(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹凸加工が施されたサファイア基板からなる成長用基板、ｎ型窒化物半導体層、発光層、ｐ型窒化物半導体層、透明導電層および誘電体からなる反射層をこの順で含み、
前記透明導電層の厚み方向と垂直な方向における長さは、前記ｐ型窒化物半導体層の厚み方向と垂直な方向における長さより小さく、
前記誘電体からなる反射層は、前記透明導電層の両側面および前記透明導電層の前記誘電体からなる反射層側表面に接しており、かつ、前記ｐ型窒化物半導体層の前記透明導電層側表面の一部であって、前記透明導電層に接していない表面に接している窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記透明導電層は、導電性金属酸化物またはｎ型窒化物半導体からなる請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記透明導電層は、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛または酸化インジウムのいずれかからなる請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記透明導電層は、ｎ型ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記誘電体からなる反射層は、
全反射する光が多くなるように全反射臨界角が小さくなる厚さで形成したＳｉＯ2層、
斜め２５°方向で反射率が最大になるように形成したＳｉＯ2層とＳｉＮ層との周期構造、および
垂直方向で反射率が最大になるように形成したＳｉＯ2層とＳｉＮ層との周期構造
からなる請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
請求項５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記表面に凹凸加工が施されたサファイア基板からなる成長用基板上に、前記ｎ型窒化物半導体層、前記発光層、前記ｐ型窒化物半導体層をこの順に積層する工程（ａ）と、
前記ｐ型窒化物半導体層表面上に、前記透明導電層を形成する工程（ｂ）と、
前記透明導電層、前記ｐ型窒化物半導体層、前記発光層、および前記ｎ型窒化物半導体層の一部をエッチングし、前記ｎ型窒化物半導体層の一部を露出させる工程（ｃ）と、
前記透明導電層の表面上、前記ｐ型窒化物半導体層の表面上および前記ｎ型窒化物半導体層の露出表面上に、前記誘電体からなる反射層として、
全反射臨界角が小さくなる厚さのＳｉＯ2層、
斜め２５°方向で反射率が最大になるようなＳｉＯ2層とＳｉＮとの周期構造、および
垂直方向で反射率が最大となるようなＳｉＯ2層とＳｉＮとの周期構造
を形成する工程（ｄ）と、
前記反射層の一部を除去する工程（ｅ）と、
前記反射層を除去した箇所にパッド電極を形成する工程（ｆ）と、
を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
【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およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物半導体発光素子としては、絶縁性のサファイア基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層、ｐ型窒化物半導体層などを積層し、かかる積層構造の上に、ｐ側電極およびｎ側電極を配置した片面２電極構造のものが知られている。しかし、かかる片面２電極構造の窒化物半導体発光素子は、チップ上下の対称的な位置に両電極を形成したものではないため、発光強度が面内で均一にならず、ｐ側電極あるいはｎ側電極に発光が集中するなどの問題を有しており、また、このような問題に起因して、チップの大型化が困難である、および、エージングにより劣化しやすいなどの問題を有していた。さらに、片側表面に両電極を備えるために、チップ表面積に対してパッド電極の占める割合が大きく、チップの小型化も困難であるという課題もあった。
【０００３】
上記問題を解決するために、たとえば特許文献１には、基板上に、窒化ガリウム系半導体からなるｎ層、窒化ガリウム系半導体活性層および窒化ガリウム系半導体からなるｐ層を順次成長させ、当該ｐ層上に、たとえばＮｉ−Ｐｔ電極などのｐ側オーミック電極およびＡｕ−Ｓｎからなる第１導電性接着剤層を順次形成した後、Ａｕからなる層およびＡｕ−Ｓｎからなる第２導電性接着剤層を順次形成した導電性基板を、第２導電性接着剤層と第１導電性接着剤層とを接合することにより上記基板に接合し、上記基板を分離することにより得られる上下電極構造の窒化物半導体発光素子が提案されている。しかし、当該文献に記載の窒化物半導体発光素子においては、電極の反射率が低いため、光取り出し効率が悪いという問題があった。
【０００４】
光取り出し効率の改善のための素子構造として、分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を用いることが挙げられる。たとえば、特許文献２には、サファイア基板上にｎ型ＧａＮ層、マルチ型量子井戸（ＭＱＷ）層、ｐ型ＧａＮ層をこの順で形成した後、このｐ型ＧａＮ層上にＮｉ／Ａｕなどのｐ型コンタクト金属を用いてｐ型コンタクトを形成し、さらにその上に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）によるＤＢＲ層を形成した後、メッキ法により支持基板を形成する半導体装置の製造方法が開示されている。しかし、かかる構造の場合、Ｎｉ／Ａｕなどのコンタクト金属による光の吸収が大きいために、光取り出し効率の向上が十分でない。さらに、ＩＴＯは、３００ｎｍ程度の薄さのときには光の吸収は無視できるものの、ＩＴＯを用いて、ＤＢＲ層を形成するために多層膜などの厚膜を形成した場合には、光吸収が大きいために、光取り出し効率の向上が不十分となる要因となる。また、当該文献には、ＩＴＯによりＤＢＲを作製する具体的方法が開示されていないが、仮に、低屈折率層に高屈折率層と同じ材料を用いる場合、屈折率差を大きくすることは困難であり、その結果、ＩＴＯからなるＤＢＲ層の反射率を大きくできないという問題を有している。
【０００５】
特許文献３には、ｐ型コンタクト層上に形成された、ＳｉＯ2層とＴａ2Ｏ5層を交互に積層させた誘電層を有し、厚さが１／４波長であるＤＢＲを備える窒化物系共振器半導体構造が開示されている。このＤＢＲの上に支持基板を取り付け、成長用基板を除去した後、ｎ型層と活性層をドライエッチングにより除去して、ｐ型層を露出させ、露出したｐ型層上にｐ型電極を形成する。当該文献に記載の半導体構造の場合、誘電層の反射率は高いものの、ｐ型コンタクト層全面に直接誘電層を形成しているために、ｐ型コンタクト層の誘電層とは反対側の面の一部を露出させてその一部にｐ型電極を形成せざるを得ない構造になっている。しかし、当技術分野においては十分知られている通り、ｐ型窒化物半導体層は非常に高抵抗であり、電極が形成されている部分から横方向に電流が拡散することができず、たとえわずかに電流が拡散したとしても、非常に高抵抗になってしまう。また、この構造では、片面２電極構造とせざるを得ず、上記と同じ問題を有している。
【０００６】
特許文献４に開示される垂直共振器型面発光レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板上に形成された、Ｓｉ−ドープされたｎ型ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓの１／４波長積層半導体層からなるＤＢＲを備える。かかるＤＢＲと類似構造のＤＢＲを窒化物半導体発光素子で実現しようとする場合、通常、導電性の基板としては、ＧａＮ基板やＳｉＮ基板が用いられるが、どちらも非常に高価で、安価なＬＥＤには向かない上に、当該基板上にエピタキシャル成長により形成できるＧａＮとＡｌＧａＮとの多層構造からＤＢＲを構成しようとすると、屈折率差が小さいために、非常に多周期に成長せねばならず、クラックなどが発生するためにＤＢＲの構築が困難であるという問題がある。また、このようなＤＢＲの上に成長した活性層の品質は悪く、内部量子効率が低下してしまう。
【０００７】
また、特許文献５には、導電性のＧａＡｓ基板上に、導電性のＺｎＳＳｅとＭｇＳ／ＺｎＣｄＳｅ超格子によるＤＢＲを形成し、このＤＢＲを、サファイア基板上の窒化物半導体にウエハボンディングにより融着することが開示されている。しかし、接着剤を用いずに融着する場合、両ウエハの表面平坦性が必要不可欠で、ウエハ内に、わずかにでも、凸部があれば、ウエハボンディングは不可能である。実際の窒化物半導体の場合、エピタキシャル成長中にリアクター内部から剥がれ落ちたゴミなどがエピウエハ表面に付着することが多く、ウエハ内に１つのゴミも無いようにすることは困難である。
【０００８】
さらに、特許文献６には、上下電極構造ではないが、反射を良好にするために、フリップチップ型発光素子のｐ層上にメッシュ型ＤＢＲ反射層が形成されており、メッシュ型ＤＢＲ反射層が形成されていない部分にコンタクト電極が形成された発光装置が開示されている。このメッシュ型ＤＢＲ反射層は窒化物半導体により形成されている。窒化物半導体によるＤＢＲは前にも記載したとおり、作製が困難であり、たとえ作製できたとしても、高抵抗であるために、ＤＢＲ領域には電流が注入されず、注入面積が小さくなってしまう。その結果、電流密度が大きくなるために、発光効率が低下してしまう。また、コンタクト電極部分が低反射率であれば、光取り出し効率も低下してしまう。さらに、当該文献には、オーミックコンタクト層として、Ａｇ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｐｈ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ａｕなどが挙げられているが、ＡｇおよびＡｌを除けば、どれも反射率が低く、また、反射率が高いＡｌはｐ型半導体層とはオーミックにならず、高抵抗になってしまう。オーミックコンタクト層としてＡｇを用いる場合、エレクトロマイグレーションが起こり、ｎ側にマイグレーションした場合にはショートしてしまうという問題が発生するため、信頼性上非常に問題がある。
【０００９】
以上のように、従来、内部量子効率、光取り出し効率および駆動電圧に優れ、しかも量産性にも優れる窒化物半導体発光素子は実現されていなのが現状であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３８９３８７４号公報
【特許文献２】特表２００７−５３６７２５号公報
【特許文献３】特開２００３−２３４５４２号公報
【特許文献４】特開２００４−１１９８３１号公報
【特許文献５】特表２００８−５０６２５９号公報
【特許文献６】特開２００６−５４４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は、上下電極構造を採り得る窒化物半導体発光素子であって、内部量子効率、光取り出し効率および駆動電圧に優れ、量産性にも優れる窒化物半導体発光素子、ならびにその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下のものを含む。
［１］  表面に凹凸加工が施されたサファイア基板からなる成長用基板、ｎ型窒化物半導体層、発光層、ｐ型窒化物半導体層、透明導電層および誘電体からなる反射層をこの順で含む窒化物半導体発光素子。
【００１３】
［２］  前記透明導電層は、導電性金属酸化物またはｎ型窒化物半導体からなる［１］に記載の窒化物半導体発光素子。
【００１４】
［３］  前記透明導電層は、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛または酸化インジウムのいずれかからなる［２］に記載の窒化物半導体発光素子。
【００１５】
［４］  前記透明導電層は、ｎ型ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる［２］に記載の窒化物半導体発光素子。
【００１６】
［５］  前記誘電体からなる反射層は、
全反射する光が多くなるように全反射臨界角が小さくなる厚さで形成したＳｉＯ2層、
斜め２５°方向で反射率が最大になるように形成したＳｉＯ2層とＳｉＮ層との周期構造、および
垂直方向で反射率が最大になるように形成したＳｉＯ2層とＳｉＮ層との周期構造
からなる［１］〜［４］のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【００１７】
［６］  表面に凹凸加工が施されたサファイア基板からなる成長用基板、ｎ型窒化物半導体層、発光層、ｐ型窒化物半導体層、透明導電層および誘電体からなる反射層をこの順で含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記成長用基板上に、前記ｎ型窒化物半導体層、前記発光層、前記ｐ型窒化物半導体層をこの順に積層する工程（ａ）と、
前記ｐ型窒化物半導体層表面上に、前記透明導電層を形成する工程（ｂ）と、
前記透明導電層、前記ｐ型窒化物半導体層、前記発光層、および前記ｎ型窒化物半導体層の一部をエッチングし、前記ｎ型窒化物半導体層の一部を露出させる工程（ｃ）と、
前記透明導電層の表面上、前記ｐ型窒化物半導体層の表面上および前記ｎ型窒化物半導体層の露出表面上に、前記誘電体からなる反射層として、
全反射臨界角が小さくなる厚さのＳｉＯ2層、
斜め２５°方向で反射率が最大になるようなＳｉＯ2層とＳｉＮとの周期構造、および
垂直方向で反射率が最大となるようなＳｉＯ2層とＳｉＮとの周期構造
を形成する工程（ｄ）と、
前記反射層の一部を除去する工程（ｅ）と、
前記反射層を除去した箇所にパッド電極を形成する工程（ｆ）と、
を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内部量子効率、光取り出し効率および駆動電圧に優れ、量産性にも優れた、上下電極構造あるいは片面２電極構造の窒化物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の窒化物半導体発光素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示される窒化物半導体発光素子の製造方法を示す概略断面図である。
【図３】図１に示される窒化物半導体発光素子の製造方法を示す概略断面図である。
【図４】図１に示される窒化物半導体発光素子の製造方法を示す概略断面図である。
【図５】図１に示される窒化物半導体発光素子の製造方法を示す概略断面図である。
【図６】図１に示される窒化物半導体発光素子の製造方法を示す概略断面図である。
【図７】図１に示される窒化物半導体発光素子の製造方法を示す概略断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体発光素子の他の一例を示す概略断面図である。
【図９】実施例４で作製した窒化物半導体発光素子を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施の形態を示して本発明の方法を詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の窒化物半導体発光素子の一例を示す概略断面図である。図１に示される窒化物半導体発光素子は、支持基板１０１、第２の接合層１０２および第１の接合層１０３からなる共晶接合層１０４、誘電体からなる反射層１０５、透明導電層１０６、ｐ型ＧａＮ層１０７およびｐ型ＡｌＧａＮ層１０８からなるｐ型窒化物半導体層１０９、発光層１１０およびｎ−ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１１１をこの順に積層した積層構造を有する。ｎ型窒化物半導体層１１１上には、第１の電極（ｎ側電極）１１２が、支持基板１０１の共晶接合層１０４側とは反対側の表面上には、第２の電極（ｐ側電極）１１３が形成されており、上下電極構造となっている。
【００２１】
このように、本発明の窒化物半導体発光素子は、支持基板とｐ型窒化物半導体層との間に、誘電体からなる反射層と透明導電層との積層構造を備えることを特徴としている。このような構成により、透明導電層によって発光素子全体に効率よく電流を注入することができるため低抵抗であるとともに、誘電体からなる反射層によって発光層から支持基板側へ放射された光を効率よく反射できるため、光取り出し効率を向上させることができる。また、結晶成長によりＤＢＲを作製する場合、その上に成長した活性層の品質が低下し、内部量子効率の低下を引き起こすが、本発明によるＤＢＲは結晶には影響を及ぼさない。すなわち、本発明によれば、結晶品質を良くする層構造や成長条件で結晶成長が可能なため、内部量子効率を高くすることができる。さらには、ｐ層表面のほぼ全面に透明導電層を形成しているため、特許文献３のように、ｐ層の一部を露出して一部に電極を形成した場合のように高抵抗とはならず、低駆動電圧にできる。
【００２２】
反射層１０５としては、誘電体から構成される層であって、発光層１１０から放射される放射光に対して良好な反射率を備えるものであれば特に制限されないが、該放射光に対して高い反射率を有する反射層が得られやすいことから、高屈折率を有する誘電体からなる層と低屈折率を有する誘電体からなる層とを交互に積層させた積層構造とすることが好ましい。高屈折率を有する誘電体とは、放射光の発光波長４５０ｎｍにおいて、屈折率が１．７〜３程度、好ましくは２〜３程度の屈折率を有する誘電体であり、たとえば、ＳｉＮ（屈折率２．１）、ＴｉＯ2（屈折率２．４〜３）、ＧａＮ（屈折率２．４）、Ｔａ2Ｏ3やＴａ2Ｏ5（屈折率２．２〜２．３）、Ｎｂ2Ｏ5（屈折率２．３）、ＺｒＯ、ＺｒＯ2、ＣｅＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＦ3などを挙げることができる。また、低屈折率を有する誘電体とは、放射光の発光波長４５０ｎｍにおいて、屈折率が１〜２程度、好ましくは１〜１．８程度の屈折率を有する誘電体であり、たとえば、ＳｉＯ2（屈折率１．４７）、ＭｇＦ2（屈折率１．３８）、ＣａＦ2（屈折率１．４３）、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＦ3などを挙げることができる。中間屈折率のＡｌ2Ｏ3やＣｅＦ3は、高屈折率を有する層にも、低屈折率を有する層にも用いることが可能である。反射層をこのような高屈折率を有する誘電体からなる層と低屈折率を有する誘電体からなる層とを交互に積層させた積層構造とする場合、高屈折率を有する誘電体からなる層の屈折率が、低屈折率を有する誘電体からなる層の屈折率より大きくなるように誘電体材料を選択する。
【００２３】
１つの高屈折率を有する誘電体からなる層と１つの低屈折率を有する誘電体からなる層とを１周期としたとき、反射層に含まれる積層構造の周期数は特に制限されないが、反射率向上の観点からは、図１において最下層となる支持基板１０１側の層を、高屈折率を有する誘電体からなる層とし、最上層となる透明導電層１０６側の層を、低屈折率を有する誘電体からなる層とすることが好ましい。
【００２４】
反射層１０５を構成する高屈折率を有する誘電体からなる層および低屈折率を有する誘電体からなる層の厚みは、反射層１０５に垂直方向に入射する光に対してより優れた反射特性を示すようになることから、それぞれ、反射層に入射される光の波長［ｎｍ］（発光層から放射される光の波長［ｎｍ］）×（層の屈折率）／４［ｎｍ］とされることが好ましい。たとえば、高屈折率を有する誘電体からなる層がＳｉＮからなり、発光層から放射される光の波長が４５０ｎｍである場合、当該ＳｉＮからなる層の厚みは、約５３ｎｍとすることが好ましい。
【００２５】
また、反射層１０５に斜め方向に入射する光に対しても、良好な反射率を得ることができるようにするために、反射層１０５の積層構造を、上記式から算出される厚みを有する積層構造部に加えて、当該厚みとは異なる厚みを有する高屈折率を有する誘電体からなる層および低屈折率を有する誘電体からなる層で構成される積層構造部を備える構成としてもよい。
【００２６】
反射層１０５の全体の厚みは、積層構造の周期数などに依存し、特に制限されるものではないが、たとえば０．２〜５ｎｍとすることができる。後述する本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、ｎ型窒化物半導体層１１１側から、エッチング（たとえばドライエッチング）により、反射層１０５にまで達する凹部を形成する工程が好ましく設けられるが、この際、反射層１０５を、エッチングストップ層として機能させることが好ましく、そのためには、反射層１０５の厚みを０．２〜５ｎｍとすることが好ましい。
【００２７】
反射層１０５は、発光層１１０から放射される放射光に対して８０〜１００％、好ましくは９０〜１００％の反射率を有することが好ましい。
【００２８】
透明導電層１０６は、上記誘電体からなる反射層１０５に接して積層される層であり、導電性が良好な材料が好ましく用いられる。このような導電性材料としては、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、Ｉｎ2Ｏ3（酸化インジウム）などを挙げることができる。また、ｎ型窒化物半導体（たとえば、ｎ型ＡｌxＩｎyＧａ1-xーyＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１））を用いてもよい。ｎ型窒化物半導体を用いると、ＭＯＣＶＤ内で連続して成膜できること、および、波長４５０ｎｍの光に対する透過率がＩＴＯなどに比べて高いという点において有利である。透明導電層１０６の厚みは、特に制限されないが、たとえば５０〜１０００ｎｍとすることができ、透過率向上の観点から、好ましくは８０〜５００ｎｍである。
【００２９】
ここで、本実施形態においては、透明導電層１０６の横方向の長さ（厚み方向と垂直な方向における長さ）を、その上に積層されるｐ型窒化物半導体層１０９、より具体的にはｐ型ＧａＮ層１０７の横方向の長さ（厚み方向と垂直な方向における長さ）より小さくし、透明導電層１０６の両側面および反射層１０５側表面が反射層１０５によって覆われる構成としている。この際、反射層１０５は、ｐ型ＧａＮ層１０７の透明導電層１０６側表面のうち、透明導電層１０６に接していない表面に接するように形成される。このような構成によれば、透明導電層の端部とＰＮジャンクション部を離すことが可能となり、リークを防ぐことが出来るため好ましい。また、チップ分割のための凹部を形成するためのドライエッチング時に誘電体からなる反射膜をエッチングストップ層とすることができるため好ましい。
【００３０】
本実施形態の窒化物半導体発光素子は、そのｐ型ＧａＮ層１０７において、透明導電層１０６に接するように、電流阻止領域１１４を有している。電流阻止領域を形成し、その直上の位置に第１の電極１１２を配置することにより、光取り出し効率の低下を防止することができる。
【００３１】
また、本実施形態の反射層１０５は、その透明導電層１０６の直下に位置する部分において、反射層１０５の厚み方向に貫通する貫通口１１５を有している。貫通口１１５の内部は、反射層１０５の下に配置された第１の接合層１０３を構成する導電性材料が埋設されている。この貫通口１１５は、窒化物半導体発光素子を上から見たとき、リング形状を有している。このリング形状の貫通口１１５は、窒化物半導体発光素子を上から見たとき、好ましくは、電流阻止領域１１４の領域内に収まるように形成される。このようなリング状の貫通口が反射層に設けられていると、透明導電層１０６と第１の接合層１０３とを低抵抗で導通させることができるため好ましい。リング幅（図１に示されるＷ１）は特に制限されないが、たとえば、０．５〜５０μｍとすることができ、電流阻止領域からはみ出さないようにするため、および、歩留まり良く形成するためには、好ましくは１〜３０μｍである。
【００３２】
なお、本発明の窒化物半導体発光素子において、上記電流阻止領域および貫通口は省略されてもよいが、光取り出し効率向上、低抵抗化などの点から、これらを備えることが好ましい。
【００３３】
ｐ型窒化物半導体層１０９、発光層１１０およびｎ型窒化物半導体層１１１の構造および構成材料は、従来公知のものを適用することができる。ｎ型窒化物半導体層１１１の表面には、外部への光取り出し効率を向上させるために、図１に示されるように、凹凸形状を付与することが好ましい。発光層１１０は、たとえば、互いにバンドギャップの異なるウェル層とバリア層とを交互に積層してなる多重量子井戸構造とすることができる。
【００３４】
ｐ型窒化物半導体層１０９、発光層１１０およびｎ型窒化物半導体層１１１からなる窒化物半導体層における誘電体からなる反射層１０５が形成される側と反対側の表面（ｎ型窒化物半導体層１１１における第１の電極１１２が形成される側の表面）は、凹凸形状を有することが好ましい。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。また、当該窒化物半導体層の表面のうち、誘電体からなる反射層１０５が形成される側の表面（ｐ型窒化物半導体層１０９における誘電体からなる反射層１０５が形成される側の表面）は、反射率向上の点から、平坦であることが好ましい。
【００３５】
また、支持基板１０１としては、たとえば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＰ、金属、合金などを用いることができる。
【００３６】
次に、図１に示される窒化物半導体発光素子の製造方法について、図２〜７を参照しながら説明する。なお、以下の説明および図２〜７では、１つのウエハから３つの発光素子を得る場合について説明するが、本発明において、１つのウエハから得られる発光素子の数は特に限定されるものではない。
【００３７】
まず、たとえばサファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などの成長用基板２０１上に、ＧａＮからなるバッファ層２０２、ｎ型ＧａＮ層からなるｎ型窒化物半導体層１１１、発光層１１０、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０８およびｐ型ＧａＮ層１０７からなるｐ型窒化物半導体層１０９をこの順で成長させる（工程（Ａ）、図２参照）。成長方法としては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などを用いることができる。次に、電流阻止領域１１４を形成するために、たとえば円形状の開口部が一定のピッチで形成されたフォトレジストマスクを、ｐ型ＧａＮ層１０７上に形成する。ついで、フォトレジストマスクの開口部内に露出しているｐ型ＧａＮ層１０７を、プラズマ照射などにより高抵抗化させ、電流阻止領域１１４を形成する。
【００３８】
次に、フォトレジストマスクを除去した後、ｐ型ＧａＮ層１０７の表面全体に透明導電層を構成する層を積層させる。透明導電層がＩＴＯなどからなる場合には、スパッタなどによりこの層を形成することができる。また、透明導電層がｎ型窒化物半導体などからなる場合には、ＭＯＣＶＤ法などによりこの層を形成することができる。ついで、一定の形状（たとえば正方形または長方形など）を有する３つのフォトレジストマスクを一定のピッチで形成する。フォトレジストマスクは、好ましくは、フォトレジストマスクの中心位置と電流阻止領域１１４の中心位置とが概略重なるように配置される。次に、エッチングを行なうことにより、一定の間隔で透明導電層１０６が形成された図２に示される構造の積層体を得る（工程（Ｂ））。
【００３９】
次に、フォトレジストマスクを除去した後、たとえば、高屈折率を有する誘電体からなる層と低屈折率を有する誘電体からなる層との多層構造からなる反射層１０５を、ＭＯＣＶＤ法などを用いて、積層体の露出表面全体に形成する（工程（Ｃ）、図３参照）。ついで、リング形状の貫通口１１５を形成するために、リング形状の開口部を有するフォトレジストマスクを作製する。当該フォトレジストマスクは、そのリング形状の開口部が電流阻止領域１１４の領域内に収まるようにアライメントされることが好ましい。ついで、エッチングにより、開口部内の反射層を除去し、透明導電層１０６を露出させることにより、図３に示される積層体を得る（工程（Ｇ））。この際、透明導電層１０６としてＩＴＯ、ＩＺＯ、ＧａＮなどを用いると、透明導電層１０６をエッチングストップ層として機能させることができる。なお、リング状の貫通口を設けない場合には、工程（Ｇ）は不要である。
【００４０】
ついで、フォトレジストマスクを除去した後、露出表面全体に第１の接合層１０３を形成する。この第１の接合層１０３は、当該積層体に支持基板を共晶接合により積層させるために設けられるものである。第１の接合層１０３を構成する共晶接合金属としては、たとえば、Ａｕ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、ＡｕＧｅなどを挙げることができ、これらのいずれかを含む合金が用いられてもよい。第１の接合層１０３と反射層１０５との接着強度を向上させるために、第１の接合層１０３の形成前に、反射層１０５表面上に密着層（図示せず）が形成されてもよい。密着層は、従来公知の構成であってよく、たとえばＴｉ層とＰｔ層との積層構造を挙げることができる。
【００４１】
次に、支持基板１０１を用意し、その表面に第２の接合層１０２を形成する（図４参照）。第２の接合層１０２を構成する共晶接合金属は、上記第１の接合層１０３を構成する共晶接合金属と共晶接合可能なものであれば特に限定されない。ついで、成長用基板２０１を有する積層体と、支持基板１０１を有する積層体とを、第１の接合層１０３と第２の接合層１０２とを共晶接合することにより接合し、成長用基板２０１を有する積層体上に支持基板１０１を積層する（工程（Ｄ））。図１における共晶接合層１０４は、第１の接合層１０３および第２の接合層１０２からなる。
【００４２】
次に、成長用基板２０１を除去する（工程（Ｅ）、図５参照）。成長用基板２０１が、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板等の場合には、成長用基板２０１の剥離除去は、レーザ光２０３を用いたレーザ剥離を好ましく採用することができる。
【００４３】
続く工程において、露出したｎ型窒化物半導体層１１１上に、３つのフォトレジストマスクを一定のピッチで形成する。フォトレジストマスクは、好ましくは、フォトレジストマスクの中心位置と透明導電層１０６の中心位置とが概略重なるように配置される。ついで、ドライエッチングなどにより、ｎ型窒化物半導体層１１１側から凹部６０１を形成し、反射層を露出させる（工程（Ｈ）、図６参照）。このような凹部６０１は、チップ分割を容易にするために好ましく形成される。
【００４４】
次に、フォトレジストマスクを除去した後、露出しているｎ型窒化物半導体層１１１表面上に凹凸を形成する。このような表面凹凸は、必ずしも形成される必要はないが、外部の光取り出し効率向上のためには、表面凹凸を形成することが好ましい。ついで、当該表面凹凸上に第１の電極１１２、支持基板１０１裏面に第２の電極１１３を形成する（図７参照）。第１の電極１１２は、電流阻止領域１１４の領域内に収まるように形成されることが、光取り出し効率の低下を防止することができるため好ましい。最後に、チップ分割を行なうことにより、３つの窒化物半導体発光素子を得る（工程（Ｆ）、図７参照）。チップ分割の位置は、凹部６０１底面（すなわち、反射層１０５の露出表面）のいずれかの位置（たとえば、図７に示される点線の位置）が好ましく採用される。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の窒化物半導体発光素子の他の一例を示す概略断面図である。図８に示される窒化物半導体発光素子は、図１に示される窒化物半導体発光素子の共晶接合層１０４、支持基板１０１および第２の電極１１３の代わりに、メッキ下地層８０３およびメッキ層８０１を採用した点において、図１の窒化物半導体発光素子と相違する。すなわち、図８に示される窒化物半導体発光素子は、メッキ層８０１、メッキ下地層８０３、誘電体からなる反射層８０５、透明導電層８０６、ｐ型ＧａＮ層８０７およびｐ型ＡｌＧａＮ層８０８からなるｐ型窒化物半導体層８０９、発光層８１０およびｎ−ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層８１１をこの順に積層した積層構造を有する。ｎ型窒化物半導体層８１１上には、第１の電極（ｎ側電極）８１２が形成されている。本実施形態において、メッキ層８１１は、支持基板としての役割とｐ側電極としての役割の両方を果たしている。したがって、図８の窒化物半導体発光素子もまた、上下電極構造である。ｐ型ＧａＮ層８０７には、第１の実施形態と同様に電流阻止領域８１４が形成されている。このような構成の窒化物半導体発光素子においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
本実施形態においても、反射層８０５は、リング状の貫通口８１５を有しており、当該貫通口８１５と電流阻止領域８１４と第１の電極８１２の位置関係は第１の実施形態と同様である。貫通口８１５の内部は、本実施形態の場合、メッキ下地層８０３を構成する導電性材料が埋設されている。
【００４７】
本実施形態において、メッキ下地層８０３を構成する材料としては、従来公知のものを使用することができ、たとえばＡｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｗなどを挙げることができる。メッキ下地層８０３の厚みは、リング状の貫通口８１５が埋まる程度以上の厚みであれば特に制限されない。
【００４８】
メッキ層８０１は、たとえばＣｕ、Ｎｉ、Ａｕおよびこれらの金属のいずれかを含む合金を用いることができ、その厚みは、たとえば３０〜５００μｍ、好ましくは７０〜２００μｍとすることができる。このようなメッキ法により形成される基板を支持基板とすることにより、大面積の発光素子を作製する場合であっても、歩留まりよく支持基板を形成することができる。また、接合層を２層を形成し、共晶接合によりこれら接合層を接合して支持基板を積層させる方法と比較して、メッキ層を支持基板とする場合には、反射層８０５上にメッキ下地層８０３を形成し、その上にメッキ層８０１を形成することにより、直接支持基板を積層することができるため、製造上有利である。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５０】
＜実施例１＞
図１に示される構造の窒化物半導体発光素子を以下の方法により作製した。以下、図２〜７を参照して作製方法を説明する。まず、サファイアからなる成長用基板２０１上に、ＧａＮからなるバッファ層２０２、厚み４μｍのｎ型ＧａＮ層からなるｎ型窒化物半導体層１１１、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなるウェル層の６周期構造からなるＭＱＷ層である発光層１１０（厚み１００ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０８（厚み２０ｎｍ）およびｐ型ＧａＮ層１０７（厚み８０ｎｍ）からなるｐ型窒化物半導体層１０９をこの順で、ＭＯＣＶＤ法により成長させた（工程（Ａ）、図２参照）。次に、電流阻止領域１１４を形成するために、直径９０μｍの円形状の開口部が４００μｍのピッチで形成されたフォトレジストマスクを、ｐ型ＧａＮ層１０７上に形成した。ついで、プラズマ照射を行ない、フォトレジストマスクの開口部内に露出しているｐ型ＧａＮ層１０７を高抵抗化させ、電流阻止領域１１４を形成した。
【００５１】
次に、フォトレジストマスクを除去した後、ｐ型ＧａＮ層１０７の表面全体にＩＴＯをスパッタにより１００ｎｍ厚で形成した。ついで、３２０μｍ×３２０μｍのフォトレジストマスクを、当該フォトレジストマスクの中心位置と電流阻止領域１１４の中心位置とが概略重なるように、４００μｍのピッチで形成した。次に、塩酸を含むエッチングを用いてＩＴＯのエッチングを行ない、透明導電層１０６が形成された図２に示される構造の積層体を得た（工程（Ｂ））。
【００５２】
次に、フォトレジストマスクを除去した後、酸素を含む雰囲気中でアロイすることにより、ｐ型窒化物半導体層１０９の活性化とＩＴＯの低抵抗化および透明化を同時に行なった。次に、反射層１０５として、ＳｉＯ2層（厚み７６ｎｍ）／ＳｉＮ層（厚み５３ｎｍ）を１周期として合計７周期、ＭＯＣＶＤ法により積層を行なった（工程（Ｃ）、図３参照）。なお、最初に積層する層をＳｉＯ2層とし、最後の層をＳｉＮ層とした。ついで、リング形状の貫通口１１５を形成するために、リング形状の開口部（リングの外径７０μｍ、リング幅（開口の幅）３μｍ）が４００μｍのピッチで形成されたフォトレジストマスクを、反射層１０５上に形成した。この際、フォトレジストマスクは、そのリング形状の開口部が、直径９０μｍの領域で形成されている電流阻止領域１１４の領域内に収まるようにアライメントした。ついで、ＣＨＦ3を用いてドライエッチングすることにより、リング状の開口部内のＳｉＯ2およびＳｉＮを除去し、ＩＴＯからなる透明導電層１０６を露出させることにより、図３に示される積層体を得た（工程（Ｇ））。ここで、ＣＨＦ3を用いたドライエッチングにおけるＳｉＯ2およびＳｉＮと、ＩＴＯとの選択比は５以上であるため、ＩＴＯは、良好なエッチングストップ層として機能した。
【００５３】
ついで、フォトレジストマスクを除去した後、密着層として、Ｔｉを２００ｎｍとＰｔを１００ｎｍ形成し、次に、第１の接合層１０３として、Ａｕ（厚み１０００ｎｍ）を形成した。次に、支持基板１０１としてＳｉ基板を用意し、その表面に第２の接合層１０２として、Ｔｉ２００ｎｍ、Ｐｔ１００ｎｍ、Ａｕ５００ｎｍ、ＡｕＳｎ３μｍをこの順で形成した（図４参照）。ついで、成長用基板２０１を有する積層体と、支持基板１０１を有する積層体とを、第１の接合層１０３と第２の接合層１０２とを、加熱圧着により共晶接合することにより、成長用基板２０１を有する積層体上に支持基板１０１を積層した（工程（Ｄ））。
【００５４】
次に、成長用基板２０１の裏面からレーザ光を照射することにより、成長用基板２０１を剥離した後（工程（Ｅ）、図５参照）、剥離面のダメージ層をドライエッチングにより除去した。
【００５５】
次に、露出したｎ型窒化物半導体層１１１上に、３４０μｍ×３４０μｍのフォトレジストマスクを、当該フォトレジストマスクの中心位置と透明導電層１０６の中心位置とが概略重なるように、４００μｍのピッチで形成した。ついで、ドライエッチングにより、ｎ型窒化物半導体層１１１側から凹部６０１を形成し、反射層１０５を露出させた（工程（Ｈ）、図６参照）。
【００５６】
次に、フォトレジストマスクを除去した後、ＫＯＨを用いて、露出しているｎ型窒化物半導体層１１１表面上に六角錐状の凹凸形状を形成した。ついで、フォトレジストマスクを用いて、当該表面凹凸上に、リフトオフによりＴｉ／Ａｕからなる第１の電極１１２を形成した。この際、第１の電極１１２は、電流阻止領域１１４の領域内に収まるように形成した。また、わずかにアライメントズレが生じた場合であっても、第１の電極１１２が直径９０μｍの領域から形成される電流阻止領域１１４の領域内に収まるように、第１の電極１１２の直径は７０μｍとした。ついで、支持基板１０１の裏側に、Ｔｉ／Ａｕからなる第２の電極１１３を形成した（図７参照）。最後に、図７に示される点線の位置でチップ分割を行なうことにより、窒化物半導体発光素子を得た（工程（Ｆ）、図７参照）。
【００５７】
以上のようにして得られた本実施例の窒化物半導体発光素子の光出力は、２５ｍＷであり、駆動電圧は３．２Ｖであった。
【００５８】
＜実施例２＞
反射層１０５として、ＳｉＯ2層（厚み１０２ｎｍ）／ＳｉＮ層（厚み７２ｎｍ）を１周期として合計３周期、ついで、ＳｉＯ2層（厚み７６ｎｍ）／ＳｉＮ層（厚み５３ｎｍ）を１周期として合計７周期形成したこと以外は、実施例１と同様にして窒化物半導体発光素子を得た。得られた窒化物半導体発光素子においては、反射層１０５に斜め方向に入射する光に対しても、良好な反射率を示し、光取り出し効率がさらに向上した。本実施例の窒化物半導体発光素子の光出力は、２６ｍＷであり、駆動電圧は３．２Ｖであった。
【００５９】
＜実施例３＞
反射層８０５にリング状の貫通口８１５を形成する工程までは実施例１と同様に行ない、ついで、メッキ下地層８０３としてＡｕを２μｍを形成し、次に、電解メッキ法により、Ｃｕからなる厚み８０μｍのメッキ層８０１を形成した。以降の工程は実施例１と同様にして行ない、図８に示される窒化物半導体発光素子を得た。本実施例の窒化物半導体発光素子の光出力は、２５ｍＷであり、駆動電圧は３．２Ｖであった。
【００６０】
＜実施例４＞
まず、図９を参照して、成長用基板９０１として表面に凹凸加工が施されたサファイア基板を用意した。この凹凸の周期は５μｍである。また、この凹凸における凸部は、底面が円形である円錐の上部を切ったような形状または、凸レンズのような形状を有しており、その断面は台形または、半円や半楕円形状である。凸部の直径（断面形状の底辺）は２．５μｍである。）なお、凸部の形状やサイズは、この例に限られるものではないが、サファイア基板表面がこのような形状を有することで、この上に形成する窒化物半導体層との界面が凹凸形状になるため、光取り出し効率を向上させることができる。また、横方向成長が促進され、貫通転位を抑制することができ、内部量子効率が高い発光素子を作成することができる。
【００６１】
次に、上記サファイア基板の凹凸表面上に、ＧａＮからなるバッファ層（図示せず）、厚み４μｍのｎ型ＧａＮ層からなるｎ型窒化物半導体層９０２、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなるウェル層の６周期構造からなるＭＱＷ層である発光層９０３（厚み１００ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層９０４（厚み２０ｎｍ）およびｐ型ＧａＮ層９０５（厚み８０ｎｍ）からなるｐ型窒化物半導体層９０６をこの順で、ＭＯＣＶＤ法により成長させた。
【００６２】
次に、ｐ型ＧａＮ層９０５の表面全体に、ＩＴＯをスパッタにより２００ｎｍ厚で形成した。ついで、概略２３０μｍ×４８０μｍのフォトレジストマスクを、２５０μｍ×５００μｍのピッチで形成した。次に、塩酸を含むエッチングを用いてＩＴＯのエッチングを行ない、透明導電層９０７を形成した。
【００６３】
次に、上記フォトレジストマスクを除去した後、酸素を含む雰囲気中でアロイすることにより、ｐ型窒化物半導体層９０６の活性化とＩＴＯの低抵抗化および透明化を同時に行なった。次に、メサエッチング用の概略２４０μｍ×４９０μｍのフォトレジストマスクを、２５０μｍ×５００μｍのピッチで形成した後、ドライエッチングにより、ｐ型ＧａＮ層９０５、ｐ型ＡｌＧａＮ層９０４、発光層９０３、ｎ型ＧａＮ層からなるｎ型窒化物半導体層９０２の一部をエッチングし、ｎ型ＧａＮ層を露出させた。
【００６４】
次に、反射層９０８として、ＳｉＯ2層を厚さ２００ｎｍで形成した。これにより、全反射臨界角が小さくなる。次に、約２５°方向で反射率が高くなるように、ＳｉＯ2を厚さ１０２ｎｍ、ＳｉＮを厚さ７２ｎｍで４周期形成した。次に、垂直方向で反射率が最大となるように、ＳｉＯ2を厚さ７６ｎｍ、ＳｉＮを厚さ５３ｎｍで７周期形成した。このような構成で誘電体による反射層９０８を形成することにより、まず、臨界角の影響で全反射する光を多くし、次に、臨界角以内の光については、斜め２５°方向で干渉により反射率が最大になる周期構造と垂直方向で反射率が最大になる周期構造を組み合わせることにより、ＭＱＷ層からあらゆる方向に放射される光に対して反射率を高くすることができる。
【００６５】
次にパッド電極を形成する位置に約３０μｍφの穴を開けるために、フォトレジストマスクを形成し、ＣＨＦ3ガスを用いてドライエッチングすることにより、フォトレジストマスクが形成されていない部分のＳｉＯ2とＳｉＮを除去し、ＩＴＯおよびｎ型ＧａＮ層を露出させた。ここで、ＣＨＦ3によるＳｉＯ2やＳｉＮとＩＴＯとの選択比は５以上であるため、ＩＴＯは良好なエッチングストップ層として働く。同様に、ＣＨＦ3によるＳｉＯ2やＳｉＮとｎ型ＧａＮ層との選択比は５以上であるため、ｎ型ＧａＮは良好なエッチストップ層として働く。
【００６６】
次に、パッド電極をリフトオフにて形成するためのフォトレジストマスクを形成し、パッド電極９１０および９２０として、Ｔｉ  １５ｎｍ、Ｍｏ  ２０ｎｍ、Ａｕ  ５００ｎｍを蒸着してリフトオフした。パッド電極は、ｐ側とｎ側を同時に形成した。このようにして作製した発光素子は２５ｍＷであり、駆動電圧は３．２Ｖであった。
【００６７】
以上のようにして作製した発光素子は、ＩＴＯ電極（透明導電層９０７）により、発光素子全面に効率よく電流が注入されるため低抵抗である上に、ＳｉＯ2とＳｉＮの多層膜が高反射率を有するため、発光層から、誘電体からなる反射層側に放射された光は、効率よく反射され、サファイア基板と窒化物半導体層界面の凹凸により、光は、サファイア基板側に効率よく取り出され、サファイア基板裏面やサファイア基板側面から外部に効率よく光が取り出される。
【００６８】
本実施例の発光素子は、サファイア基板側をフレームなどの台座にマウントして、サファイア基板側面より光を取り出すようにしてもいいし、フリップチップのように、パッド電極側をバンプなどによりマウントして、サファイア基板裏面および側面から光を取り出すようにしてもよい。
【００６９】
パッド電極にワイヤボンドする場合も、バンプなどによりフリップチップマウントする場合も、パッド電極サイズは、通常８０μｍφ程度のサイズが、一般的に必要である。これは、ボールボンドのボールサイズやバンプサイズにより決まるためである。また、一般的に用いられるパッド電極材料はＡｕなどと反射率が悪い材料を必要とするが、本実施例のように反射率の悪いパッド電極と発光層との間には、中央の３０μｍφ領域以外では、誘電体からなる反射層が形成されているため、発光層からパッド電極方向に放射された光は、中央の３０μｍφ領域以外では、誘電体からなる反射層により反射されるため、パッド電極で光が吸収されてしまうことを大幅に防ぐことが可能である。
【００７０】
チップサイズが小さくなった場合なども、パッド電極は小さくできないため、チップ表面のほとんどが反射率の悪いパッド電極で覆われてしまうことになるが、誘電体からなる反射層が形成されることにより、反射率の悪いパッド電極の影響を受けずに、光取り出し効率の高い発光素子を作成することができる。
【００７１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７２】
１０１  支持基板、１０２  第２の接合層、１０３  第１の接合層、１０４  共晶接合層、１０５，８０５，９０８  反射層、１０６，８０６，９０７  透明導電層、１０７，８０７，９０５  ｐ型ＧａＮ層、１０８，８０８，９０４  ｐ型ＡｌＧａＮ層、１０９，８０９，９０６  ｐ型窒化物半導体層、１１０，８１０，９０３  発光層、１１１，８１１，９０２  ｎ型窒化物半導体層、１１２，８１２  第１の電極、１１３  第２の電極、１１４，８１４  電流阻止領域、１１５，８１５  貫通口、２０１，９０１  成長用基板、２０２  バッファ層、２０３  レーザ光、６０１  凹部、８０１  メッキ層、８０３  メッキ下地層、９１０，９２０  パッド電極。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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