窒化物半導体発光素子における偏波分解した電流−光出力特性を示すグラフである。
【図６】本発明の別の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図７】本発明の別の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図８】本発明の別の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図９】本発明の別の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図１０】本発明の別の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図１１】図１０の窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための概略縦断面工程図である。
【図１２】本発明の別の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図１３】本発明の別の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための要部の概略断面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）である。
【図１４】従来の窒化物半導体発光素子の構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法では、まず、窒化物半導体の積層体を成長させるための基板を準備する。
この基板は、最終的に窒化物半導体発光素子を構成しない基板であり、窒化物半導体による層を高品質に成長させることができる基板であればどのような基板であってもよい。例えば、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面及びＲ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板；炭化珪素、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド；窒化物半導体と格子整合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板；Ｃ面、Ｍ面、Ａ面、Ｒ面、（１１−２２）面及び（２０−２１）面のいずれかを主面とする窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）等が挙げられる。また、この基板は、例えば、第１主面及び／又は第２主面に、０°〜１０°程度のオフ角を有していてもよい。
【００２３】
次いで、この基板上に、窒化物半導体の積層体を成長させる。
なお、用いる基板によって、任意に、結晶核形成層、低温成長バッファ層、高温成長層、マスク層、中間層等が下地層として形成されていてもよい。
従って、本明細書においては、「上」という用語は、直上のみならず、上方という意味内容を包含する。
【００２４】
窒化物半導体は、例えば、一般式がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示されるものが好ましい。これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。特に、発光層は、Ｉｎ含有量を高くすることで長波長域の発光が可能となり、Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となり、３００ｎｍ〜６５０ｎｍ程度の波長域での発光が可能である。
【００２５】
第１導電型層及び第２導電型層は、いずれか一方がｎ型、他方がp型であることを意味する。ｎ型層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等を１種類以上含有していてもよい。また、ｐ型層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。
不純物は、例えば、５×１０１６／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。ただし、第１及び第２導電型半導体層を構成する半導体層の全てが必ずしも不純物を含有していなくてもよい。
【００２６】
例えば、第１導電型層（以下、「ｐ型層」と記すことがある）、発光層、第２導電型層（以下、「ｎ型層」と記すことがある）は、単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互いに異なる２層を含む超格子構造であってもよい。これらの層は、組成傾斜層、濃度傾斜層を備えたものであってもよい。
発光層は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造等の量子井戸構造であることが好ましい。これにより発光効率を向上させることができる。
【００２７】
具体的には、第２導電型層は、成長用の基板側から順に、コンタクト層及びクラッド層等の１層以上を少なくとも含む積層構造とすることができる。第１導電型層は、発光層側から順に、クラッド層及びコンタクト層の１層以上を少なくとも含む積層構造とすることができる。
これらの膜厚は特に限定されることなく、面発光を効果的に実現することができるように、適宜調整することが好ましい。例えば、第２導電型層は、０．２〜１２μｍ程度、発光層は、１５〜３００ｎｍ程度、第１導電型層は、１０〜１２０ｎｍ程度が挙げられる。
【００２８】
また、第１導電型層上に第２導電型層を積層し、トンネル接合を形成してもよい。その場合、透明電極を用いずに第１導電型層側で電流を広げることができ、透明電極による吸収がなくなるため、効率よく発光及び／又は発振する窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００２９】
なお、後述するように、共振器長の決定を積層体のエッチングにより行う場合、好適に膜厚制御をするために、第２導電型層中にエッチングストップ層を挿入してもよい。エッチングストップ層の材料は特に限定されるものでなく、例えば、第２導電型層よりも、エッチング等で使用するエッチャントによってエッチングされにくいものであればよい。具体的には、Ａｌ組成比が０．１から０．３程度のＡｌＧａＮによる層等が挙げられる。エッチングストップ層の膜厚は特に限定されず、例えば、１０〜５０ｎｍ程度が例示される。
【００３０】
また、図１２に示すように、素子領域の膜厚を他の領域に比べて薄くしてもよい。他の領域である電極形成部は厚いまま残すことで、半導体層に高濃度に不純物を添加することができ、抵抗の低減や電流注入の不均一を改善することができ、高効率の発光素子を得ることができる。
【００３１】
窒化物半導体の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは、減圧〜大気圧の条件で、結晶性良く成長させることができるので好ましい。
【００３２】
窒化物半導体の積層体を形成した後、後述する第１透明電極を形成する前に、図８及び１０等のように積層体を凸部形状とすることが好ましい。これにより、素子領域において光の横方向閉じ込めの効果を高め、より高効率で発光及び／又は発振する窒化物半導体発光素子を実現することができる。本明細書において、素子領域とは、図1中のＭに示すように、電流が注入されている半導体層のうち、対向するブラッグ反射器に挟まれた領域を意味する。
【００３３】
ここでの凸部形状は、第１導電型層側から、第1導電型層の途中までエッチングすることが好ましく、発光層の膜厚方向の全部、さらには、第２導電型層の途中まで、素子領域の外側をエッチングしてもよい。導波路内への光閉じ込め及び電流狭窄の観点からは、発光層が除去され、第２導電型層に達するまでエッチングすることが好ましい。また、高次の横モード発生の抑制の観点からは、第1導電型層の途中までエッチングすることが好ましい。
また、素子領域の外側をすべてエッチングする必要はなく、図１０のように、所定の深さの溝や円孔が１以上形成されたものであってもよい。
【００３４】
エッチング方法は特に限定されず、例えば、窒化物半導体層表面に、所定の大きさを有するマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとしてエッチングする方法が挙げられる。マスクパターンは、レジスト、ＳｉＯ２等の絶縁体等を、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法により、適当な形状にパターニングすることにより形成することができる。マスクパターンの形状は特に限定されず、所望の特性を得るために、円、楕円、矩形等を選択できる。光閉じ込めの点からは、円形が好ましく、また偏光特性を安定させたい場合は楕円形が好ましい。
【００３５】
エッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングのいずれであってもよい。
ウェットエッチングは、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液、リン酸、硫酸、王水等の酸性溶液等に、窒化物半導体層を所定時間浸漬するなどして、エッチャントに晒すことにより行うことができる。
【００３６】
ドライエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング、イオンビームエッチング等を利用して行うことができる。いずれにおいてもエッチングガス（例えば、ＣＦ４のようなフッ素系、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＳｉＣｌ４のような塩素系、ＨＩのようなヨウ素系ガスの単独又は混合ガス）を適宜選択すればよい。
なかでも、ドライエッチングを用いることが好ましい。ドライエッチングする際、エッチングガスの種類を含むエッチング条件（ガス流量、ＲＦパワー、圧力、温度、エッチング時間等）は、適宜調整して決定することができる。
【００３７】
このように積層体を凸部形状とした場合には、結果的に、窒化物半導体の積層体の幅が異なる。つまり、最終的な素子状態で、後述する第１透明電極（支持基板側）側の積層体の幅が、第２電極側の積層体の幅よりも小さくなるようにすることができる。
これにより、光の横方向への閉じ込めをより確実に行うことができる。また、電流を狭窄することが可能となるため、高効率で発光及び／又は発振する窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００３８】
また、積層体の側面及び／又は上面の一部、積層体を凸部形状とした場合には、凸部の側面の全面、さらに好ましくは凸部の側面及びその上面の一部を、絶縁膜等で被覆することが好ましい（図７中の２９、図８中の２８、図１０中の２２参照）。
積層体又は凸部の側面への絶縁膜の形成は、当該分野で公知の方法を利用して行うことができる。
ここでの絶縁膜は、積層体よりも屈折率の小さな材料であることが好ましい。また、横方向の光閉じ込めの観点からは、後述する第１透明電極よりも屈折率が小さいことが好ましい。高次横モードの発生を抑制させる観点からは、第１透明電極よりも大きくすることが好ましい。さらに、放熱性の観点から、熱伝導率の高い材料であることが好ましい。このような材料としては、例えば、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮ等の窒化物等が例示される。絶縁膜の膜厚は、例えば、２０〜１０００ｎｍ程度が挙げられる。また、凸部の上面と側面の絶縁膜は別の材料で形成してもよく、異なる屈折率の材料を適宜選択することで横方向の光閉じ込めを適宜行うことができる。
【００３９】
絶縁膜の上及び外周には、さらに、金属膜、特に熱伝導率の高い金属膜を形成することが好ましい。これにより、凸部形状により電流経路が狭くなることにより発生した熱を、より効率的に逃がすことができ、より効率よく発光及び／又は発振する窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００４０】
ここでの金属膜は、絶縁膜の外周に配置させるように形成されていればよく、例えば、後述する、第１透明電極への電流の供給を確保するための第１電極又は接続電極と連結／兼用するように配置されていてもよい。この場合には、金属膜は、凸部の側面全面から、後述する第１透明電極及び第１ブラッグ反射器の側面をも被覆する形態として形成することとなる。いずれにしても、金属膜の材料は、放熱性の観点から、熱伝導率の高いものが好ましく、後述する第１電極又は接続電極で用いられる材料と同様のものを適宜選択することができる。
上述したように、素子領域はレーザ発振に寄与する領域であり、電流が注入されるため、レーザ素子内において、最も発熱の大きい領域である。その素子領域の側面を取り囲むように絶縁膜及び金属膜を設けることで、上述した効果をより顕著なものとすることができる。
【００４１】
第１導電型層の上に、第１透明電極を形成することで、電流を横方向に広げ、効率的よく素子領域に電流を供給することができる。この電極の材料は、透明、例えば、透明電極に入射する光の５０％以上を透過すること、６０％以上、７０％以上、さらに８０％以上の光を透過するものであれば、特に限定されない。また、第１透明電極による光吸収は、透明電極に入射する光の３％以下、さらに１％以下であることが好ましい。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む層の単層膜又は積層膜により形成することができる。また、導電性酸化物で形成することが好ましく、具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＩＴＯ、ＭｇＯ等が挙げられる。なかでも、ＩＴＯが好ましい。膜厚は特に限定されないが、第１透明電極による光の吸収による光学損失の影響を最小限にとどめるために、薄膜であるほうが好ましい一方、薄くしすぎると抵抗が上昇するため、両者のバランスを考慮して、適宜調整することができる。例えば、５〜１００ｎｍ程度が例示される。
【００４２】
第１透明電極は、発光素子を構成する第１導電型層上の全面に接触するように形成されていてもよいが、部分的に接触するように形成されていることが好ましい。また、全面又は一部の上において配置されているが、その一部上においては、図１等の２２に示されるように、絶縁層等を介して配置されていてもよい。さらに、上述したように、積層体を凸部形状とした場合には、凸部形状の上面の全面又は略全面に直接接触するように、第１透明電極を配置することが好ましい。また、後述する接続電極又は第１電極と接触させるために、第１ブラッグ反射器から露出するように形成することが好ましい。
【００４３】
このような配置としては、例えば、第１導電型層上の中央部分が第１透明電極に直接接触し、この中央部分を取り囲む領域では、絶縁層を介して第１透明電極が配置している形態等が例示される。言い換えると、第１導電型層に接触して、開口部を有する絶縁層が形成されており、少なくともその開口部内に第１透明電極が形成されていることが好ましい。
【００４４】
このように第１透明電極を形成することにより、素子領域の外周部に偏る傾向のある電流の供給を中心部に集めることができるとともに、その範囲内で均一に電流を供給することができる。その結果、素子領域の中心部での利得を増加させ、横方向の光と利得の分布の整合とを向上させることができ、効率的に発光及び／又は発振を行わせることができる。
後述する接続電極又は第１電極は、絶縁層上の第１透明電極と接触するように設けることが好ましい。第１透明電極が第１導電型層と接触している領域に後述する接続電極又は第１電極を配置すると、接続電極や第１電極の直下にのみに電流が流れ、素子の中心部に電流が広がりにくくなることを防ぐことができる。
【００４５】
ここでの絶縁層は、所望の領域に電流を注入するために設けられる。また、窒化物半導体及び／又は第１透明電極よりも屈折率が小さい材料であることが適している。このような屈折率を有することにより、横方向の光の閉じ込めを確実に行うことができる。また、高次横モードの発生を抑制させる観点からは、第１透明電極よりも大きくすることが好ましい。例えば、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮ等の窒化物等が例示される。ただし、この絶縁層は省略可能である。
また、所望の領域に電流を注入する方法として、絶縁層を設ける方法以外にイオン注入、選択酸化（熱酸化、陽極酸化など）、第１導電型層と第1透明電極をショットキーコンタクトとする等の当該分野で公知の方法を用いることができる。
【００４６】
続いて、上述した窒化物半導体の積層体上に、第１ブラッグ反射器を形成する。
第１ブラッグ反射器は、積層体直上に形成してもよいし（図１３Ａ参照）、例えば、第１透明電極上に、好ましくは、絶縁層を被覆するように形成する（図１等参照）。
【００４７】
第１ブラッグ反射器は、誘電体多層膜から形成される。ここで用いられる誘電体としては、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＢＮ等）又はフッ化物等が挙げられる。具体的には、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等が例示される。これらの誘電体のうち、屈折率が異なる２種以上の材料層を交互に積層することにより誘電体多層膜を得ることができる。例えば、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２／ＺｒＯ２、ＳｉＯ２／ＡｌＮ等の多層膜が好ましい。
【００４８】
所望の反射率を得るために、材料、膜厚、多層膜のペア数等を適宜調整することができる。各層の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、所望の発振波長（λ）、用いる材料のλでの屈折率（ｎ）によって決まる。具体的には、λ／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましく、反射率と放熱性を考慮して適宜調整することが好ましい。例えば、発振波長が４１０ｎｍの素子において、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５で形成される場合、４０〜７０ｎｍ程度が例示される。繰り返しの積層は、２回以上、好ましくは５〜１５回程度が例示される。誘電体多層膜の膜厚は、例えば、０．６〜１.７μｍ程度が例示される。
【００４９】
また、第１ブラッグ反射器の最上層は、第１ブラッグ反射器を構成する多層膜のうち、屈折率の低い材料を用いることが好ましい。これにより、第１ブラッグ反射器上に形成された第１電極との界面における反射率を高めることができる。
透明電極を用いる場合は、縦方向の定在波を考慮して、活性層は定在波の腹の位置に、透明電極が定在波の節の位置になるように第１導電型層及び第１ブラッグ反射器の１層目の厚さを調節することが好ましい。
【００５０】
第１ブラッグ反射器は、素子領域を覆う限り、大きさ及び形状は特に限定されない。具体的には、所定の大きさを有する円、楕円、矩形等で形成することができる。円形の場合、直径５〜７０μｍ程度であることが好ましい。また、第１ブラッグ反射器の大きさを支持基板や積層体よりも小さくすることで、第１ブラッグ反射器の側面に接続電極や金属膜を形成することができ、好適に放熱できるため好ましい。
【００５１】
誘電体多層膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と、全体又は部分的な前処理、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）又はプラズマの照射、酸素もしくはオゾンガス又はプラズマの照射、酸化処理（熱処理）、露光処理のいずれか１種以上とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。なお、組み合わせの方法では、必ずしも同時又は連続的に成膜及び／又は処理しなくてもよく、成膜した後に処理等を行ってもよいし、その逆でもよい。
【００５２】
第１ブラッグ反射器を形成する前又は後に、第１透明電極に電流を供給するために接続電極が形成されることが好ましい。接続電極は、第１透明電極と、後述する第１電極とを電気的に接続するために設けられるものである。接続電極は、第１ブラッグ反射器の側面に配置され、かつ第１透明電極に接触するように、又は第１ブラッグ反射器を貫通して第１透明電極に接触するように、形成することが好ましい。ただし、第１透明電極に電流を供給し得る形態であれば、これら以外の形態で接続電極を形成してもよい。また、接続電極は、第１電極の構造によっては省略することができる。
【００５３】
例えば、図１等における接続電極２３の配置の場合には、接続電極２３と第１透明電極との接触面積は、用いる材料、窒化物半導体発光素子の大きさ等によって適宜調整することができる。
また、接続電極の膜厚は特には限定されないが、接続電極の上面が、第１ブラッグ反射器の上面と同程度の高さになるように形成することが好ましい。これによって、積層体と支持基板とを強固に接合することができ、この後の工程中などに積層体の剥がれが起こるのを防ぐことができ好ましい。
【００５４】
第１ブラッグ反射器の側面に接続電極を形成する場合には、上述したように、放熱性を向上させるための金属膜と兼用することができる。
【００５５】
また、図９に示すように、接続電極４３を第１ブラッグ反射器を貫通して形成する場合、その貫通位置は、特に限定されるものではなく、素子領域に均一に電流を供給することができる位置に調整することが好ましい。さらに、第１電極及び第１透明電極との適切な接触面積を確保できるように調整することが好ましい。例えば、上述した第１導電型層と第１透明電極とが直接接触した部位の近傍に、１又は複数の接触点を確保して配置する形態、これらが直接接触した部位を取り囲むように、１又は複数に分割された環状形状で配置する形態等が例示される。
【００５６】
接続電極は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、これらの酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。なかでも、抵抗が低いものが好ましい。また、放熱性の観点から、熱伝導率の高い材料が好ましい。具体的には、Ｔｉ−Ｒｈ−Ａｕ系、Ｎｉ−Ａｕ系、Ｎｉ−Ａｕ−Ｐｔ系、Ｐｄ−Ｐｔ系、Ｎｉ−Ｐｔ系、Ｃｒ−Ｐｔ−Ａｕ系の電極材料等が挙げられる。
【００５７】
その後、第１ブラッグ反射器の上に第１電極を形成する。上述したように、第１ブラッグ反射器の最上層を、第１ブラッグ反射器を構成する多層膜のうち、屈折率の低い材料を用いることによって、第１電極との界面における反射率を高めることができる。また、反射率の高い金属材料を選択することで接着層との界面における反射率をさらに高めることができる。
第１電極は、第１ブラッグ反射器上のみならず、窒化物半導体層の積層体上（絶縁層が形成されている場合にはその上）全面に形成することが好ましい。第１電極を全面にわたって形成することにより、後述する支持基板上に、第１電極をより強固に接合させることができる。よって、この後の工程での窒化物半導体層の割れや剥がれを防ぐことができる。さらに、その後の工程をウェハの状態で行うことができるため、量産性よく製造することができる。
第１電極は全面にわたって全て同じ材料で形成されている必要はなく、第１ブラッグ反射器（又は素子領域）上のみに別の材料を形成した後、全面に同じ材料を形成したものであっても良い。
【００５８】
第１電極は、通常、上述した接続電極、メタライズ層又はメタライズ電極として利用されるものが挙げられる。具体的には、第１ブラッグ反射器側から順に、（Ｔｉ／Ｓｉ）−Ｐｔ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｒｈ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）等が挙げられる。
【００５９】
続いて、第１電極及び第１ブラッグ反射器を介して、積層体を支持基板に接合する。このように、第１ブラッグ反射器と支持基板との間に第１電極を形成することにより、素子の放熱性を向上させることができる。つまり、第１ブラッグ反射器と積層体又は成長用の基板とが接触する場合と比較して、発光層で発生した熱を、第１電極及び接続電極で迅速に面内に広げ、効率的に支持基板側に放熱することができる。
【００６０】
支持基板としては、ＡｌＮ等の絶縁体、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ等の半導体からなる半導体基板、金属単体基板又は２種以上の金属の複合体からなる金属基板等が挙げられる。なかでも、導電性を有するものが好ましい。さらには、機械的特性、弾性変形、塑性変形性、割れにくいこと、放熱性等の観点から、金属基板が好ましい。また、熱伝導率が高いものが好ましい。Ｓｉ基板は、安価で加工しやすいため好ましい。支持基板の膜厚は、例えば、５０〜５００μｍ程度が適している。
【００６１】
支持基板の積層体との間、特に、支持基板表面には、低抵抗で積層体と接合させるために、接合層が形成されていることが好ましい。この接合層は、第１ブラッグ反射器上に形成する第１電極と同様の材料により形成することができる。
【００６２】
接合は、接合面を合わせた後、所定の温度及び圧力下で保持することによって接合する方法など、当該分野で通常使用される方法等を利用することができる。また、支持基板の形成方法は特に限定されず、当該分野で通常使用される方法を利用することができる。具体的には、熱圧着法、ダイレクトボンディング法、電解めっき法等が挙げられる。            
【００６３】
続いて、積層体から、積層体成長用の基板を除去して第２導電型層を露出させる。この工程以降は、第２導電型層側を上方として加工を行う。
ここでの基板の除去は、特に限定されず、当該分野で公知の方法により行うことができる。例えば、レーザリフトオフ法、研磨、エッチング等を利用することができる。
露出した第２導電型層の表面は、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）法、適当な研磨剤を用いたＣＭＰ法、適当なエッチャントを用いたエッチング方法等を利用して加工することが好ましい。露出した第２導電型層の表面を加工する方法は、特に限定されず、当該分野で公知の方法により行うことができる。
【００６４】
鏡面とするための研磨／エッチングは、特に、上述したように、第２導電型層中にエッチングストップ層を導入し、そこでエッチングを止めることにより、平滑な表面と、キャビティ長の厳密な制御との双方を実現することができる。この場合、エッチングは全面で行ってもよいし、素子領域を含む一部の領域だけ行ってもよい。
【００６５】
また、ここでの鏡面とするための研磨／エッチングによる積層体の残りの全膜厚が、窒化物半導体発光素子の共振器長となる。共振器長のずれは、レーザ特性に大きく影響を与えるため、残りの全膜厚の厳密な制御が非常に重要となる。共振器長を短くすることは、光学損失を減らし、縦モードの安定性を向上させるが、電流注入の観点からは抵抗及び発熱が増大するため、これらを考慮して積層体の残り厚さを適宜調節することが好ましい。
通常、積層体の残りの全膜厚が０．３〜６．０μｍ程度となるように鏡面とすることが適している。
このように、鏡面仕上げとすることにより、第２導電型層表面での光の散乱を最小限に抑えることができる。
【００６６】
なお、後述する第２電極及び／又は第２ブラッグ反射器を形成する前に又はこれ以外の適当な段階、例えば、積層体から基板を除去した後、第２導電型層の表面を鏡面とした後などに、ウェハ状態で形成された積層体を素子状態に分離することが好ましい。
【００６７】
この素子分離は、上述したように、素子分離する領域が積層体において既に凸部を形成している場合には、その凸部上面までの深さで行うことが適している。また、凸部を形成していない場合には、少なくとも、積層体の膜厚方向の全深さで行うことが適している。
この素子分離に代えて、積層体を、第２導電型層側から、凸部形状に加工してもよい。この場合の凸部加工は、素子分離と同様の深さで行うことができる。ここでの凸部加工により、上述した凸部形状による効果を増大させ、つまり光の横方向閉じ込めにより寄与させることができる。
また、上述した積層体及び凸部の側面（第１導電型層及び発光層の側面）への絶縁膜及び金属膜の形成と同様に、この段階で、素子分離した積層体の側面に絶縁膜及び金属膜をこの順に形成してもよい。これにより、より放熱性を向上させることができ、安定した発振を実現することができる。
【００６８】
続いて、第２導電型層上に、第２電極と、第２ブラッグ反射器とを、任意の順序で形成する。
第２電極は、第２導電型層に電流を供給し得る形態であれば、どのような位置及び接触面積で形成してもよい。例えば、上述した第１導電型層と第１透明電極とが直接接触した部位と対向する領域の外側の第２導電型層表面に、１又は複数に分割された形状で配置することが挙げられる。特に、第１導電型層と第１透明電極とが直接接触した部位を取り囲むように、環状形状で配置する形態等が好ましい。第２電極は、第２ブラッグ反射器の外周に重なるように、第２ブラッグ反射器上及び／又は第２導電型層と第２ブラッグ反射器との間に形成してもよい。また、図１３Ａ及びＢに示すように、接続電極２３と第１導電型層１４とが接触した領域に対して、縦断面視で、第２導電型層の表面に、対角線上に位置するように、第２電極１９を配置してもよい。対角に配置する場合は、電流を横方向に広げることができるため、素子領域に供給できる電流が増加し、高効率な発光素子を得ることができる。
第２電極と第２導電型層との接触面積は、用いる材料、窒化物半導体発光素子の大きさ等によって適宜調整することができる。
【００６９】
第２電極は、接続電極と同様に配置することができる。また、第２電極は、素子領域の外周に重なるように、第２ブラッグ反射器上または第２導電型層と第２ブラッグ反射器との間、又は第２ブラッグ反射器の多層膜の間に挟まれるように形成してもよい。これにより、横モードの高次モードの閾値が基本モードに比べて高くなり、高次モードの発振を抑えることで、基本モードの出力を高めることができる。
第２電極は、第１電極の材料と同様の材料により形成することができる。なかでも、抵抗が低いものが好ましい。具体的には、Ｎｉ−Ａｕ系、Ｎｉ−Ａｕ−Ｐｔ系、Ｐｄ−Ｐｔ系、Ｎｉ−Ｐｔ系、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ系、Ｔｉ−Ａｌ−Ａｕ系の電極材料等が挙げられる。
【００７０】
第２ブラッグ反射器は、第１ブラッグ反射器と同様の材料、形状、大きさで、同様に形成することができる。ただし、第１及び第２ブラッグ反射器は、必ずしも同一の材料、同一の構成でなくてもよい。所望の反射率を得るために、材料、膜厚、多層膜のペア数等を適宜調整することができる。第２ブラッグ反射器は、第１ブラッグ反射器と対向する領域に設けられ、発光層に電流が供給されている領域を覆うことができていればよい。
【００７１】
また、第２ブラッグ反射器は、第１ブラッグ反射器よりも面積を大きく、第１ブラッグ反射器と対向する領域を被覆するように設けられることが好ましい。第２ブラッグ反射器をこのように形成することで、第１及び第２ブラッグ反射器を対向して配置させることができ、効率のよい窒化物半導体発光素子を簡便に、再現性よく製造することができる。
【００７２】
なお、第２ブラッグ反射器を形成する前に、第２導電型層と第２ブラッグ反射器との間に、第２透明電極を形成してもよい。第２透明電極は、第２電極と電気的に接続するように設けられ、第２導電型層上の素子領域部に開口部を有する絶縁層を形成し、その上から第２透明電極を形成することができる。これにより、電流分布を改善させることができる。第２透明電極は、第１透明電極と同様の材料で、同様に形成することができる。ただし、第１及び第２透明電極は、必ずしも同一の材料、同一の構成及び形状でなくてもよい。
【００７３】
上述したように、積層体の側面に絶縁膜及び金属膜が被覆されている場合には、第２電極及び第２透明電極は、積層体側面の金属膜から絶縁されるように配置することが好ましい。第２導電型層への適切な電流の供給を図るとともに、短絡等を防止するためである。
【００７４】
本発明の窒化物半導体発光素子は、上述したような製造方法を利用して又は他の製造方法を利用して製造することができる。
このような窒化物半導体発光素子の一実施態様としては、支持基板上に、誘電体多層膜からなる第１ブラッグ反射器、第１導電型層と発光層と第２導電型層とがこの順に積層された窒化物半導体の積層体及び誘電体多層膜からなり、第１ブラッグ反射器と対向するように配置された第２ブラッグ反射器がこの順に積層され、第１導電型層及び支持基板と電気的に接続する第１電極を備えた窒化物半導体発光素子であって、第１電極が、前記支持基板と第１ブラッグ反射器との間に設けられる。
このような構成とすることにより、第１ブラッグ反射器の反射率を高めることができる。そのため、誘電体多層膜の層数を減らすことができ、放熱性を向上させることができる。
【００７５】
このように、第１電極と第２電極とを半導体層を介して対向して配置することができるため、電流分布の不均一を改善することができる。これにより、素子の発熱を抑制することができる。また、第１透明電極を利用することと相まって、横方向の光と利得の分布との調整を図ることができる。その結果、効率的に発光及び／又は発振させることが可能となる。
【００７６】
さらに、第１ブラッグ反射器と第２ブラッグ反射器とを、非常に高い反射率を得ることができる誘電体多層膜により形成され、かつ、両反射器の間に、高品質の窒化物半導体層を配置されるために、効率的に発光及び／又は発振させることが可能となる。
加えて、熱伝導率の高い基板を用いることにより、素子内部で発生する熱をより効率的に放出することができる。
特に、凸部の側面が絶縁膜及び金属膜により被覆される場合には、より放熱性を向上させることができ、高品質の窒化物半導体発光素子を得ることができる。
なお、本発明の半導体レーザ素子では、半導体層側の第２ブラッグ反射器側から光が取り出されることが好ましい。
【００７７】
本発明の半導体レーザ素子は、ブラッグ反射器を任意の大きさに設けることができるため、以下のような種々の素子設計が可能になる。
第２ブラッグ反射器は、第１ブラッグ反射器と対向する領域を被覆するように設けられることが好ましい。つまり、光出射側の第２ブラッグ反射器の面積よりも光反射側である第１ブラッグ反射器の面積を小さくすることが好ましい。言い換えると、横断面視で、第２ブラッグ反射器よりも第１ブラッグ反射器の方の幅が狭い。これにより、発光層付近で発生した熱が、第１電極までより短い経路で到達することができ、支持基板側へ効果的に放熱することができる。
【００７８】
本発明の半導体レーザ素子では、第１導電型層側に絶縁層を設け、電流狭窄を行い、かつ、第１ブラッグ反射器の面積よりも光出射側の第２ブラッグ反射器の面積を大きくすることができる。
【００７９】
以下に、本発明の窒化物半導体発光素子及びその製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
この実施形態の窒化物半導体発光素子１００は、図１に示すように、支持基板２０としてシリコン基板上に、接合層２４、第１電極１１、誘電体多層膜からなる第１ブラッグ反射器１２、ＩＴＯからなる第１透明電極１３、窒化物半導体の積層体１７及び誘電体多層膜からなる第２ブラッグ反射器１８がこの順に積層されて構成されている。
また、第１ブラッグ反射器１２の側面には、第１電極１１と第１透明電極との双方と電気的に接続された接続電極２３が形成されている。
【００８０】
さらに、第２ブラッグ反射器１８の外周には、積層体１７の上面と電気的に接続された第２電極１９が形成されている。
第１透明電極１３と積層体１７との間であって、素子の外周にＳｉＯ２からなる絶縁層２２が配置され、素子領域を規定している。
支持基板２０の裏面側全面に、裏面電極２５が形成されている。
【００８１】
この窒化物半導体発光素子１００では、裏面電極２５は、支持基板２０側から順に、ＴｉＳｉ２／Ｐｔ／Ａｕ（膜厚：３ｎｍ／２５０ｎｍ／５００ｎｍ）で形成される。接合層２４は、支持基板２０側から順に、ＴｉＳｉ２／Ｐｔ／Ｐｄ（膜厚：３ｎｍ／２５０ｎｍ／３５０ｎｍ）からなる。第１電極１１は、積層体側から順に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ（膜厚：１００ｎｍ／３００ｎｍ／３００ｎｍ／３０００ｎｍ／１００ｎｍ）からなる。第２電極は、積層体側から順に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ（膜厚：１７ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ／６ｎｍ）で形成される。
【００８２】
窒化物半導体の積層体１７は、支持基板２０側から順に、第１導電型層（以下、「ｐ型層」と記することがある）１４、発光層１５、第２導電型層（以下、「ｎ型層」と記することがある）１６が、それぞれ７０ｎｍ、６０ｎｍ、１０００ｎｍの膜厚で、この順に積層されて構成されている。よって、共振器長（図１中、Ｃ）は１１３０ｎｍである。
【００８３】
第１ブラッグ反射器１２は、積層体１７側からＮｂ２Ｏ５（膜厚：４０ｎｍ）とＳｉＯ２（膜厚：７０ｎｍ）とが積層された膜であり、その積層数は、１２ペアであり、１層目のＮｂ２Ｏ５の厚さをλ／４ｎよりも薄くして、定在波の位相を調節している。
【００８４】
第２ブラッグ反射器１８は、支持基板２０側から、ＳｉＯ２（膜厚：７０ｎｍ）とＮｂ２Ｏ５（膜厚：４０ｎｍ）とが積層された膜であり、その積層数は、７ペアである。
この窒化物半導体発光素子１００では、素子領域の直径（図１中、Ｍ）は８μｍである。
【００８５】
このような構成の窒化物半導体発光素子は、以下の方法により製造することができる。
まず、図２Ａに示すように、半導体成長用の基板２１として、サファイア基板を準備した。
サファイア基板上に、下地層として、ＡｌＧａＮのバッファ層を１０ｎｍ、アンドープのＧａＮのバッファ層を１．５μｍ積層した。
その上に、第２導電型層１６として、ＳｉをドープしたＧａＮを膜厚２μｍで成長させた。
【００８６】
次に、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１３ｎｍの膜厚で成長させ、アンドープＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎよりなる井戸層を１０ｎｍの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後にアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる膜厚の１３ｎｍ障壁層で終わり、総膜厚５９ｎｍの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光層１５を成長させた。
第１導電型層１４として、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ０．３３Ｇａ０．６７Ｎ層を７．５ｎｍの膜厚で成長させ、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層を６３ｎｍの膜厚で成長させた。
なお、発光層１５及び第１導電型層１４の各膜厚は、それぞれ、定在波の腹に発光層１５が配置されるように、定在波の節に後述する第１透明電極が配置されるように調整した。
【００８７】
続いて、第１導電型層１４の上に、ＳｉＯ２からなる絶縁層２２を、膜厚５０ｎｍ程度で形成し、中央部分に直径８μｍの円形の開口を有する形状にパターニングした（図２Ａ参照）。
【００８８】
次に、パターニングした絶縁層２２の上に、膜厚５０ｎｍ程度のＩＴＯからなる第１透明電極１３を形成した（図２Ａ参照）。これにより、絶縁層２２の開口部分で、第１導電型層１４と第１透明電極１３とが直接接触することとなり、素子領域を形成することができる。
次いで、オーミック接触を得るために、熱処理を行った。
その後、第１導電型層１４と第１透明電極１３とが直接接触している領域（素子領域）をフォトリソグラフィによりレジストで覆い、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕからなる接続電極２３を成膜し、リフトオフ工程により、第１導電型層１４と接触していない領域の第１透明電極１３上に、接続電極２３を形成した（図２Ｂ参照）。
この接続電極２３は、後述する第１ブラッグ反射器１２の厚みに応じて、例えば、１．３μｍの膜厚で形成した。
【００８９】
次に、図２Ｃに示すように、第１透明電極１３が第１導電型層１４と接触する領域（素子領域）及び絶縁層上に、直径１８μｍの円形で第１ブラッグ反射器１２を形成した。ここで、第１透明電極１３での光の吸収による損失を最小限に抑えるため、また、光と利得との結合を良好にするために、第１透明電極１３が定在波の節に、発光層１５が定在波の腹の位置になるように、１層目の誘電体層（Ｎｂ２Ｏ５）を２０ｎｍで形成した。
【００９０】
図２Ｄに示すように、得られた第１ブラッグ反射器１２及び接続電極２３の上に、第１電極１１を形成した。
【００９１】
一方、図２Ｅに示すように、上記とは別に、接合層２４を表面に形成した支持基板２０として、シリコン基板を準備した。
図２Ｆに示すように、このシリコン基板の接合層２４を、上記で得られた成長用の基板２１の第１電極１１側に貼り合わせた。
その後、レーザアシスト・エピタキシャル・リフトオフによって、成長用の基板２１を除去し、第２導電型層１６の表面を露出させた。
図２Ｇに示すように、露出した第２導電型層１６の表面を、光の散乱を最小限にするために、ＣＭＰ法により研磨した。この研磨により、積層体１７の全膜厚を１．１μｍ程度に調整した。
【００９２】
次に、図２Ｈに示すように、第２導電型層１６の上に、所望の形状に、第２電極１９を形成した。ここでは、素子領域に対応する領域以外の領域に、第２電極１９を形成した。つまり、素子領域を中心として、直径２８μｍの円形の開口部を有する形状で第２電極を形成した。
その後、図２Ｉに示すように、第２導電型層１６上であって、素子領域を被覆するように、直径４８μｍの円形で誘電体多層膜からなる第２ブラッグ反射器を形成した。
次に、支持基板２０の裏面側全面に、裏面電極２５を形成した。
最後に、ダイシングを行う領域の積層体を除去し、ダイシングにより窒化物半導体発光素子を、チップ状に分離する。
【００９３】
これにより、支持基板２０上に、窒化物半導体層の積層体１７が形成され、垂直方向に共振器を有するレーザ素子（窒化物半導体発光素子１００）を得ることができる。
【００９４】
このように製造された窒化物半導体発光素子１００を、室温にて電流を注入して連続動作させたところ、図１の矢印方向にレーザ光が出射された。
図３に、連続動作させた際の電流−光出力特性及び電流−電圧特性を示す。
図３に示すように、この窒化物半導体発光素子の閾値電流は７．０ｍＡ、閾値電圧は４．３Ｖ、出力は、１２ｍＡのとき、約０．１４ｍＷである。閾値電流密度は、電流が電流注入部全体に広がっていると仮定すると、１３．９ｋＡ／ｃｍ２である。
【００９５】
図４に示すように、閾値前後のスペクトルから、発振波長は約４１４ｎｍであり、発振直後に分解能の限界の０．０３ｎｍの半値幅になっている。
また、近視野像から、電流注入部の一部の領域で発振していることが分かった。
さらに、この垂直共振器型面発光レーザは、パルス動作（パルス幅１μ秒、０．１％）での偏光特性は、図５Ａ及び５Ｂに示すように、直線偏光し、最大で１５ｄＢの消光比があった。
【００９６】
上述したように、従来は実現されていなかった窒化物半導体系の垂直共振器型面発光レーザの室温連続発振が、この実施形態の窒化物半導体発光素子によって実現できた。これは、上述した素子構造及び製造工程を採用することにより、光と利得の横方向の分布が改善され、放熱性の向上等の作用が相まったものである。
このように、この実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、支持基板と第１ブラッグ反射器の間に第１電極を配置することから、また、積層体の両側に誘電体多層膜によるブラッグ反射器と電極とを形成することから、電流分布の不均一を改善して、素子の放熱性を良好とすることができ、高効率の窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【００９７】
実施形態２
図６に示したように、この実施形態の窒化物半導体発光素子２００は、第２透明電極２７として、第２導電型層１６の上に、絶縁層２６を介して、中央部分に配置されている。この第２透明電極２７の直上には、第２ブラッグ反射器１８が形成されている。この構成以外は、実質的に実施形態１と同様である。
このような構成にすることにより、実施形態例１の効果に加え、積層体１７の両側（上下）に、透明電極を用いることにより、素子領域の外周部への電流の密集を、中心部により広げることができる。これにより、光と利得の横方向の分布との整合が良好となり、特性の改善を図ることができる。
この実施形態は、特に、研磨において積層体１７の残りの厚さを薄くした場合、電流が外側部に偏りやすくなるため、特に有効である。
【００９８】
実施形態３
図７に示したように、この実施形態の窒化物半導体発光素子４００は、第１導電型層１４、発光層１５及び第２導電型層１６が、膜厚方向にエッチングされることにより、積層体１７が円柱形状に加工されている。また、この円柱形状の側面全面には、ＳｉＯ２からなる絶縁膜２９が被覆されている。この構成以外は、実質的に実施形態１と同様である。
このような構成にすることにより、実施形態１よりも、横方向の光をより強力に閉じ込めることができる。
【００９９】
実施形態４
図８に示したように、この実施形態の窒化物半導体発光素子３００は、第１導電型層１４、発光層１５及び第２導電型層１６の一部が、膜厚方向にエッチングされることにより、積層体１７が凸部形状に加工されている。また、この凸部形状の側面には、ＧａＮよりも屈折率の低い、ＳｉＯ２からなる絶縁膜２８が被覆されている。さらに、第２導電型層１６の一部は、凸部の幅より広くかつ接続電極の幅よりも狭くなるようにエッチングされている。つまり、積層体１７は、第１導電型層１４側に凸部形状を有し、第２導電型層１６側は、支持基板２０及び接続電極２３よりも幅が狭く形成されている。この構成以外は、実質的に実施形態１と同様である。
このような構成にすることにより、実施形態１の効果に加え、光を横方向に閉じ込めることができる。また、第２導電型層（ｎ型層）１６からのキャリアを狭窄することができるため、効率的に発光層１５に電流を注入することができる。
【０１００】
実施形態５
図９に示したように、この実施形態の窒化物半導体発光素子６００は、透明電極１３と支持基板２０（第１電極１１）との電気的な接続を確保するための接続電極４３を、第１ブラッグ反射器１２を構成する誘電体多層膜の、素子領域の外側に、貫通させて配置する。
この構成以外は、実質的に実施形態１と同様である。
このような構成にすることにより、実施形態例１と同様の効果に加えて、ダイシング時に発生する接続電極に起因した金属のバリの発生を抑制することができる。
【０１０１】
実施形態６
図１０に示したように、この実施形態の窒化物半導体発光素子５００は、第１導電型層１４、発光層１５及び第２導電型層１６の一部が、膜厚方向にエッチングされ、凸部形状を有している。
また、この凸部形状の側面は、ＳｉＯ２からなる絶縁層２２によって被覆されており、絶縁層２２の外周は、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕからなる金属膜２３によって被覆されている。
このような構成により、実施形態３の効果に加えて、凸部の側面に形成された金属により、積層体で発生した熱を効率よく支持基板に逃がし、素子の放熱性を向上させることができる。また、凸部の側面に金属膜を形成することで、凸部による段差をなくし、積層体と支持基板との接合を強固にすることができることから、再現性良く製造することが可能になる。
【０１０２】
この窒化物半導体発光素子は、以下の方法により製造することができる。
図１１Ａに示したように、実施形態１と同様に基板２１上に第２導電型層１６、発光層１５及び第１導電型層１４を形成する。その後、第１導電型層１４側から、第１導電型層１４、発光層１５及び第２導電型層１６の一部をエッチングし、直径２０μｍの円柱状の凸部構造を形成する。
【０１０３】
図１１Ｂに示すように、凸部の側面を含む素子領域以外の半導体層表面に絶縁層２２を被覆する。得られた絶縁層２２上を含む半導体層の表面に、第１透明電極１３を形成する。
図１１Ｃに示すように、第１透明電極１３の上であって、その直下に絶縁層２２が配置された凸部の外周部分に環状の接続電極を兼ねた金属膜２３を形成する。
続いて、図１１Ｄに示すように、金属膜２３と同じ高さになるように第１ブラッグ反射器１２を形成し、その上に、第１電極１１を形成する。
【０１０４】
図１１Ｅに示すように、実施形態１と同様に、得られた積層体１７を支持基板２０に貼り合わせ、図１１Ｆに示すように、基板２１を除去し、第２導電型層１６を鏡面とする。
【０１０５】
図１１Ｇに示すように、第２導電型層１６上に、実施形態１と同様に第２電極１９及び第２ブラッグ反射器１８を形成する。次に、支持基板２０の裏面側全面に、裏面電極２５を形成した。最後に、ダイシングを行う領域の積層体を除去し、ダイシングにより窒化物半導体発光素子を、チップ状に分離する。
これにより、図１０に示した窒化物半導体発光素子５００を得ることができる。
【０１０６】
実施形態７
図１２に示したように、この実施形態の窒化物半導体発光素子７００は、第２導電型層１６ａ、１６ｂ間にエッチングストップ層３６を形成し、第２導電型層を一部除去して、第２導電型層の第２ブラッグ反射器形成予定位置の膜厚をその他の領域に比べて薄くする。この構成以外は、実質的に実施形態１と同様である。
具体的には、第２導電型層１６ｂを１．５μｍ形成した後、ＡｌＧａＮのエッチングストップ層３６を５０ｎｍ形成する。その後、０．５μｍの第２導電型層１６ａを形成する。
さらに、成長用の基板（図示せず）を除去した後、第２ブラッグ反射器形成予定位置の第２導電層１６ｂをエッチングストップ層が露出するまでエッチングする。
【０１０７】
これ以外は、実質的に実施形態１と同様に形成することができる。
このような構成により、所望の波長で発振させることができるだけでなく、実施形態１の素子と比較して共振器長が短くなるため、光学損失を減らし、かつ縦モードの安定性を向上させることができる。また、電極を形成する部位は厚いまま残すことで、第２導電型層１６ｂに高濃度に不純物を添加することができ、抵抗の低減及び電流の不均一を改善することができ、高効率の発光素子を得ることができる。
【０１０８】
実施形態８
図１３に示したように、この実施形態の窒化物半導体発光素子８００は、第１ブラッグ反射器１２及び第１電極１１上に第１導電型層１４が積層され、第２電極１９は、素子領域を挟んで接続電極２３と対角となる位置に配置されている。この構成以外は、実質的に実施形態１と同様である。
【０１０９】
具体的には、接続電極２３形成工程において、第１導電型層１４上に、上面視で、素子領域の左右どちらか側のみに接続電極２３を形成し、他方側の上には絶縁層３７又は第１ブラッグ反射器１２を形成する。
さらに、第２電極１９形成工程において、素子領域の他方側（絶縁層３７又は第１ブラッグ反射器１２を形成した領域の上方）の第２導電型層１６表面に第２電極１９を形成する。
このような構成により、高抵抗である第１導電型層１１において電流を横方向により広げることができるため、素子領域により多くの電流を送り込むことができ、利得を高めることができる。
【０１１０】
実施形態９
この実施形態の窒化物半導体発光素子は、第１ブラッグ反射器と第１導電型層との間にトンネル接合層が積層され、活性層近傍に、イオン注入又は熱酸化によって、絶縁領域が形成されている。この構成以外は、実質的に実施形態１と同様である。
このような構成により、トンネル接合層で電流を横方向に広げながら、絶縁領域により、電極直下のみに電流が偏らないようにすることができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００  窒化物半導体発光素子
１１  第１電極
１２  第１ブラッグ反射器
１３  第１透明電極
１４  第１導電型層
１５  発光層
１６、１６ａ、１６ｂ  第２導電型層
１７  積層体
１８  第２ブラッグ反射器
１９  第２電極
２０  支持基板
２１  基板
２２、２６  絶縁層
２３、４３  接続電極（金属膜）
２４  接合層
２５  裏面電極
２８、２９  絶縁膜
２７  第２透明電極
３６  エッチングストップ層
３７  絶縁層
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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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】
2010123921.tif 000015
【図１３】
2010123921.tif 000016
【図１４】
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