(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性面又は半極性面の主面を有する導電性基板と、
前記主面の上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層の上に形成され、偏光光を出射する活性層と、
前記活性層の上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記導電性基板と接触するように設けられたｎ側電極と、
を備えた窒化物半導体発光チップであって、
前記導電性基板は、前記主面とは反対側の裏面に形成された凹部を有し、
前記ｎ側電極は、前記凹部の表面の少なくとも一部と接触し、
前記導電性基板の厚さをＴとし、前記凹部の深さをＤ１とした場合に、深さＤ１は厚さＴの２５％以上であり、
前記凹部は一方向に延伸する溝部であり、
前記溝部の延伸方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度をθ１とした場合に、角度θ１は２５°以上且つ９０°以下であり、
前記裏面の前記凹部が設けられていない領域は平坦である
窒化物半導体発光チップ。
【請求項２】
深さＤ１は、厚さＴの４４％以上である、請求項１に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項３】
深さＤ１は、厚さＴの５７％以上である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項４】
深さＤ１は、厚さＴの７６％以上である、請求項１から３の何れか１項に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項５】
厚さＴは、８０μｍ以上且つ２００μｍ以下である、請求項１から４の何れか１項に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項６】
厚さＴは、１００μｍ以上且つ１５０μｍ以下である、請求項１から５の何れか１項に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項７】
前記凹部は、前記窒化物半導体発光チップの平面視における面積２２５００μｍ2当たり少なくとも１個となる密度で配置されている、請求項１から６の何れか１項に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項８】
前記凹部は、前記窒化物半導体発光チップの平面視における面積１００００μｍ2当たり少なくとも１個となる密度で配置されている、請求項１から７の何れか１項に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項９】
前記凹部の表面と前記ｎ側電極との接触面積は、前記窒化物半導体発光チップの平面視における面積の５％以上且つ１８％以下である、請求項１から８の何れか１項に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項１０】
前記凹部の表面には、微細凹凸が設けられている、請求項１から９の何れか１項に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項１１】
前記角度θ１は４５°以上且つ９０°以下である、請求項１に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項１２】
前記角度θ１は略９０°である、請求項１１に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項１３】
非極性面又は半極性面の主面を有する導電性基板と、
前記主面の上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層の上に形成され、偏光光を出射する活性層と、
前記活性層の上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記導電性基板と接触するように設けられたｎ側電極と、
を備えた窒化物半導体発光チップであって、
前記導電性基板は、前記主面とは反対側の裏面に形成された凹部を有し、
前記ｎ側電極は、前記凹部の表面の少なくとも一部と接触し、
前記導電性基板の厚さをＴとし、前記凹部の深さをＤ１とした場合に、深さＤ１は厚さＴの２５％以上であり、
前記導電性基板は、前記裏面のうち前記凹部が形成されていない領域に設けられた凹凸構造を有し、
前記凹凸構造の大きさは、前記凹部の深さよりも小さく、
前記凹凸構造は、ストライプ構造であり、
前記ストライプ構造の延伸方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度をθ２とした場合に、角度θ２は０°以上且つ４５°以下であり、
前記凹部は一方向に延伸する溝部であり、
前記溝部の延伸方向と前記活性層からの光の偏光方向とがなす角度をθ１とした場合に、角度θ１は２５°以上且つ９０°以下である、窒化物半導体発光チップ。
【請求項１４】
前記角度θ２は０°以上且つ２５°以下である、請求項１３に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項１５】
前記角度θ２は略０°である、請求項１４に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項１６】
非極性面又は半極性面の主面を有する導電性基板と、
前記主面の上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層の上に形成され、偏光光を出射する活性層と、
前記活性層の上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記導電性基板と接触するように設けられたｎ側電極と、
を備えた窒化物半導体発光チップであって、
前記導電性基板は、前記主面とは反対側の裏面に形成された凹部と、前記裏面に設けられ、互いに交差する第１の溝部及び第２の溝部とを有し、
前記第１の溝部及び前記第２の溝部は、互いの交点で前記凹部と接続され、
前記ｎ側電極は、前記凹部の表面の少なくとも一部と接触し、
前記導電性基板の厚さをＴとし、前記凹部の深さをＤ１とした場合に、深さＤ１は厚さＴの２５％以上であり、且つ前記凹部の深さは、第１の溝部の深さ及び第２の溝部の深さよりも深い、窒化物半導体発光チップ。
【請求項１７】
前記凹部の深さＤ１は、前記第１の溝部及び前記第２の溝部の深さＤ２の略２倍である、請求項１６に記載の窒化物半導体発光チップ。
【請求項１８】
請求項１から１７の何れか１項に記載の１つ又は複数の窒化物半導体発光チップが、前記導電性基板の裏面側が光取り出し面となるように保持された実装基板と、
前記実装基板の上に形成された配線と、
前記窒化物半導体発光チップと前記配線とを電気的に接続する接続部材と、
前記窒化物半導体発光チップを覆うように形成された透光性部材と、
を備えた、窒化物半導体発光装置。
【請求項１９】
前記ｎ側電極は、さらに、前記凹部が形成された部分以外の前記導電性基板の主面、前記第２の凹凸構造の表面、前記第１の溝部の表面、又は前記第２の溝部の表面の少なくとも一部と接触し、
前記接続部材は、前記凹部が形成された部分以外の前記導電性基板の主面、前記第２の凹凸構造の表面、前記第１の溝部の表面、又は前記第２の溝部の表面の上で前記ｎ側電極と接続されたワイヤである、請求項１８に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項２０】
前記透光性部材は、前記活性層から放出される光の波長を変換するための蛍光体を含む、請求項１８又は１９に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項２１】
請求項１から２０の何れか１項に記載の窒化物半導体チップの製造方法であって、
前記凹部は、研削法又は熱融解法によって形成する、窒化物半導体チップの製造方法。
【請求項２２】
前記研削法は、ダイシングブレードによる研削法である、請求項２１に記載の窒化物半導体チップの製造方法。
【請求項２３】
前記熱融解法は、レーザによる熱融解法である、請求項２１に記載の窒化物半導体チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光チップ及びそれを備えた窒化物半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｖ族元素に窒素（Ｎ）を含む窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。なかでも、窒化ガリウム系化合物半導体の研究が盛んに行われており、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子及び緑色ＬＥＤ素子、並びに青色半導体レーザ素子も実用化されている。【０００３】
窒化ガリウム系化合物半導体は、ガリウム（Ｇａ）の一部を、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）の少なくとも一方で置換した化合物半導体を含む。このような窒化物半導体は、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（但し、０≦ｘ，ｚ＜１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表される。以下、窒化ガリウム系化合物半導体をＧａＮ系半導体と呼ぶ。【０００４】
ＧａＮ系半導体は、ＧａをＡｌやＩｎで置換することにより、そのバンドギャップをＧａＮのバンドギャップよりも大きくすることも小さくすることも可能である。これにより、青色又は緑色等の短波長の光のみならず、オレンジ色又は赤色等の長波長の光を発光させることも可能となる。このような特徴から、窒化物半導体発光素子は、画像表示装置及び照明装置等に応用することも期待されている。【０００５】
窒化物半導体はウルツ鉱型結晶構造を有している。図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、ウルツ鉱型結晶構造の面方位を４指数表記（六方晶指数）で表している。４指数表記では、ａ１、ａ２、ａ３及びｃで表される基本ベクトルを用いて結晶面及びその面方位が表される。基本ベクトルｃは、［０００１］方向に延びており、この方向の軸は「ｃ軸」と呼ばれる。ｃ軸に垂直な面（ｐｌａｎｅ）は「ｃ面」又は「（０００１）面」と呼ばれる。図１（ａ）には、ｃ面の他に、ａ面「＝（１１−２０）面」及びｍ面「＝（１−１００）面」を示している。また、図１（ｂ）には、ｒ面「＝（１−１０２）面」を示し、図１（ｃ）には、（１１−２２）面を示している。なお、本明細書においては、ミラー指数を表すカッコ内の数字の左側に付された符号「−」は、その指数の反転を便宜的に表しており、図中の「バー」と対応する。【０００６】
図２（ａ）はＧａＮ系半導体の結晶構造を棒球モデルで表している。図２（ｂ）はｍ面表面付近の原子配列をａ軸方向から観察した棒球モデルである。ｍ面は、図２（ｂ）の紙面に垂直である。図２（ｃ）は、＋ｃ面表面の原子配列をｍ軸方向から観察した棒球モデルである。ｃ面は、図２（ｃ）の紙面に垂直である。図２（ａ）及び図２（ｂ）から分かるように、ｍ面に平行な平面上にＮ原子及びＧａ原子が位置している。これに対して、ｃ面では、図２（ａ）及び図２（ｃ）から分かるように、Ｇａ原子のみが配置される層と、Ｎ原子のみが配置される層とが形成される。【０００７】
従来から、ＧａＮ系半導体を用いて半導体素子を作製する場合は、窒化物半導体結晶を成長させる基板として、ｃ面基板すなわち（０００１）面を主面とする基板が用いられている。この場合、Ｇａ原子及びＮ原子の配置に起因して、窒化物半導体にはｃ軸方向に自発的な分極（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が生成される。このため、「ｃ面」は「極性面」とも呼ばれる。分極の結果、窒化物半導体発光素子の発光層を構成するＩｎＧａＮからなる量子井戸層には、ｃ軸方向に沿ってピエゾ電界が発生する。発生したピエゾ電界により、発光層内における電子及びホールの分布に位置ずれが生じ、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果によって、発光層の内部量子効率が低下するという問題がある。この発光層における内部量子効率の低下を抑制するため、（０００１）面に形成される発光層の厚さは３ｎｍ以下となるように設計されている。【０００８】
さらに近年、非極性面と呼ばれるｍ面若しくはａ面、又は半極性面と呼ばれる−ｒ面若しくは（１１−２２）面を主面とする基板を用いて、発光素子を作製することが検討されている。図１に示すように、ウルツ鉱型結晶構造におけるｍ面はｃ軸に平行であり、ｃ面と直交する６つの等価な面である。例えば、図１において［１−１００］方向に垂直な（１−１００）面がｍ面に該当する。（１−１００）面と等価な他のｍ面には、（−１０１０）面、（１０−１０）面、（−１１００）面、（０１−１０）面及び（０−１１０）面がある。【０００９】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ｍ面においては、Ｇａ原子及びＮ原子は同一の原子面上に存在するため、ｍ面に垂直な方向に分極は発生しない。このため、ｍ面を成長面とする半導体積層構造を用いて発光素子を作製すれば、発光層にピエゾ電界が発生せず、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果による内部量子効率の低下という問題を解決することができる。このことは、ｍ面以外の非極性面であるａ面でも同様であり、また、半極性面と呼ばれる−ｒ面又は（１１−２２）面でも類似の効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１７７４５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９７６９号公報
【特許文献３】特開２００２−１６３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
窒化物半導体結晶を用いた発光素子では、光源効率の向上が求められていた。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源効率を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、窒化物半導体層を有する導電性基板と、窒化物半導体層の主面の上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、導電性基板と接触するように設けられたｎ側電極と、を備えた窒化物半導体発光チップであって、導電性基板は、主面とは反対側の裏面の互いに分離された位置に形成された複数の凹部を有し、ｎ側電極は、凹部の表面の少なくとも一部と接触し、導電性基板の厚さをＴとし、凹部の深さをＤ１とした場合に、深さＤ１は厚さＴの２５％以上である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光源効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）はウルツ鉱型結晶構造の基本ベクトルａ１、ａ２、ａ３及びｃと、ａ面、ｃ面及びｍ面とを示す斜視図である。図１（ｂ）はウルツ鉱型結晶構造のｒ面を示す斜視図である。図１（ｃ）はウルツ鉱型結晶構造の（１１−２２）面を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）はＧａＮ系半導体の結晶構造を棒球モデルで示した図である。
【図３】図３（ａ）は第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線における模式的な断面図である。
【図４】図４（ａ）は第１の実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のIVｂ−IVｂ線における模式的な断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は第１の実施形態に係る窒化物半導体発光チップに設けられるｎ側電極の変形例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は第１の実施形態に係る窒化物半導体発光チップに設けられるｎ側電極の変形例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｄ）は第１の実施形態に係る窒化物半導体発光チップに設けられるｎ側電極の他の変形例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は第１の実施形態に係る窒化物半導体発光チップに設けられるｎ側電極の配置に係る変形例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図９】図９（ａ）は第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のIXｂ−IXｂ線における模式的な断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は第２の実施形態に係る窒化物半導体発光チップの変形例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）のXIｂ−XIｂ線における模式的な断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は第３の実施形態に係る窒化物半導体発光チップの変形例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は評価用の窒化物半導体発光装置を示す模式的な平面図である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のXIIIｂ−XIIIｂ線における模式的な断面図である。
【図１４】図１４は評価用の窒化物半導体発光装置におけるｎ側電極の面積率と光出力との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５（ａ）はｎ側電極の面積率が基板抵抗に与える影響を説明するための評価用素子を示す模式的な断面図である。図１５（ｂ）は評価用素子におけるｎ側電極の面積率と基板抵抗との関係を示すグラフである。
【図１６】図１６は凹部の深さＤ１が基板抵抗に与える影響を計算するための評価用素子を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図１７】図１７は凹部の深さＤ１と基板抵抗との関係をｎ側電極の面積率と共に示すグラフである。
【図１８】図１８（ａ）及び図１８（ｂ）はｎ側電極の配置が基板抵抗に与える影響を計算するための評価素子を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図１９】図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は凹部の深さＤ１と基板抵抗との関係を電極の配置数と共に示すグラフである。
【図２０】図２０（ａ）〜図２０（ｅ）は偏光特性を有する発光光の光の経路にストライプ状の凹凸構造を設けた場合の光取り出しの概略を示す平面図及び断面図である。
【図２１】図２１はストライプ状の凹凸構造に対する凸部の幅の比率と、凸部の上面に入射する光の割合との関係を示すグラフである。
【図２２】図２２はストライプ状の凹凸構造の上面から活性層までの距離に対する凹部の幅の割合と、凸部の上面に入射する光の割合との関係を示すグラフである。
【図２３】図２３は高密度パルスレーザ光の走査速度と、凹部の壁面が基板の法線方向（ｍ軸方向）となす角度αとの関係を示すグラフである。
【図２４】図２４はレーザ光の走査速度と凹部の表面粗さＲａとの関係を示すグラフである。
【図２５】図２５は実施例１に係る基板抵抗評価用素子の概略構成を示す平面図及び断面図である。
【図２６】図２６は実施例１に係る基板抵抗評価用素子における凹部の数と値基板抵抗値との関係を示すグラフである。
【図２７】図２７は実施例２に係る基板抵抗評価用素子の概略構成を示す平面図及び断面図である。
【図２８】図２８（ａ）は高密度パルスレーザ光によって作製された凹部の光学顕微鏡写真である。図２８（ｂ）はレーザ段差測定装置を用いて測定した凹部の形状を示す測定図である。
【図２９】図２９は実施例２に係る基板抵抗評価用素子における第１の凹部（交点）の数と値基板抵抗値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の一実施形態は、窒化物半導体層を有する導電性基板と、窒化物半導体層の主面の上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、導電性基板と接触するように設けられたｎ側電極と、を備えた窒化物半導体発光チップであって、導電性基板は、主面とは反対側の裏面の互いに分離された位置に形成された複数の凹部を有し、ｎ側電極は、凹部の表面の少なくとも一部と接触し、導電性基板の厚さをＴとし、凹部の深さをＤ１とした場合に、深さＤ１は厚さＴの２５％以上である。
【００１７】
深さＤ１は、厚さＴの４４％以上であってもよい。
【００１８】
また、深さＤ１は、厚さＴの５７％以上であってもよい。
【００１９】
また、深さＤ１は、厚さＴの７６％以上であってもよい。
【００２０】
厚さＴは、８０μｍ以上且つ２００μｍ以下であってもよい。
【００２１】
また、厚さＴは、１００μｍ以上且つ１５０μｍ以下であってもよい。
【００２２】
凹部は、窒化物半導体発光チップの平面視における面積２２５００μｍ２当たり少なくとも１個となる密度で配置されていてもよい。
【００２３】
また、凹部は、窒化物半導体発光チップの平面視における面積１００００μｍ２当たり少なくとも１個となる密度で配置されていてもよい。
【００２４】
凹部の表面とｎ側電極との接触面積は、窒化物半導体発光チップの平面視における面積の５％以上且つ１８％以下であってもよい。
【００２５】
導電性基板は、凹部の表面に設けられた微細な第１の凹凸構造を有していてもよい。
【００２６】
凹部は一方向に延伸する溝部であり、溝部の延伸方向と活性層からの光の偏光方向とがなす角度をθ１とした場合に、角度θ１は２５°以上且つ９０°以下であってもよい。
【００２７】
また、角度θ１は４５°以上且つ９０°以下であってもよい。
【００２８】
また、角度θ１は略９０°であってもよい。
【００２９】
導電性基板は、裏面のうち凹部が形成されていない領域に設けられた第２の凹凸構造を有し、第２の凹凸構造は、凹部の深さよりも小さくてもよい。
【００３０】
第２の凹凸構造はストライプ構造であり、該ストライプ構造の延伸方向と活性層からの光の偏光方向とがなす角度をθ２とした場合に、角度θ２は０°以上且つ４５°以下であってもよい。
【００３１】
また、角度θ２は０°以上且つ２５°以下であってもよい。
【００３２】
また、角度θ２は略０°であってもよい。
【００３３】
導電性基板は、裏面に設けられ、互いに交差する第１の溝部及び第２の溝部を有し、第１の溝部及び第２の溝部は、互いの交点で凹部と接続されていてもよい。
【００３４】
本開示の他の実施形態は、窒化物半導体層を有する導電性基板と、窒化物半導体層の主面の上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、導電性基板と接触するように設けられたｎ側電極と、を備えた窒化物半導体発光チップであって、導電性基板は、主面とは反対側の裏面に形成された凹部と、裏面に設けられ、互いに交差する第１の溝部及び第２の溝部とを有し、第１の溝部及び第２の溝部は、互いの交点で凹部と接続され、ｎ側電極は、凹部の表面の少なくとも一部と接触し、導電性基板の厚さをＴとし、凹部の深さをＤ１とした場合に、深さＤ１は厚さＴの２５％以上である。
【００３５】
凹部の深さＤ１は、第１の溝部及び第２の溝部の深さＤ２の略２倍であってもよい。
【００３６】
また、窒化物半導体層は、非極性面又は半極性面を主面とし、活性層は、偏光光を放出してもよい。
【００３７】
また、本開示の他の実施形態は、１つ又は複数の窒化物半導体発光チップが、導電性基板裏面側が光取り出し面となるように保持された実装基板と、実装基板の上に形成された配線と、窒化物半導体発光チップと配線とを電気的に接続する接続部材と、窒化物半導体発光チップを覆うように形成された透光性部材とを備えている。
【００３８】
ｎ側電極は、さらに、凹部が形成された部分以外の導電性基板の主面、第２の凹凸構造の表面、第１の溝部の表面、又は第２の溝部の表面の少なくとも一部と接触し、接続部材は、凹部が形成された部分以外の導電性基板の主面、第２の凹凸構造の表面、第１の溝部の表面、又は第２の溝部の表面の上でｎ側電極に接続されたワイヤであってもよい。
【００３９】
透光性部材は、活性層から放出される光の波長を変換するための蛍光体を含んでいてもよい。
【００４０】
また、本開示の他の実施形態は、窒化物半導体チップの製造方法であって、凹部は、研削法又は熱融解法によって形成する。
【００４１】
研削法には、ダイシングブレードによる研削法を用いてもよい。
【００４２】
熱融解法には、レーザによる熱融解法を用いてもよい。
【００４３】
ところで、ｍ面を成長面とする窒化物半導体活性層は、電界強度が主としてａ軸方向に偏った光を出射する。
【００４４】
ａ面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、ｍ軸であることが知られている。
【００４５】
半極性面である（２０−２−１）面及び（２０−２１）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、［−１２−１０］方向であることが知られている。
【００４６】
半極性面である（１０−１−３）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、窒化物半導体活性層のインジウム（Ｉｎ）の組成が大きい場合には［−１２−１０］方向であり、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が小さい場合には［１１−２３］方向であることが知られている。
【００４７】
半極性面である（１１−２２）面を成長面とする窒化物半導体活性層からの光の偏光方向は、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が大きい場合にはｍ軸方向であり、窒化物半導体活性層のＩｎの組成が小さい場合には［−１−１２３］方向であることが知られている。
【００４８】
本明細書においては、ｍ面を主面とするＧａＮ層を有する導電性基板を例に挙げ議論する。但し、−ｒ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面及び（１１−２２）面等の半極性面、又はａ面等の非極性面を主面とするＧａＮ層を有する導電性基板ついても同様のことがいえる。
【００４９】
本開示において、「ｍ面」とは、ｍ面に対して完全に平行な面のみだけでなく、ｍ面から±５°程度以下の角度だけ傾斜した面をも含む。ｍ面から僅かに傾斜する程度では、自発分極の影響は極めて小さい。一方、結晶成長技術において、結晶方位が所望の方位と厳密に一致した基板から僅かに傾斜した基板上の方が半導体層をエピタキシャル成長させやすい場合がある。従って、自発分極の影響を十分に抑制しながら、エピタキシャル成長する半導体層の結晶の品質を向上させたり、結晶成長速度を高めたりするために結晶面を僅かに傾斜させることが有用な場合もある。
【００５０】
また、「ａ面」、「（２０−２１）面」、「（２０−２−１）面」、「（１０−１−３）面」、「−ｒ面」及び「（１１−２２）面」についても同様のことがいえるので、本明細書において、「ａ面」、「（２０−２１）面」、「（２０−２−１）面」、「（１０−１−３）面」、「−ｒ面」及び「（１１−２２）面」とは、ａ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、−ｒ面及び（１１−２２）面に対して完全に平行な面のみだけでなく、ａ面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１−３）面、−ｒ面、及び（１１−２２）面から、±５°程度以下の角度だけ傾斜した面をも含む。
【００５１】
従来の非極性面又は半極性面を主面とする窒化物半導体基板を用いた窒化物半導体発光チップは、基板の抵抗率が高いことに加え、基板の厚さを薄くできないため、動作電圧が下げられないという課題が本発明者らの検討によって明らかとなってきた。特に、ｐ側電極を実装基板と対向させ、導電性基板の裏面にｎ側電極を形成して電流を縦方向に流す窒化物半導体発光チップにおいては、基板抵抗が動作電圧に大きな影響を与えることが明らかとなった。さらに、ｎ側電極の基板への配置は、光取り出しに大きな影響を与えることが明らかとなった。
【００５２】
例えば、上述の特許文献１に記載の窒化物半導体レーザ素子は、オーミック接触性、密着性及び耐熱性に優れた裏面電極を形成する目的で、窒化物半導体基板の裏面に、深さが２μｍ〜１０μｍの溝と、窒素極性の平坦部とを備えた構造を有している。
【００５３】
例えば、特許文献２に記載の窒化物半導体レーザ素子は、放熱性を高め、信頼性を向上する目的で、窒化物半導体基板の裏面に、深さが数μｍから１０μｍ程度の凹部を形成して、基板の表面積を３倍以上に増大させる構造が記載されている。
【００５４】
例えば、特許文献３に記載の窒化物半導体レーザ素子は、接触抵抗を低減する目的で、電極形成領域に深さが数百ｎｍから数μｍ程度の凹凸を形成することにより接触面積を拡大する構造が記載されている。
【００５５】
しかしながら、特許文献１から特許文献３に記載の、電流を縦方向に流す窒化物半導体レーザ構造においては、基板自体が光取り出し面とはならないことから、ｎ側電極の面積を十分に大きくすることができるため、基板抵抗が問題とはならない。
【００５６】
これに対し、非極性面又は半極性面を主面とする窒化物半導体結晶を用いて電流をｐ側電極からｎ側電極へと縦方向に流す発光ダイオード素子の場合は、光取り出し面に形成されるｎ側電極の面積を大きくすることができない。さらに、導電性を有する基板は、その膜厚が比較的に厚く且つ抵抗率が高いことから、発光素子の抵抗がｎ型の窒化物半導体層及び基板の抵抗によって律速されてしまい、動作電圧を下げられず、電力利用効率等の光源効率が低くなる。
【００５７】
以下、主面が非極性面又は半極性面であって、活性層から偏光光を放出する例を挙げて説明するが、本開示の実施形態は、極性面が主面であって、活性層から偏光光を放出しない場合にも、抵抗低減の効果が得られることはいうまでもない。
【００５８】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置について図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しながら説明する。
【００５９】
図３（ａ）は第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の平面構成を模式的に示している。図３（ｂ）は図３（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線における断面構成を模式的に示している。
【００６０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、実装基板１０１と、該実装基板１０１の上に選択的に形成された電極パターンを有する配線電極１０２と、実装基板１０１における配線電極１０２の一のパターン上に固着されて実装された窒化物半導体発光チップ１００と、該窒化物半導体発光チップ１００と配線電極１０２の他のパターンとを接続する接続部材であるワイヤ１１０と、配線電極１０２及びワイヤ１１０を含め、窒化物半導体発光チップ１００を覆うように形成された透光性部材１１１とを備えている。
【００６１】
また、図３（ｂ）に示すように、窒化物半導体発光チップ１００は、配線電極１０２の上にｐ側電極１０８と接続され、いわゆるジャンクションダウン接続又はフリップチップ接続されて実装されている。従って、ここでは、窒化物半導体発光チップ１００は、ｍ面を主面とするＧａＮ層（以下、ｍ面ＧａＮ層）を有する導電性基板１０４と、該導電性基板１０４の下側にエピタキシャル成長した複数の窒化物半導体層とを有している。
【００６２】
すなわち、窒化物半導体発光チップ１００は、導電性基板１０４におけるｍ面ＧａＮ層の主面上に形成されたｎ型窒化物半導体層１０５と、ｎ型窒化物半導体層１０５の上に形成された窒化物半導体からなる活性層１０６と、活性層１０６の上に形成されたｐ型窒化物半導体層１０７と、ｐ型窒化物半導体層１０７の上に接するように形成されたｐ側電極１０８と、導電性基板１０４の裏面（主面とは反対側の面）に設けられた凹部１０４ａの内面に接するように形成されたｎ側電極１０９とを含む。
【００６３】
なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）は例示であり、導電性基板１０４の主面のＧａＮ層は、非極性面又は半極性面であればよい。この場合は、活性層１０６は偏光光を出射する。
【００６４】
導電性基板１０４には、主面が非極性面又は半極性面であるＧａＮ基板を用いることができる。また、ＧａＮ基板に代えて、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）基板等を用いることも可能である。この場合、導電性基板１０４の主面に成長するＧａＮの非極性面又は半極性面が成長面として形成されるような面方位を選択する必要がある。導電性基板１０４の厚さは、８０μｍ程度以上且つ２００μｍ程度以下であってもよい。また、その厚さは１００μｍ程度以上且つ１５０μｍ程度以下であってもよい。導電性基板１０４の厚さが８０μｍ以上であることにより、製造工程の取扱い時に割れるおそれを低減することができる。また、導電性基板１０４の厚さが２００μｍ以下であることにより、基板抵抗が低減され、また、小片化が容易となる。このように、窒化物半導体層のエピタキシャル成長用の基板として、導電性を有する基板を用いた場合は、ｐ側電極１０８からｎ側電極１０９に向かって縦方向に電流を流すことができるという利点がある。但し、取扱いを考慮すると、導電性基板１０４の厚さを十分に薄くすることが難しい。
【００６５】
ｎ型窒化物半導体層１０５、活性層１０６及びｐ型窒化物半導体層１０７の成長面は、ｍ面にほぼ平行となる。すなわち、これらの半導体層は、ｍ軸方向に積層されている。なお、ｎ型窒化物半導体層１０５と活性層１０６との間には、他の半導体層が形成されていてもよい。また、活性層１０６とｐ型窒化物半導体層１０７との間にも、他の半導体層が形成されていてもよい。ここで、窒化物半導体として、窒化ガリウム系化合物からなる半導体（以下、ＧａＮ系半導体と呼ぶ。）を例に挙げて説明する。ＧａＮ系半導体は、一般式がＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（但し、０≦ｘ，ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）で表される半導体を含む。
【００６６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、窒化物半導体発光チップ１００は、ｐ側電極１０８が実装基板１０１上の一のパターンの配線電極１０２と接続するように実装されている。また、ｎ側電極１０９と他のパターンの配線電極１０２とは、ワイヤ１１０によって接続されている。実装基板１０１を構成する主材料には、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）若しくはガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくはタングステン（Ｗ）等を含む金属材料、シリコン（Ｓｉ）若しくはゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体材料、又はこれらの複合材料等を用いることができる。配線電極１０２を構成する材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。ワイヤ１１０には、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の金属を用いることができる。
【００６７】
透光性部材１１１の材料として、窒化物半導体発光チップ１００及びワイヤ１１０等を封止可能な樹脂材、例えばエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂を用いることができる。図３（ｂ）は、透光性部材１１１の形状が半球状の例である。半球状から歪んだ形状又は立方体形状等、透光性部材１１１の形状は任意の形状で構わない。さらに、透光性部材１１１には、蛍光体を含んでいてもよい。
【００６８】
ｎ型窒化物半導体層１０５は、例えばｎ型のＡｌｕＧａｖＩｎｗＮ（但し、０≦ｕ，ｖ，ｗ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）から形成される。ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用いることができる。
【００６９】
活性層１０６は、ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（但し、０≦Ｙ＜１）からなる複数の障壁層と、該障壁層によりその上下を挟まれたＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜Ｘ≦１）からなる少なくとも１つの井戸層とを含む。活性層１０６に含まれる井戸層は単一層であってもよい。また、活性層１０６は、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有していてもよい。窒化物半導体発光チップ１００から放射される光の波長は、井戸層の半導体組成であるＩｎｘＧａ１−ｘＮ半導体におけるＩｎの組成ｘによって決まる。
【００７０】
ｐ型窒化物半導体層１０７は、例えばｐ型のＡｌｓＧａｔＮ（但し、０≦ｓ，ｔ≦１、ｓ＋ｔ＝１）半導体から形成される。ｐ型ドーパントとして、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を用いることができる。ｐ型ドーパントは、Ｍｇ以外に、例えば亜鉛（Ｚｎ）又はベリリウム（Ｂｅ）等を用いてもよい。ｐ型窒化物半導体層１０７において、Ａｌの組成ｓは、厚さ方向に一様であってもよく、また、Ａｌの組成ｓが厚さ方向に連続的に又は階段的に変化していてもよい。ｐ型窒化物半導体層１０７の厚さは、例えば、０．０５μｍ〜２μｍ程度である。ｐ型窒化物半導体層１０７の上面の近傍、すなわちｐ側電極１０８との界面の近傍はＡｌの組成ｓが０、すなわちＧａＮから形成されていてもよい。この場合、ＧａＮはｐ型の不純物が高濃度で含まれ、ｐ側電極１０８に対するコンタクト層として機能してもよい。
【００７１】
ｐ側電極１０８は、ｐ型窒化物半導体層１０７の表面のほぼ全体を覆っていてもよい。ｐ側電極１０８は、パラジウム（Ｐｄ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ｐｄ／Ｐｔ）等によって形成される。また、ｐ側電極１０８は、放射光の反射率を高めるために、銀（Ａｇ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ａｇ／Ｐｔ）、又は、Ｐｄ層、Ａｇ層及びＰｔ層を順次積層した積層構造（Ｐｄ／Ａｇ／Ｐｔ）を用いてもよい。
【００７２】
ｎ側電極１０９は、例えば、チタン（Ｔｉ）層及び白金（Ｐｔ）層を積層した積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ）等によって形成される。放射光の反射率を高めるために、Ｔｉ層、Ａｌ層及びＰｔ層を順次積層した積層構造（Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ）を用いてもよい。
【００７３】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す窒化物半導体発光チップ１００は、半導体層をエピタキシャル成長したウェハをａ軸方向及びｃ軸方向に沿って平面方形状に小片化（チップ化）されている。この場合、窒化物半導体のｃ面は劈開が容易であるため、小片化の工程を簡略化できるという利点がある。また、窒化物半導体発光チップ１００は、ａ軸方向及びｃ軸方向から０°〜４５°程度傾いた方向に沿って小片化されていてもよい。この場合、劈開性が乏しい面が窒化物半導体発光チップ１００の側面に露出することになる。このため、窒化物半導体発光チップ１００の側面に凹凸が生じやすく、この凹凸状の側面によって、放射光の光取り出しが向上するという利点がある。
【００７４】
前述したように、ｍ面を主面（且つ成長面）とする窒化物半導体からなる活性層１０６を有する窒化物半導体発光チップ１００は、ａ軸方向を偏光方向とする偏光特性を示す。
【００７５】
本実施形態においては、導電性基板１０４の裏面に凹部１０４ａが形成されており、該凹部１０４ａの内面にｎ側電極１０９が接するように形成されている。導電性基板１０４の厚さをＴとし、導電性基板１０４の裏面から凹部１０４ａの底部までの距離（凹部の深さ）をＤ１とした場合、Ｄ１は厚さＴの２５％以上であることを特徴とする。
【００７６】
深さＤ１が厚さＴの２５％以上の場合は、凹部１０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗は５％〜１０％だけ低減できる。
【００７７】
深さＤ１が厚さＴの４４％以上の場合は、凹部１０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗は１０％〜２０％だけ低減できる。
【００７８】
深さＤ１が厚さＴの５７％以上の場合は、凹部１０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗は１７％〜３０％だけ低減できる。
【００７９】
深さＤ１が厚さＴの７６％以上の場合は、凹部１０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗は３０％〜５０％だけ低減できる。
【００８０】
（第１の実施形態の第１変形例）
図４（ａ）は第１の実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体発光装置の平面構成を模式的に示している。図４（ｂ）は図４（ａ）のIVｂ−IVｂ線における断面構成を模式的に示している。
【００８１】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本変形例に係る窒化物半導体発光チップ１００は、導電性基板１０４の裏面上に、ｎ側電極１０９と接するように形成された電極（引き出し電極）１１９を有している。本変形例においては、配線電極１０２と電極１１９とが、ワイヤ１１０によって接続されている。このため、凹部１０４ａの内面に形成されたｎ側電極１０９ではなく、導電性基板１０４の膜厚が厚い領域の上に位置する電極１１９上にワイヤ１１０を形成することができる。その結果、ワイヤ形成時のダメージが活性層１０６に伝わり難くなる。
【００８２】
また、電極１１９に、ｎ側電極１０９と同様の金属材料を用いた場合には、導電性基板１０４の裏面との接触面積が増大するため、導電性基板１０４とｎ側電極１０９との接触抵抗を下げられるという利点がある。また、電極１１９には、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等の、導電性基板１０４の裏面とのオーミック接触を形成し難い電極を用いることが可能となる。
【００８３】
（ｎ側電極の平面形状に係る変形例）
図５（ａ）〜図５（ｄ）は第１の実施形態の窒化物半導体発光チップに設けられるｎ側電極１０９の平面形状に係る変形例を示している。図５には窒化物半導体発光チップ１００のみを記載する。図３及び図４においては、ｎ側電極１０９の平面形状として、円形の例を示したが、以下のように、種々の形状を取り得る。
【００８４】
例えば、図５（ａ）はｎ側電極１０９の平面形状が、歪んだ円形の場合の例である。図５（ｂ）はｎ側電極１０９の平面形状が、四角形の場合の例である。図５（ｃ）はｎ側電極１０９の平面形状が、特定の方向に延伸した、例えば長円形の場合の例である。図５（ｄ）はｎ側電極１０９の平面形状が、特定の方向に延伸した長円形で、さらに延伸方向と活性層１０６からの光の偏光方向とが角度θ１をなす場合の例である。ここで、角度θ１は２５°から９０°であってもよい。また、角度θ１は４５°から９０°であってもよい。また、角度θ１は略９０°であってもよい。このようにすると、活性層１０６から放射した光がｎ側電極１０９によって遮蔽されて、光出力が低下するという影響を低減することができる。
【００８５】
（ｎ側電極の断面形状に係る変形例）
図６（ａ）〜図６（ｃ）及び図７（ａ）〜図７（ｄ）は第１の実施形態の窒化物半導体発光チップに設けられるｎ側電極１０９の断面形状に係る変形例を示している。図６及び図７には、窒化物半導体発光チップ１００のみを記載する。図３及び図４においては、ｎ側電極１０９の断面形状として、略半円形の例を示したが、以下のように、種々の形状を取り得る。
【００８６】
例えば、図６（ａ）はｎ側電極１０９の断面形状が、四角形の場合の例である。図６（ｂ）はｎ側電極１０９の断面形状が、三角形の場合の例である。図６（ｃ）はｎ側電極１０９の断面形状が、台形の場合の例である。
【００８７】
次に、図７（ａ）〜図７（ｄ）は導電性基板１０４に形成された凹部１０４ａの内部へのｎ側電極１０９の形成状態の変形例を示している。
【００８８】
例えば、図７（ａ）はｎ側電極１０９が凹部１０４ａの下部にのみ形成されている場合の例である。図７（ｂ）は凹部１０４ａの内面上に沿って、ｎ側電極１０９が層状に形成されている場合の例である。図７（ｃ）は図７（ｂ）に示す構成に加え、導電性基板１０４の上に、ｎ側電極１０９と接続される電極１１９を設けた場合の例である。
【００８９】
図７（ｄ）は図７（ａ）に示す構成に加え、凹部１０４ａの内面上に微細な凹凸構造を設けた場合の例である。微細な凹凸構造がｎ側電極１０９と接する領域においては、ｎ側電極１０９との接触面積が増大することにより接触抵抗を低減することができる。また、微細な凹凸構造がｎ側電極１０９と接することなく露出する領域においては、光取り出しを高めることができる。微細な凹凸構造の表面粗さＲａは、λ／３０以上且つλ×５以下であってもよい。また、λ／３０以上且つλ×３以下であってもよい。また、λ／２以上且つλ×３以下であってもよい。ここで、λは活性層１０６からの光の波長である。表面粗さＲａがλ／３０≦Ｒａ≦λ×３の範囲にある場合に、微細な凹凸構造を透過する光は、レイリー散乱・ミー散乱といわれる散乱の効果を受ける。表面粗さがλ／２以上になると、拡散成分が増えていく。具体的には、活性層１０６で発生する偏光光の波長を４５０ｎｍとすると、表面粗さＲａは１５ｎｍ以上且つ２．２５μｍ以下であってもよい。また、１５ｎｍ以上且つ１．３５μｍ以下であってもよい。また、２２５ｎｍ以上且つ１．３５μｍ以下であってもよい。但し、表面粗さＲａは、凹部１０４ａの深さＤ１の値よりも小さくする必要がある。
【００９０】
このように、図７に示す変形例に係るｎ側電極１０９はいずれも、凹部１０４ａには充填されていない。
【００９１】
なお、凹部１０４ａの断面形状は、活性層１０６から離れるほど開口径が大きくなるような形状が好ましい。このような形状とすると、ｎ側電極１０９の形成が容易となる。
【００９２】
（ｎ側電極の配置に係る変形例）
図８（ａ）〜図８（ｃ）は第１の実施形態の窒化物半導体発光チップに設けられるｎ側電極１０９の配置に係る変形例を示している。図８には窒化物半導体発光チップ１００のみを記載する。図３及び図４においては、ｎ側電極１０９を１つだけ形成する例を示したが、複数のｎ側電極１０９を設けてもよい。また、複数のｎ側電極１０９を電極１１９で互いに接続してもよい。
【００９３】
例えば、図８（ａ）は、４つのｎ側電極１０９が導電性基板１０４に形成されている場合の例である。図８（ｂ）は、特定の方向に延伸して並設された２つの平面長円形状のｎ側電極１０９が形成されている場合の例である。ここで、各ｎ側電極１０９の延伸方向と活性層１０６から光の偏光方向とがなす角度は、２５°から９０°であってもよい。
【００９４】
図８（ｃ）は、４つのｎ側電極１０９が形成されており、隣接する４つのｎ側電極１０９が互いに配線１１９で接続されている場合の例である。この場合、ｎ側電極１０９にワイヤ１１０を接続してもよく、また、図４（ａ）及び図４（ｂ）で示した例と同様に、導電性基板１０４の膜厚が厚い領域に位置する配線１１９上にワイヤ１１０を形成してもよい。
【００９５】
このように、複数のｎ側電極１０９を形成することにより、単数のｎ側電極１０９の接触面積と、複数のｎ側電極１０９の接触面積とが同一、すなわち接触抵抗が同一であったとしても、複数のｎ側電極１０９を設ける場合の方が、導電性基板１０４に流れる電流の集中を抑制することが可能となる。従って、窒化物半導体発光装置１００の動作電圧を低減することができる。
【００９６】
なお、後述するように、導電性基板１０４の一辺が例えば３００μｍ角で、該導電性基板１０４の裏面上に複数のｎ側電極１０９を形成する場合には、ｎ側電極１０９を導電性基板１０４の裏面の面積２２５００μｍ２当たり１個配置すると、裏面の面積９００００μｍ２当たり１個配置する場合と比べて、基板抵抗を２分の１程度に低減することができる。また、基板１０４の裏面の面積１００００μｍ２当たり１個配置すると、９００００μｍ２当たり１個配置する場合と比べて、基板抵抗を５分の２程度に低減することができる。
【００９７】
また、後述するように、導電性基板１０４に形成される凹部１０４ａとｎ側電極１０９との接触面積は、導電性基板１０４の裏面の面積の５％以上であってもよい。このようにすると、凹部１０４ａとｎ側電極１０９との間の接触抵抗の影響を低減することができる。また、凹部１０４ａとｎ側電極１０９との接触面積は、導電性基板１０４の裏面の面積の１８％以下であってもよい。このようにすると、活性層１０６から放出される光がｎ側電極１０９によって遮蔽されて、光出力が低下するという影響を１０％以下に抑制することが可能となる。
【００９８】
また、後述するように、平面視において、導電性基板１０４の凹部１０４ａが形成される領域の面積は、導電性基板１０４の裏面の面積に対して３０％以下であってもよい。このようにすると、導電性基板１０４の機械強度が保たれるため、取扱い時の基板割れを抑制することが可能となる。
【００９９】
また、導電性基板１０４に形成される凹部１０４ａは、該導電性基板１０４の互いに対向する両側面に到達して両側面を貫通することがないようにするとよい。導電性基板１０４に形成される凹部１０４ａが、該導電性基板１０４の対向する側面同士を貫通するように形成されていると、チップへの小片化工程において、導電性基板１０４（窒化物半導体発光チップ１００）が意図しない箇所で分割されるおそれがあるためである。
【０１００】
（製造方法）
以下、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法について図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１０１】
まず、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等により、ｍ面を主面とするｎ型ＧａＮからなる導電性基板１０４の主面上に、ｎ型窒化物半導体層１０５をエピタキシャル成長する。すなわち、ｎ型ドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）を用い、ガリウム源であるトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３：ＴＭＧ）、及び窒素源であるアンモニア（ＮＨ３）をそれぞれ供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度で、厚さが１μｍ〜３μｍ程度のＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１０５を形成する。なお、ここでの導電性基板１０４はウェハ状態であり、一度に複数の窒化物半導体発光装置となる発光構造体を作製することができる。
【０１０２】
次に、ｎ型窒化物半導体層１０５の上に、窒化物半導体からなる活性層１０６を成長する。活性層１０６は、例えば、厚さが３ｎｍ〜１５ｎｍのＩｎ１−ｘＧａｘＮからなる井戸層と、厚さが１０ｎｍ〜３０ｎｍのＧａＮからなる障壁層とを交互に積層して、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とする。Ｉｎ１−ｘＧａｘＮからなる井戸層を形成する際には、成長中の井戸層にＩｎが確実に取り込まれるように、成長温度を７００℃〜８００℃程度に下げてもよい。窒化物半導体発光装置の用途に応じて発光波長を選択し、波長に応じたＩｎ組成ｘを決定する。例えば、波長を４５０ｎｍ（青色）とする場合には、Ｉｎ組成ｘを０．２５〜０．２７に決定する。また、波長を５２０ｎｍ（緑色）とする場合には、Ｉｎ組成ｘを０．４０〜０．４２に決定する。また、波長を６３０ｎｍ（赤色）とする場合には、Ｉｎ組成ｘを０．５６〜０．５８に決定する。
【０１０３】
次に、活性層１０６の上に、ｐ型窒化物半導体層１０７をエピタキシャル成長する。すなわち、ｐ型不純物として、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用い、ＴＭＧ及びＮＨ３を原料として供給し、９００℃以上且つ１１００℃以下程度の成長温度で、活性層１０６の上に厚さが５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度のｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１０７を形成する。ｐ型窒化物半導体層１０７の内部に、厚さが１５ｎｍ〜３０ｎｍ程度のｐ型ＡｌＧａＮ層を含んでいてもよい。ｐ型ＡｌＧａＮ層を設けることにより、キャリアである電子のオーバフローを抑制することができる。また、活性層１０６とｐ型窒化物半導体層１０７との間にアンドープＧａＮ層を設けてもよい。
【０１０４】
次に、ｐ型窒化物半導体層１０７にドープされたＭｇの活性化を図るために、８００℃〜９００℃程度の温度で、２０分間程度の熱処理を行う。
【０１０５】
次に、ｐ型窒化物半導体層１０７の上に接するように、ｐ側電極１０８を選択的に形成する。例えば、スパッタ法等により、ｐ側電極１０８として、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）との積層膜（Ｐｄ／Ｐｔ層）を形成する。その後、熱処理を行って、Ｐｄ／Ｐｔ層とｐ型窒化物半導体層１０７との間をそれぞれ合金化する。ｐ側電極１０８の表面には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）又は金錫（ＡｕＳｎ）が形成されていてもよい。
【０１０６】
次に、導電性基板１０４におけるｐ側電極１０８と反対側の面（裏面）に対して研磨を行って、該導電性基板１０４の厚さＴが５０μｍから２００μｍ程度となるまで薄膜化する。
【０１０７】
次に、薄膜化された導電性基板１０４の裏面に、所望の形状を有する凹部１０４ａを形成する。凹部１０４ａの形成には、例えば、コンタクト露光装置を用いる方法、電子線描画装置を用いる方法又はステッパ装置を用いる方法等により、レジストパターニングを行う。その後、ドライエッチング法により、レジストパターンをマスクとして導電性基板１０４に凹部１０４ａを形成する。平面視における凹部１０４ａの大きさ、凹部１０４ａの個数及び配置箇所（レイアウト）はパターニング用の露光マスクで制御することが可能である。凹部１０４ａの深さＤ１は、エッチング条件及びエッチング時間で制御することが可能である。
【０１０８】
また、凹部１０４ａの形成には、例えばダイシングブレードを用いた研削法、又は高密度レーザ光による熱融解法等を用いることができる。これらの方法では、凹部１０４ａの内面に微細な凹凸を形成することが可能である。さらに、パターニング工程が不要であり、工程を簡略化できるという利点もある。例えは、ダイシングブレードを用いた研削法の場合には、ストレートタイプのブレードを用いることにより、断面方形状の凹部１０４ａを得ることができる。また、側面にテーパを有するブレードを用いれば、断面Ｖ字状又は断面台形状の凹部１０４ａを形成することができる。凹部１０４ａの大きさ又は幅はブレードの厚さによって決まる。また、凹部１０４ａの個数及び配置箇所は、ブレードの走査方法によって制御が可能である。凹部１０４ａの深さＤ１は、研削表面とブレードの設定位置とによって決まる。このようなダイシングブレードを用いた研削では、凹部１０４ａの内面、すなわち研削面に１００ｎｍから１μｍ程度の微細な凹凸構造を形成することが可能である。例えば、高密度レーザ光による熱融解法の場合は、レーザ光によって走査された箇所に凹部１０４ａが形成される。平面視における凹部１０４ａの大きさ、凹部の個数及び配置箇所はレーザ光の走査方法によって任意に制御が可能である。同様に、凹部１０４ａの断面形状の制御も可能である。例えば、凹部１０４ａの断面形状を方形とするには、レーザ光の走査速度を速くする、又はレーザ光の焦点位置を導電性基板１０４から遠ざけるとよい。例えば、凹部１０４ａの断面形状をＶ字状又は台形状とするには、レーザ光の走査速度を遅くする、又はレーザ光の焦点位置を導電性基板１０４に近づけるとよい。さらに、レーザ光をパルス状に強度変調することにより、図７（ｄ）に示したように、凹部１０４ａの内面に微細な凹凸構造を形成することもできる。微細な凹凸構造の表面粗さＲａは、レーザ光の焦点位置と走査速度とによって制御が可能である。例えば、微細な凹凸構造の表面粗さＲａを大きくする場合には、レーザ光の走査速度を遅くする、又はレーザ光の焦点位置を導電性基板１０４から遠ざけるとよい。逆に、表面粗さＲａを小さくする場合には、レーザ光の走査速度を速くする、又はレーザ光の焦点位置を導電性基板１０４に近づけるとよい。具体的には、レーザ光の走査速度が５０ｍｍ／ｓから３００ｍｍ／ｓの範囲において、主面の法線方向と凹部の内面（側面）とがなす角度を、１５°から７５°の範囲で制御することが可能である。また、レーザ光の走査速度が、例えば５０ｍｍ／ｓから３００ｍｍ／ｓの範囲において、微細な凹凸構造の表面粗さＲａは、２０ｎｍから１μｍ程度の範囲で制御が可能である。高密度パルスレーザ光による熱融解を用いて凹部１０４ａを形成した場合には、溶融によって付着した残渣をウェットエッチングによって取り除くことが好ましい。ウェットエッチングに用いる溶液は、例えば、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ３）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いることができる。このようにダイシングブレードを用いた研削法、又は高密度レーザ光による熱融解法によって凹部１０４ａを形成することにより、図７（ｄ）に示した変形例の作製が可能となる。
【０１０９】
次に、凹部１０４ａの内面と接するように、ｎ側電極１０９を形成する。ここでは、ｎ側電極１０９として、例えばＴｉとＰｔとの積層膜（Ｔｉ／Ｐｔ層）を形成する。さらに、ｎ側電極１０９の表面のうち、ワイヤ１１０と接続される領域には、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ又はＡｕＳｎが形成されていてもよい。その後、熱処理を行って、ｎ側電極１０９と導電性基板１０４との間をそれぞれ合金化する。
【０１１０】
次に、レーザ溶融装置、又はダイヤモンドスクライブ装置を用いて、基板１０４の裏面側又は表面側に分離溝を形成した後、ブレーキング装置を用いて小片に分割する。分離溝の深さは、凹部１０４ａの深さＤ１よりも深くすることができる。基板１０４が意図しない箇所で分割されるおそれがあるためである。このようにして、窒化物半導体発光チップ１００が完成する。
【０１１１】
次に、小片化された個々の窒化物半導体発光チップ１００は、実装基板１０１の実装面上に固着されて実装される。
【０１１２】
まず、実装基板１０１を用意する。実装基板１０１の主材料として、前述したように、アルミナ、ＡｌＮ、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料、Ａｌ、Ｃｕ若しくはＷ等を含む金属材料、Ｓｉ若しくはＧｅ等の半導体材料、又はこれらの複合材料等を用いることができる。配線電極１０２を構成する材料として、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ又はＣｕ等の金属を用いることができる。配線電極形成用の金属膜は、スパッタ法又はめっき法等の成膜工程により、実装基板１０１の表面上に成膜される。続いて、リソグラフィ工程等により、成膜された金属膜の上に、所望のレジストパターンが施される。その後、ドライエッチング法又はウエットエッチング法により、レジストパターンが配線電極１０２に転写されて、所望の電極パターンを有する配線電極１０２が形成される。配線電極１０２の表面に、ＡｕＳｎからなる半田を成膜してもよい。
【０１１３】
このようにして用意された実装基板１０１上の配線電極１０２と、窒化物半導体発光チップ１００のｐ側電極１０８とを対向させて接続し、いわゆるジャンクションダウン実装を行う。接続方法としては、半田による合金接続法、超音波接続法、又はＡｇ等を含む導電ペースト材による接続法等を用いることができる。
【０１１４】
次に、ワイヤボンディング装置を用いて、ｎ側電極１０９と配線電極１０２を接続する。ワイヤ１１０には、Ａｕ、Ａｌ、又はＣｕ等を用いることができる。
【０１１５】
次に、実装基板１０１の上に透光性部材１１１を、塗布法等により窒化物半導体発光チップ１００、ワイヤ１１０及び配線電極１０２を覆うように形成する。透光性部材１１１の材料には、アクリル樹脂又はシリコーン樹脂を用いることができる。
【０１１６】
以上の工程により、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置を得ることができる。
【０１１７】
このように、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、導電性基板１０４の機械強度を維持しながら、基板抵抗が十分に低減される。その結果、高い光取り出しを実現しながら、光源効率を向上することができる。
【０１１８】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置について図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照しながら説明する。ここでは、第１の実施形態との違いに関して説明する。
【０１１９】
図９（ａ）は第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の平面構成を模式的に示している。図９（ｂ）は図９（ａ）のIXｂ−IXｂ線における断面構成を模式的に示している。
【０１２０】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、実装基板１０１と、該実装基板１０１の上に選択的に形成された電極パターンを有する配線電極１０２と、実装基板１０１における配線電極１０２の一のパターン上に固着されて実装された窒化物半導体発光チップ１００と、該窒化物半導体発光チップ１００と配線電極１０２の他のパターンとを接続するワイヤ１１０と、配線電極１０２及びワイヤ１１０を含め、窒化物半導体発光チップ１００を覆うように形成された透光性部材１１１とを備えている。
【０１２１】
第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の第１の実施形態と異なる点は、窒化物半導体発光チップ１００を構成する導電性基板１０４の裏面（光取り出し面）に、凹凸構造１１５が設けられている点である。導電性基板１０４の光取り出し面に凹凸構造１１５を設けることによって、活性層１０６から放射した偏光光が外部に取り出されやすくなり、結果として、光出力が向上する。凹凸構造１１５の断面形状は、図９（ｂ）に示した三角形状に限られず、台形状、半円状又は湾曲状等、種々の形状を採ることができる。また、図９（ａ）に示すように、凹凸構造１１５は、平面視において行列状に整列して形成されているが、必ずしも整列して形成される必要はなく、任意の位置に配置されていてもよい。
【０１２２】
（導電性基板に設ける凹凸構造及びｎ側電極の変形例）
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は第２の実施形態の窒化物半導体発光チップの変形例を示している。図１０には、窒化物半導体発光チップ１００のみを記載する。図１０（ａ）に示す第１変形例は、凹凸構造１１５が導電性基板１０４の裏面にストライプ状に形成されている。ストライプの断面形状は、図１０（ａ）に示した三角形状に限られず、台形状、半円状又は湾曲状等、種々の形状を採ることができる。
【０１２３】
図１０（ｂ）に示す第２変形例に係る凹凸構造１１５は、ストライプの延伸方向と活性層１０６からの光の偏光方向とが角度θ２をなすように形成されている。角度θ２は０°から４５°であってもよい。また、角度θ２は０°から２５°であってもよい。また、角度θ２は略０°であってもよい。ストライプ状の凹凸構造１１５の延伸方向と光の偏光方向とがなす角度θ２がこの範囲にあれば、光取り出しを高めることができる。さらに、角度θ２が０°から３°の範囲において、外部に出射する光の偏光度が維持される。また、角度θ２が５°から８５°の範囲において、外部に出射する光の偏光度を低減することができる。
【０１２４】
図１０（ｃ）に示す第３変形例は、ストライプ状の凹凸構造１１５の延伸方向が光の偏光方向と角度θ２をなす構成に加え、ｎ側電極１０９の平面形状が特定の方向に延伸する長方形（長円形）状を有している。ｎ側電極１０９が延伸する特定の方向は、活性層１０６からの光の偏光方向に対して角度θ１をなす。ここで、角度θ１は２５°から９０°であってもよい。また、角度θ１は４５°から９０°であってもよい。また、角度θ１は略９０°であってもよい。平面長方形状のｎ側電極１０９の延伸方向と光の偏光方向とがなす角度θ１がこの範囲にあれば、活性層１０６から放射した光がｎ側電極１０９によって遮蔽されて、光出力が低下するという影響を低減することができる。また、第２変形例と同様に、ストライプ状の凹凸構造１１５の延伸方向と光の偏光方向とがなす角度θ２は０°から４５°であってもよい。また、角度θ２は０°から２５°であってもよい。また、角度θ２は略０°であってもよい。ストライプ状の凹凸構造１１５の延伸方向と光の偏光方向とがなす角度θ２がこの範囲にあれば、光取り出しを高めることができる。さらに、角度θ２が０°から３°の範囲において、外部に出射する光の偏光度が維持される。また、角度θ２が５°から８５°の範囲において、外部に出射する光の偏光度を低減することができる。
【０１２５】
なお、導電性基板１０４の光取り出し面に設ける凹凸構造１１５の大きさは、λ／３０以上且つλ×５以下であってもよい。また、λ／３０以上且つλ×３以下であってもよい。また、λ／２以上且つλ×３以下であってもよい。ここで、λは活性層１０６からの光の波長である。具体的には、活性層１０６で発生する偏光光の波長を４５０ｎｍとすると、凹凸構造１１５の大きさは１５ｎｍ以上且つ２．２５μｍ以下であってもよい。また、１５ｎｍ以上且つ１．３５μｍ以下であってもよい。また、２２５ｎｍ以上且つ１．３５μｍ以下であってもよい。但し、凹凸構造１１５の大きさは、凹部１０４ａの深さＤ１の値よりも小さくする必要がある。
【０１２６】
図９及び図１０に示したような凹凸構造１１５を作製する場合も、ワイヤ１１０をｎ側電極１０９上に形成してもよく、また、図４（ａ）及び図４（ｂ）で示した例と同様に、凹凸構造１１５の上に引き出し電極を設け、その引き出し電極上にワイヤ１１０を形成してもよい。
【０１２７】
（製造方法）
ここでは、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法との違いに関して説明する。
【０１２８】
第１の実施形態との違いは、導電性基板１０４の裏面に凹凸構造１１５を形成する工程を含む点である。凹凸構造１１５の形成は、導電性基板１０４の裏面を薄膜化した後で、且つ、凹部１０４ａを形成する前に実施することが望ましい。
【０１２９】
ＧａＮ基板の非極性面又は半極性面は、ウェットエッチングによる加工が難しい。このため、凹凸構造１１５の形成には、まず、例えばコンタクト露光装置、電子線描画装置又はステッパ装置等を用いてレジストパターニングを行う。その後、ドライエッチング法により、レジストパターンをマスクとして、導電性基板１０４に凹凸構造１１５を形成する。凹凸構造１１５の形成工程以外の工程は、第１の実施形態で説明した方法により実施が可能である。
【０１３０】
以上のように、第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、高い光取り出しを実現しながら、基板抵抗が十分に低減され、その結果、光源効率を向上することができる。
【０１３１】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置について図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照しながら説明する。ここでは、第１の実施形態との違いに関して説明する。
【０１３２】
図１１（ａ）は第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の平面構成を模式的に示している。図１１（ｂ）は図１１（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面構成を模式的に示している。
【０１３３】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、実装基板１０１と、該実装基板１０１の上に選択的に形成された電極パターンを有する配線電極１０２と、実装基板１０１における配線電極１０２の一のパターン上に固着されて実装された窒化物半導体発光チップ１００と、該窒化物半導体発光チップ１００と配線電極１０２の他のパターンとを接続するワイヤ１１０と、配線電極１０２及びワイヤ１１０を含め、窒化物半導体発光チップ１００を覆うように形成された透光性部材１１１とを備えている。
【０１３４】
第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の第１の実施形態と異なる点は、窒化物半導体発光チップ１００の導電性基板１０４の裏面に、深さがＤ１で平面円形状の凹部１０４ａと、深さがＤ１よりも浅いＤ２を有し且つ幅が凹部１０４ａと同等であって、凹部１０４ａの上で平面十字状に交差する２つの溝部１０４ｂとが形成されている点である。
【０１３５】
凹部１０４ａには、その内面と接するように第１のｎ側電極１０９ａが形成されている。溝部１０４ｂには、その内面と接するように第２のｎ側電極１０９ｂが形成されている。ここで、深さＤ１とは、導電性基板１０４の裏面から凹部１０４ａの底部までの距離であり、深さＤ２とは、導電性基板１０４の裏面から溝部１０４ｂの底部までの距離である。
【０１３６】
図１１（ｂ）に示すように、導電性基板１０４の厚さをＴとした場合に、凹部１０４ａの深さＤ１は、厚さＴの５分の２以上であることを特徴とする。深さＤ１が厚さＴの５分の２以上である場合は、凹部１０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗を１０％だけ低減できる。さらに、深さＤ１が厚さＴの５分の３以上である場合は、凹部１０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗を２０％だけ低減できる。さらに、深さＤ１が厚さＴの５分の４以上である場合は、凹部１０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗を５０％だけ低減できる。このように、凹部１０４ａに形成された第１のｎ側電極１０９ａは基板抵抗を下げる役割を果たす。
【０１３７】
一般に、基板の厚さの５分の２以上に相当する深い凹部（アスペクト比の値が大きい凹部）の内部を金属で被覆する場合は、断線等の工程不良を発生しやすい。しかしながら、本実施形態のように、凹部の構造を、凹部１０４ａと該凹部１０４ａよりも浅い溝部１０４ｂとの２段構造とすることにより、凹部のアスペクト比の値を半分程度にまで低減することが可能となる。その結果、断線等の工程不良の発生を抑制することができる。
【０１３８】
ここで、溝部１０４ｂの深さＤ２は、凹部１０４ａの深さＤ１の半分程度であってもよい。この場合、凹部１０４ａのアスペクト比の値は半分程度となる。
【０１３９】
（ｎ側電極の変形例）
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は第３の実施形態の窒化物半導体発光チップに用いられるｎ側電極１０９の平面形状及び断面形状に係る変形例を示している。図１２には窒化物半導体発光チップ１００のみを記載する。
【０１４０】
図１２（ａ）に示す第１変形例は、平面視において、深さＤ２の４つの溝部１０４ｂが４つの交点を有している。また、深さＤ１の４つの凹部１０４ａが４つの交点の下にそれぞれ形成されている。このような構成を持つｎ側電極１０９ａ、１０９ｂによって、電流集中を抑制することができるので、基板抵抗をより低減することが可能となる。
【０１４１】
図１２（ｂ）に示す第２変形例は、図１２（ａ）に示す第１変形例に係る凹部１０４ａ及び溝部１０４ｂの構成において、第２のｎ側電極１０９ｂを溝部１０４ｂに充填しないように、その一部に形成している。すなわち、４本の第２のｎ側電極１０９ｂは、４つの凹部１０４ａに形成された第１のｎ側電極１０９ａ同士が電気的に接続される程度に形成されている。基板抵抗の低減に大きく寄与するのは凹部１０４ａに形成される第１のｎ側電極１０９ａである。このため、第２のｎ側電極１０９ｂの形成面積を小さくすることにより、光取り出しを高めることができる。
【０１４２】
図１２（ｃ）に示す第３変形例は、図１２（ｂ）に示す第２変形例に係る構成に加え、導電性基板１０４の裏面における溝部１０４ｂを除く領域にストライプ状の凹凸構造１１５が形成されている。第２の実施形態の変形例で説明したように、導電性基板１０４の裏面に凹凸構造１１５を設けることにより、光取り出しを向上させることができる。
【０１４３】
図１２（ｄ）に示す第４変形例は、図１２（ｂ）に示す第２変形例に係る構成に加え、凹部１０４ａの内面及び溝部１０４ｂの内面に微細な凹凸構造を設けている。第１の実施形態の変形例で説明したように、微細な凹凸構造がｎ側電極１０９ａ、１０９ｂと接する領域においては、ｎ側電極１０９ａ、１０９ｂとの接触面積が増大することにより接触抵抗を低減できる。また、微細な凹凸構造が露出する領域においては、光取り出しを高めることができる。
【０１４４】
図１１及び図１２に示した例において、ワイヤ１１０は、凹部１０４ａの表面と接する第１のｎ電極１０９ａの上に形成してもよく、また、溝部１０４ｂの表面と接する第２のｎ電極１０９ｂの上に形成してもよい。さらに、図４（ａ）及び図４（ｂ）で示した例と同様に、導電性基板１０４の膜厚が厚い領域に配線１１９を引き出して、その上にワイヤ１１０を形成してもよい。
【０１４５】
また、図１１及び図１２に示した例では、各溝部１０４ｂの幅及び深さが互いに同一の場合について説明したが、各溝部１０４ｂの幅及び深さは互いに異なっていてもよい。交差する２つの溝部１０４ｂの幅が互いに異なる場合は、当該交点の凹部１０４ａは、平面長円形状となる。また、交差する２つの溝部１０４ｂの深さが互いに異なる場合は、当該交点の凹部１０４ａの深さは、これら２つの溝部のそれぞれの深さの和であってもよい。
【０１４６】
（製造方法）
ここでは、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法との違いに関して説明する。
【０１４７】
第１の実施形態との違いは、互いの深さＤ１、Ｄ２が異なる凹部１０４ａと溝部１０４ｂとを形成する工程を含む点である。凹部１０４ａの形成には、ドライエッチング法、ダイシングブレードを用いる研削法若しくは高密度レーザ光による熱融解法等を、単独で又はいずれかを組み合わせて用いることができる。特に、高密度レーザ光による熱融解法を用いる場合は、深さが異なる凹部１０４ａと溝部１０４ｂとを一度の工程で形成することができる。すなわち、高密度レーザ光による熱融解法を用いると、交点が発生するようにレーザ光を走査した場合に、レーザ光の交点は該レーザ光によって２回溶融されるため、周囲の溝部１０４ｂよりも約２倍の深さを持つ凹部１０４ａを形成することができる。
【０１４８】
以上のように、第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、ｎ側電極１０９ａ、１０９ｂを形成する際の断線の問題を回避しながら、基板抵抗が十分に低減される。その結果、高い光取り出しを実現しながら、光源効率を向上することができる。
【実施例】
【０１４９】
実施例に先だって、各実施形態において説明した、（１）ｎ側電極のチップサイズに対する面積率が光出力に与える影響、（２）ｎ側電極のチップサイズに対する面積率が基板抵抗に与える影響、（３）凹部の深さＤ１が基板抵抗に与える影響、（４）ｎ側電極の配置が基板抵抗に与える影響、（５）光取り出し面における凹凸構造の延伸方向が光特性に与える影響、及び（６）高密度レーザ光による熱融解法が凹部の表面（内面）形状に与える影響に関して定量的に説明する。【０１５０】
（１）ｎ側電極のチップサイズに対する面積率が光出力に与える影響
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に、光取り出し面である導電性基板１０４の裏面に凹部１０４ａを設けない評価用の窒化物半導体発光装置を示す。【０１５１】
まず、評価用の窒化物半導体発光装置の製造方法についてその概略を説明する。【０１５２】
例えば、ＭＯＣＶＤ法により、ウェハ状態のｍ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板２０４の主面上に、厚さが約２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層２０５と、ＩｎＧａＮからなる量子井戸層及びＧａＮからなる障壁層から構成される３周期の量子井戸構造を有する活性層２０６と、厚さが０．５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層２０７とを順次形成した。【０１５３】
次に、ｐ側電極２０８としてＡｇ層を形成し、さらにＡｇ層の上にＡｕ電極を形成した。その後、ｎ型ＧａＮ基板２０４の裏面を研磨して１００μｍの厚さにまで薄くした。【０１５４】
次に、ｎ型ＧａＮ基板２０４の裏面にｎ側電極２０９として、Ｔｉ／Ａｌ層を形成した。続いて、Ｔｉ／Ａｌ層の上にＡｕ電極を形成した。ここでは、面積が異なる複数のｎ側電極２０９を形成することにより、複数のサンプルを得た。【０１５５】
次に、レーザ光によって、発光構造が形成されたウェハのｃ軸方向［０００１］とａ軸方向［１１−２０］とに、表面から数十μｍ程度の深さの分離溝を形成した。続いて、ウェハに対してブレーキングを行って、一辺が４５０μｍのｍ面ＧａＮ系半導体からなる窒化物半導体発光チップ２００を得た。【０１５６】
次に、実装基板２０１における配線電極２０２の上に、窒化物半導体発光チップ２００を、ｐ側電極２０８が対向するように実装した。ここで、配線電極２０２は、Ａｇにより構成し、実装基板２０１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により構成した。続いて、Ａｕからなるワイヤ２１０により、ｎ側電極２０９と配線電極２０２とを電気的に接続した。【０１５７】
次に、窒化物半導体発光チップ２００、ワイヤ２１０及び配線電極２０２を覆うように、実装基板２０１の上に透光性部材２１１を形成した。【０１５８】
以上により、評価用の窒化物半導体発光装置を作製した。【０１５９】
図１４は作製した評価用の窒化物半導体発光装置における、ｎ側電極の面積率（％）と注入電流３５０ｍＡにおける光出力（ｍＷ）との関係を示している。ここで、ｎ側電極の面積率（％）とは基板裏面の面積、すなわちチップサイズに対するｎ側電極の面積率である。ｎ側電極の面積率（％）の増大に伴い、略線形に光出力が低下している。これは、窒化物半導体発光チップ２００の表面が、ｎ側電極２０９によって遮蔽されることにより、光が外部に取り出されなくなったことを意味する。【０１６０】
以上の結果から、光出力の低下を１０％以下に抑えるには、ｎ側電極の面積率（％）は１８％以下が望ましい。【０１６１】
（２）ｎ側電極のチップサイズに対する面積率が基板抵抗に与える影響
図１５（ａ）はｎ側電極の面積率が基板抵抗に与える影響を説明するための評価用素子の模式的な断面構成を示している。【０１６２】
図１５（ａ）に示すように、評価用素子は、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板３０４と、一方の面（裏面）の全面に、Ｔｉ／Ａｌ層からなるｎ側電極３０９Ａを形成し、他方の面（表面）に、複数のサンプルの取得用に、面積が異なるＴｉ／Ａｌ層からなるｎ側電極パターン３０９Ｂを形成した。ここで、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板３０４においても、厚さが３２０μｍの基板と、厚さが１００μｍの基板とを準備した。これらの基板を４５０μｍ角に小片化した。【０１６３】
小片化されたｍ面ＧａＮ基板３０４の表裏面に形成されたｎ側電極パターン３０９Ｂとｎ側電極３０９Ａとの間の抵抗値を測定した。【０１６４】
このように、ｐ側電極、ｐ型窒化物半導体層及び活性層を含まない、ｎ型窒化物半導体層を用いて抵抗値を測定することにより、測定される抵抗値は、ｎ側電極３０９Ａ、３０９Ｂと、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板３０４との間のコンタクト抵抗及び基板抵抗の２つの影響に限定できる。従って、より正確な基板抵抗を評価することができる。【０１６５】
このように、本明細書においては、ｎ型の導電性基板の基板抵抗について議論する際には、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板３０４のように、ｎ型窒化物半導体層としての抵抗をいう。例えば、図３に示す窒化物半導体発光チップ１００の場合には、導電性基板１０４自体の抵抗だけでなく、該導電性基板１０４の上に成長したｎ型窒化物半導体層１０５をも含めた、ｎ型の導電性を有する窒化物半導体としての抵抗をいう。【０１６６】
図１５（ｂ）はｎ側電極の面積率（％）と抵抗値との関係を示している。上述したように、ｎ側電極の面積率（％）とは、チップサイズに対するｎ側電極の面積率である。測定した抵抗値は、ｎ側電極３０９Ａ、３０９Ｂとｎ型ｍ面ＧａＮ基板３０４との間の接触抵抗及び基板抵抗の影響を受ける。但し、裏面のｎ側電極３０９Ａは、金属膜が全面に形成されているため影響は小さい。従って、表面にその面積を幾通りかに変えて形成されるｎ側電極パターン３０９Ｂによって、ｎ側電極としての影響を強く受ける。【０１６７】
図１５（ｂ）から分かるように、ｎ側電極パターン３０９Ｂの面積率が５％未満の場合は、抵抗値が急激に上昇する。一方、ｎ側電極パターン３０９Ｂの面積率が１０％以上の場合は、抵抗値が安定する。これは、抵抗値が接触抵抗の影響を強く受けているためである。さらに、ｎ側電極パターン３０９Ｂの面積率が２０％以上の場合は、抵抗値はほぼ一定となる。この領域では、抵抗値は基板抵抗で支配される。【０１６８】
また、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板３０４の厚さが３２０μｍの場合は、厚さが１００μｍの場合と比べて抵抗値が高い。すなわち、厚さが３２０μｍの場合は、基板抵抗の影響を受けていることが分かる。【０１６９】
以上のことから、ｎ側電極とｎ型ｍ面ＧａＮ基板との間の接触抵抗を十分に下げるためには、ｎ側電極の面積率が５％以上であればよい。また、ｎ側電極の面積率は１０％以上であってもよい。【０１７０】
なお、図１５（ｂ）から見積もられる基板抵抗成分は、基板の厚さが３２０μｍの場合において０．５０Ω、基板の厚さが１００μｍの場合において０．２９Ωである。【０１７１】
（３）凹部の深さＤ１が基板抵抗に与える影響
図１６はｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４に設ける凹部４０４ａの深さＤ１が基板抵抗に与える影響を計算するための評価用素子の概略構成を示している。【０１７２】
素子のサイズは３００μｍ角とし、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４の厚さは１００μｍとした。ｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４の抵抗率は０．０２６Ωｃｍとした。ｎ側電極４０９の平面形状は正方形とし、素子のサイズに対するｎ側電極４０９の面積率を、１０％、２０％、３０％、５０％及び７０％と変化させた。ｎ側電極４０９とｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４との間の接触抵抗は、３×１０−５Ωｃｍ２とした。凹部４０４ａの深さＤ１をパラメータとして計算を行った。計算を行うのに際し、ｎ側電極４０９から流れる電流は、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４の内部において４５°の角度で広がると仮定している。【０１７３】
図１７は凹部４０４ａの深さＤ１（μｍ）と、基板抵抗（Ω）との関係を示している。図１７から分かるように、ｎ側電極４０９の面積率が大きいほど、基板抵抗は低下する。これは、ｎ側電極４０９の面積率が小さい場合、すなわち、チップサイズに対して小さいｎ側電極４０９を用いた場合は、面積率が小さいｎ側電極４０９に電流が集中するために、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４の内部で電流が十分に広がらないことを意味する。従って、ｎ側電極４０９の面積率を大きくするほうが基板抵抗を下げるためには有利である。しかしながら、ｎ側電極４０９の面積率が６０％を超えると、基板抵抗は下がり難くなる。これは、素子のサイズである３００μｍ角以上には電流が広がらないためである。【０１７４】
図１７からは、ｎ型ＧａＮからなる基板を用いる窒化物半導体レーザ素子の場合は、十分に大きい面積を持つ、例えば面積率が６０％以上のｎ側電極を形成できるため、基板抵抗が問題視されていないことが説明できる。これに対し、ｎ側電極の面積率（％）として、１８％以下が望まれるＬＥＤ素子の場合は、基板抵抗の影響が無視できない。また、深さＤ１の値を大きくすると、基板抵抗を低減できることが分かる。【０１７５】
（４）ｎ側電極の配置が基板抵抗に与える影響
図１８（ａ）は複数のｎ側電極の配置が基板抵抗に与える影響を計算するための評価用素子の概略構成を示している。素子のサイズは３００μｍ角とし、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４の厚さは１００μｍとした。ｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４の抵抗率は０．０２６Ωｃｍとした。ｎ側電極４０９の平面形状は正方形とし、素子のサイズに対するｎ側電極４０９の面積率は１０％とした。ｎ側電極４０９とｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４との間の接触抵抗は、３×１０−５Ωｃｍ２とした。凹部４０４ａの深さＤ１をパラメータとして計算を行った。【０１７６】
図１８（ａ）においては、ｎ側電極の面積率を１０％として、平面視において２×２のマトリクス状に４個のｎ側電極４０９を配置している。また、図１８（ｂ）では、ｎ側電極の面積率を１０％として、平面視において３×３のマトリクス状に９個のｎ側電極４０９を配置している。【０１７７】
図１９（ａ）は凹部１０４ａの深さＤ１（μｍ）と基板抵抗（Ω）との関係をｎ側電極の配置数を変えて示している。すなわち、図１９（ａ）は、ｎ側電極４０９が、１個、４個及び９個の配置において、凹部１０４ａの深さＤ１（μｍ）と基板抵抗（Ω）との関係を示している。ｎ側電極４０９が１個の場合の配置は、面積９００００μｍ２当たりｎ側電極４０９が１個である。ｎ側電極４０９が４個の場合の配置は、面積２２５００μｍ２当たりｎ側電極４０９が１個である。ｎ側電極４０９が９個の場合の配置は、面積１００００μｍ２当たりｎ側電極４０９が１個である。【０１７８】
図１９（ａ）に示す結果から、ｎ側電極４０９の面積率が１０％で、配置数と関係なく同一であったとしても、複数個のｎ側電極４０９を面内で分割して配置することにより、電流集中を抑制することが可能となる。その結果、基板抵抗は低減する。特に、分割配置による基板抵抗の低減効果は、深さＤ１（μｍ）が小さい領域で顕著に得られる。【０１７９】
但し、ｎ側電極４０９の分割数が多くなると、各ｎ側電極４０９を結線するための配線が必要となって、光取り出しが低下するという問題が発生する。【０１８０】
すなわち、ｎ側電極４０９の配置として、チップ面積２２５００μｍ２当たりに１個を配置することにより、基板抵抗を２分の１程度に低減することができる。また、チップ面積１００００μｍ２当たりに１個を配置することにより、基板抵抗を５分の２程度に低減することができる。また、いずれの場合おいても、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板４０４に凹部４０４ａを形成することにより、基板抵抗は低減し、且つ、凹部４０４ａの深さＤ１（μｍ）の値が大きくなるほど基板抵抗値は低減する。【０１８１】
図１９（ｂ）はｎ側電極４０９が１個、４個及び９個の配置において、凹部４０４ａの深さＤ１（μｍ）と、規格化基板抵抗との関係を示している。規格化基板抵抗とは、深さＤ１（μｍ）が０μｍの場合の値、すなわち、従来の構造による基板抵抗値で規格化した値であり、深さＤ１（μｍ）によってどの程度、基板抵抗が低減できるかを示している。【０１８２】
凹部４０４ａの深さＤ１が２５μｍ、すなわち厚さＴの２５％以上の場合は、凹部４０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗は５％から１０％だけ低減することができる。深さＤ１が４４μｍ、すなわち厚さＴの４４％以上の場合は、凹部４０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗は１０％から２０％だけ低減することができる。深さＤ１が５７μｍ、すなわち厚さＴの５７％以上の場合は、凹部４０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗は１７％から３０％だけ低減することができる。また、深さＤ１が７６μｍ、すなわち厚さＴの７６％以上の場合は、凹部４０４ａを設けない場合と比べて基板抵抗は３０％から５０％だけ低減することができる。【０１８３】
（５）光取り出し面における凹凸構造の延伸方向が光特性に与える影響
光は偏光方向に対して垂直な方向に伝播する性質がある。偏光光を放出する活性層１０６を有する窒化物半導体発光チップ１００の光取り出し面に、ストライプ状の凹凸構造１１５を形成した場合に、該凹凸構造１１５の延伸方向と活性層１０６からの光の偏光方向とがなす角度θは、重要な意味を持つ。ここで、図２０、図２１及び図２２を用いて、ストライプの延伸方向と光の偏光方向とがなす角度θを説明する。【０１８４】
図２０（ａ）〜図２０（ｅ）は偏光特性を有する活性層１０６にストライプ状の凹凸構造１１５を形成した場合の、光取り出しの概略を示している。ここでは、ストライプ状の凹凸構造１１５を持つ導電性基板１０４における光取り出しに着目するため、導電性基板１０４の裏面には、ｎ側電極を形成していない。【０１８５】
図２０（ａ）はストライプ状の凹凸構造１１５を設けた導電性基板１０４の平面構成を示している。ストライプ状の凹凸構造１１５の延伸方向と活性層１０６からの光の偏光方向とがなす角度をθとする。【０１８６】
図２０（ｂ）は角度θが０°の場合の、図２０（ａ）におけるｘ−ｘ方向の断面を示し、図２０（ｃ）は角度θが０°の場合の、図２０（ａ）におけるｙ−ｙ方向の断面を示している。また、図２０（ｄ）は角度θが９０°の場合の、図２０（ａ）におけるｘ−ｘ方向の断面を示し、図２０（ｅ）は角度θが９０°の場合の、図２０（ａ）におけるｙ−ｙ方向の断面を示している。図２０（ｂ）〜図２０（ｅ）に記載した矢印は、ある発光点から放出される光を模式的に表している。【０１８７】
例えば、図２０（ｂ）に示す、θ＝０°の場合のｘ−ｘ方向においては、活性層１０６から放出した光は、ある発光点から扇状に広がる。この場合、着目した発光点の上方に位置する凸部の上面に光は進入する。しかしながら、発光点の上方からずれた位置に存在する凸部の上面には、進入する光が凹部によって遮られる。すなわち、ストライプ状の凹凸構造１１５の延伸方向と光の偏光方向とがなす角度θが小さい場合には、凹部に入射する光の量が多くなり、凸部の上面に入射する光の量は少なくなる。【０１８８】
これに対し、図２０（ｄ）に示す、θ＝９０°の場合のｘ−ｘ方向においては、活性層１０６から放出した光は、ストライプ状の凹凸構造１１５に対して垂直な方向に入射する。この場合、凹部に入射する光の量は、凸部の上面の幅と凹部の底面の幅との比率で決まる。【０１８９】
ここで、ストライプ状の凹凸構造１１５の構成を簡略化し、角度θの影響を数値化するために、ストライプ状の凹部の形状は、深さ及び幅をＬ１とする正方形状とし、凸部の上面の幅をＬ２とし、凸部の上面から活性層１０６までの距離をＴとする。ここで、Ｌ１とＴとの比の値をＡ（Ａ＝Ｌ１／Ｔ）とし、Ｌ２とＬ１との比の値をＢ（Ｂ＝Ｌ２／Ｌ１）とすると、ストライプ状の凹凸構造１１５は、θ、Ａ及びＢの３つのパラメータで記述することができる。Ａの値が小さい場合は、窒化物半導体発光チップ１００の大きさに対して小さいサイズの凹部を形成した場合に相当する。また、Ａは１未満の値となる。Ｂの値が小さい場合は、凸部の上面の面積を小さくした場合に相当する。Ｂの値が０の場合は、凸部の上面を有さない構造に相当する。また、Ｂの値が小さい場合は、凹部を高密度で形成した場合ともいえる。【０１９０】
図２１はＡ＝０．１と固定し、角度θを０°、２５°、４５°及び９０°と変化させ、Ｂと凸部の上面に入射する光の割合との関係を計算により算出した結果を表している。図中の破線は、凸部の上面の面積と凹部の表面（底面及び内面）の面積との比の値を表している。すなわち、破線は偏光光を放出しない活性層の場合の計算結果を意味する。ここで、縦軸に示す凸部の上面に入射する光の割合は、１を最大値として規格化している。また、この値を１から引いた値は、凹部の表面に入射する割合を意味する。【０１９１】
図２１に示す結果から、偏光光を放出する活性層１０６において、凸部の上面の影響を高める（凹部の内部の影響を小さくする）場合には、角度θは２５°から９０°の範囲であってよい。一方、偏光光を放出する活性層において、凸部の上面の影響を小さくする（凹部内部の影響を大きくする）場合には、角度θは０°から２５°の範囲であってよい。このように、偏光特性を有する活性層１０６の場合には、凹部の表面の影響は、単純に表面積から推定することはできず、角度θを考慮する必要がある。【０１９２】
図２２はθ＝０°に固定し、Ｂの値を、０．２、０．５、０．７、１．０、１．５及び２．０と変化させ、Ａの値と凸部の上面に入射する光の割合との関係を計算により算出した結果を表している。Ａの値は、凹部の大きさを示すパラメータであり、Ａ＝０．１は基板の厚さの１０％相当の凹部であり、Ａ＝０．５は基板の厚さの５０％相当の凹部であることを意味する。凸部の上面に入射する光の割合はＡへの依存性は小さく、０．４程度までは比較的に安定している。また、Ｂの値が１．０よりも大きくなると、Ａの値が０．４から０．５の範囲において、極小値を有する特性を示す。【０１９３】
以上の結果から、導電性基板１０４の裏面に設けた溝状の凹部にｎ側電極を形成することにより、基板抵抗を低減するには、ｎ側電極によって光が遮蔽される現象を抑制するために、凹部による影響を小さくし、逆に、凸部の上面の影響を高める必要がある。すなわち  ストライプ状の凹凸構造１１５の延伸方向と活性層１０６からの光の偏光方向とがなす角度をθ１とした場合に、角度θ１は２５°から９０°の範囲であってよい。また、角度θ１は４５°から９０°の範囲であってもよい。また、角度θ１は略９０°であってもよい。【０１９４】
また、導電性基板１０４の裏面にストライプ状の凹凸構造１１５を設けることにより、光取り出しを高めるには、導電性基板１０４の裏面の表面積を拡大することによって光出力を高められる。このため、凹部の内面の影響を大きくする必要がある。すなわち、ストライプ状の凹凸構造１１５の延伸方向と活性層からの光の偏光方向とがなす角度をθ２とした場合に、角度θ２は０°から４５°の範囲であってよい。また、角度θ２は０°から２５°の範囲であってもよい。また、角度θ２は略０°であってもよい。【０１９５】
（６）高密度レーザ光による熱融解法が凹部の表面形状に与える影響
高密度パルスレーザ光を用いる熱融解法により、ｎ型ＧａＮ基板に凹部を形成する手法の検討を行った。本検討には、厚さが１００μｍのｍ面ＧａＮ基板を準備し、ＤＩＳＣＯ社製の高密度パルスレーザ装置を用いた。【０１９６】
図２３は高密度パルスレーザ光の走査速度と凹部の壁面が基板の法線方向（ｍ軸方向）となす角度αとの関係を示している。レーザ光の焦点位置と基板の表面との距離をデフォーカス距離（ＤＦ距離）と呼ぶ。すなわち、ＤＦ距離が０．１ｍｍとは、レーザ光の焦点位置が基板の表面から０．１ｍｍだけ離れること意味する。本検討では、ＤＦ距離が０．１ｍｍ、０．２ｍｍ及び０．３ｍｍの場合について調べた。【０１９７】
図２３から分かるように、ＤＦ距離を大きくすることにより、角度αを小さくすることができる。【０１９８】
図２４はレーザ光の走査速度と凹部の表面粗さＲａとの関係を示している。レーザ光の走査速度を遅くすることにより、表面粗さＲａの値を大きくすることが可能である。図２４からは、表面粗さＲａの値は、ＤＦ距離とレーザ光の走査速度とを制御することにより、２０ｎｍから１μｍの範囲で制御できることが分かる。【０１９９】
（実施例１）
図２５は実施例１に係る基板抵抗評価用素子の概略構成を示している。ここでは、基板抵抗の低減効果をより正確に抽出するため、基板５０４の裏面の全面にｎ側電極５０９Ａを形成し、基板５０４の表面にはｎ側電極パターン５０９Ｂを形成した評価素子を用いた。すなわち、実施例１に係る基板抵抗評価用素子は、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層及びｐ側電極を有さない構造である。【０２００】
まず、基板５０４として、厚さが１００μｍのウェハ状のｎ型ｍ面ＧａＮ基板を準備した。【０２０１】
次に、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４の一方の面に、ＤＩＳＣＯ社製の高密度パルスレーザ装置を用いて、幅が５０μｍで且つ深さが２５μｍのストライプ状（溝状）の凹部５０４ａを形成した。その後、塩酸によって残渣を除去した。凹部５０４ａの深さは基板５０４の厚さの２５％に相当する。凹部５０４ａの平面形状は、ｃ軸方向に延伸するストライプ状であり、その断面形状は略半円形状である。【０２０２】
本実施例においては、凹部５０４ａの数が１本、２本及び３本の評価素子をそれぞれ作製した。比較のために、従来構造である凹部５０４ａを有さない構造（凹部の本数が０）も作製した。【０２０３】
次に、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４の凹部５０４ａが形成された面上に、４２０μｍ角のＴｉ／Ａｌ層からなるｎ側電極パターン５０９Ｂを形成した。続いて、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４の凹部５０４ａが形成されていない裏面に、Ｔｉ／Ａｌ層からなるｎ側電極５０９Ａを全面に形成した。ｎ側電極５０９Ａ及びｎ側電極パターン５０９ＢにおけるＴｉ層の厚さは５０ｎｍであり、Ａｌ層の厚さは７５０ｎｍである。ここで、ｎ側電極５０９Ａ及びｎ側電極パターン５０９Ｂの形成順序は、特に問われない。【０２０４】
次に、表面にｎ側電極パターン５０９Ａ及び裏面にｎ側電極５０９Ｂが形成されたウェハ状のｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４を、４５０μｍ角に小片化した。その後、小片化して得た基板抵抗評価用素子の抵抗値を測定した。【０２０５】
ｎ側電極パターン５０９Ｂの凹部５０４ａの内面と接触する部分とｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４との接触面積率（ｎ側電極の凹部内の面積率）は、凹部５０４ａの数が１本の場合には１７％である。凹部５０４ａの数が２本の場合には３５％である。凹部５０４ａの数が３本の場合には５２％である。【０２０６】
図２６は本実施例における凹部（溝部）の数と基板抵抗値との関係を示している。ここでは、ｎ側電極（５０９Ａ、５０９Ｂ）とｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４との間の接触抵抗は３×１０−５Ωｃｍ２として、測定結果から差し引いている。【０２０７】
図２６から分かるように、ｎ側電極の面積率が１７％、３５％及び５２％のいずれの場合においても、比較例よりも基板抵抗は小さい。【０２０８】
以上のように、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４における厚さの２５％に相当する凹部５０４ａを形成し、該凹部５０４ａの内部に電極を形成することにより、基板抵抗を低減できることを確認した。【０２０９】
（実施例２）
図２７は実施例２に係る基板抵抗評価用素子の概略構成を示している。実施例１と同様に、ここでも基板抵抗の低減効果をより正確に抽出するため、基板５０４の裏面の全面にｎ側電極５０９Ａを形成し、基板５０４の表面にはｎ側電極パターン５０９Ｂを形成した評価素子を用いた。従って、実施例２に係る基板抵抗評価用素子は、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層及びｐ側電極を有さない構造である。【０２１０】
まず、基板５０４として、厚さが１００μｍのウェハ状のｎ型ｍ面ＧａＮ基板を準備した。【０２１１】
次に、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４の一方の面に、ＤＩＳＣＯ社製の高密度パルスレーザ装置を用いて、幅が５０μｍで且つ深さが２５μｍのストライプ状（溝状）で、互いに交差する２本の溝部５０４ｂを形成した。その後、塩酸によって残渣を除去した。ストライプ状の２本の溝部５０４ｂは、平面形状がｃ軸方向及びａ軸方向にそれぞれ延伸して互いに交差する２本の線状に形成した。また、溝部５０４ｂの断面形状は略半円形状である。また、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４の表面における、２本の溝部５０４ｂの交点となる領域には、深さが約５０μｍの凹部５０４ａを形成した。【０２１２】
平面視における凹部５０４ａ及び溝部５０４ｂの配置は、
（１）ｃ軸方向１本、ａ軸方向１本：交点数１
（２）ｃ軸方向１本、ａ軸方向３本：交点数３
（３）ｃ軸方向２本、ａ軸方向３本：交点数６
（４）ｃ軸方向３本、ａ軸方向３本：交点数９
となるように作製した。比較のために、従来構造である凹部５０４ａ及び溝部５０４ｂを有さない構造（交点数が０）も作製した。【０２１３】
図２８（ａ）は高密度パルスレーザ光によって作製された凹部５０４ａ及び溝部５０４ｂの光学顕微鏡写真である。交点の箇所を拡大している。【０２１４】
図２８（ｂ）はレーザ段差測定装置を用いて測定した凹部５０４ａ及び溝部５０４ｂの形状を示す測定図である。レーザ段差測定装置の測定結果によると、溝部５０４ｂの深さは２３．６μｍであり、凹部（交点）５０４ａの深さは４５．８μｍであった。凹部５０４ａの深さは、溝部５０４ｂの深さの約２倍である。また、凹部５０４ａの深さは基板５０４の厚さの約４６％に相当する。【０２１５】
このように、交点が形成されるように高密度パルスレーザ光を操作することにより、一度の工程で、深さが異なる凹部５０４ａ及び溝部５０４ｂを形成することができる。凹部５０４ａ及び溝部５０４ｂの内面の表面粗さＲａを測定したところ、０．６８μｍであった。【０２１６】
次に、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４の凹部５０４ａが形成された面上に、４２０μｍ角のＴｉ／Ａｌ層からなるｎ側電極パターン５０９Ｂを形成した。続いて、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４の凹部５０４ａと反対側の面である裏面に、Ｔｉ／Ａｌ層からなるｎ側電極５０９Ａを全面に形成した。ｎ側電極５０９Ａ及びｎ側電極パターン５０９ＢにおけるＴｉ層の厚さは５０ｎｍであり、Ａｌ層の厚さは７５０ｎｍである。なお、ｎ側電極５０９Ａ及びｎ側電極パターン５０９Ｂの形成順序は、特に問われない。【０２１７】
次に、表面にｎ側電極パターン５０９Ａ及び裏面にｎ側電極５０９Ｂが形成されたウェハ状のｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４を、４５０μｍ角に小片化した。その後、小片化して得た基板抵抗評価用素子の抵抗値を測定した。【０２１８】
図２９は本実施例に係る基板抵抗値を示している。ここでは、ｎ側電極（５０９Ａ、５０９Ｂ）とｎ型ｍ面ＧａＮ基板５０４との間の接触抵抗は３×１０−５Ωｃｍ２として、測定結果から差し引いている。【０２１９】
図２９から分かるように、ストライプ状の浅い溝部５０４ｂの交点の数が増えるにつれて、すなわち、溝部５０４ｂよりも深い凹部５０４ａの個数が増えるにつれて、基板抵抗が低減している。なお、交点の数が６つ以上では、大きな差は見られない。【０２２０】
このように、基板厚さの４６％に相当する凹部５０４ａを形成し、該凹部５０４ａの内部に電極を形成することにより、基板抵抗を低減できることを確認した。【０２２１】
上述した第１から第３実施形態及び各実施例は、適宜、組み合わせることができる。【０２２２】
以上説明したように、本開示に係る窒化物半導体発光チップ及びそれを用いた窒化物半導体発光装置は、ｎ型の導電性基板を含め、ｎ型の窒化物半導体層の直流抵抗を低減することができるので、動作電圧を低減することができ、その結果、電力利用効率等の光源効率を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２２３】
本開示は、例えば、一般照明に利用し得る。
【符号の説明】
【０２２４】
１００    窒化物半導体発光チップ
１０１    実装基板
１０２    配線電極
１０４    導電性基板
１０４ａ  凹部
１０４ｂ  溝部
１０５    ｎ型窒化物半導体層
１０６    活性層
１０７    ｐ型窒化物半導体層
１０８    ｐ側電極
１０９    ｎ側電極
１０９ａ  第１のｎ側電極
１０９ｂ  第２のｎ側電極
１１０    ワイヤ
１１１    透光性部材
１１５    凹凸構造
１１９    電極
２００    窒化物半導体発光チップ
２０１    実装基板
２０２    配線電極
２０４    導電性基板
２０５    ｎ型窒化物半導体層
２０６    活性層
２０７    ｐ型窒化物半導体層
２０８    ｐ側電極
２０９    ｎ側電極
２１０    ワイヤ
２１１    透光性部材
３０４    ｎ型ｍ面ＧａＮ基板
３０９Ａ  ｎ側電極
３０９Ｂ  ｎ側電極パターン
４０４    ｎ型ｍ面ＧａＮ基板
４０４ａ  凹部
４０９    ｎ側電極
５０４    ｎ型ｍ面ＧａＮ基板
５０４ａ  凹部
５０４ｂ  溝部
５０９Ａ  ｎ側電極
５０９Ｂ  ｎ側電極パターン
【要約】
窒化物半導体発光チップ（１００）は、窒化物半導体層を有する導電性基板（１０４）と、窒化物半導体層の主面の上に順次形成されたｎ型窒化物半導体層（１０５）、活性層（１０６）及びｐ型窒化物半導体層（１０７）と、導電性基板と接触するように設けられたｎ側電極（１０９）とを備えている。導電性基板は、主面と反対側の裏面の互いに分離された位置に形成された複数の凹部（１０４ａ）を有している。ｎ側電極は、凹部（１０４ａ）の表面の少なくとも一部と接触している。導電性基板の厚さをＴとし、凹部の深さをＤ１とした場合に、深さＤ１は厚さＴの２５％以上である。【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２９】
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【図２８】
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