(57)【要約】      （修正有）【課題】ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側電極を有する、動作電圧の低いＧａＮ系発光ダイオード素子を提供する。【解決手段】キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板１１０と、ｍ面ＧａＮ基板１１０のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造１２０と、ｍ面ＧａＮ基板１１０の裏面に形成されたｎ側オーミック電極Ｅ１００とを有し、素子に印加される順方向電流が２０ｍＡのときの順方向電圧が３．６Ｖ以下である、発光ダイオード素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が２０ｍＡのときの順方向電圧が３．６Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
【請求項２】
キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が６０ｍＡのときの順方向電圧が４．１Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
【請求項３】
キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が１００ｍＡのときの順方向電圧が４．３Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
【請求項４】
キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が１２０ｍＡのときの順方向電圧が４．４Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
【請求項５】
キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が１８０ｍＡのときの順方向電圧が４．６Ｖ以下である発光ダイオード素子。
【請求項６】
キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が２００ｍＡのときの順方向電圧が４．７Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
【請求項７】
キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が２４０ｍＡのときの順方向電圧が４．８Ｖ以下である発光ダイオード素子。
【請求項８】
キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が３５０ｍＡのときの順方向電圧が５．０Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
【請求項９】
前記発光構造が、ＧａＮ系半導体からなる活性層と、該活性層と前記ｍ面ＧａＮ基板との間に配置されたｎ型ＧａＮ系半導体層と、該ｎ型ＧａＮ系半導体層とで該活性層を挟むｐ型ＧａＮ系半導体層と、を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
【請求項１０】
前記ｍ面ＧａＮ基板の裏面の面積が０．００１２ｃｍ２以上である、請求項１〜９のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
【請求項１１】
前記ｎ側オーミック電極の面積が０．００１２ｃｍ２以上、前記ｍ面ＧａＮ基板の裏面の面積以下である、請求項１０に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１２】
前記ｍ面ＧａＮ基板の裏面は、少なくとも前記ｎ側オーミック電極と接触する部分における二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下である、請求項１〜１１のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
【請求項１３】
前記ｎ側オーミック電極がＡｌ（アルミニウム）を含有する、請求項１〜１２のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード素子、発光ダイオード素子の製造方法および発光装置に関し、とりわけ、ＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造を有するＧａＮ系発光ダイオード素子、その製造方法、およびそれを用いた発光装置に関する。ＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、窒化物半導体、III族窒化物系化合物半導体などとも呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系半導体を用いて形成されたダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造をｍ面ＧａＮ基板上に有する半導体発光素子が公知である（非特許文献１〜４）。
ｍ面ＧａＮ基板という場合、ジャスト基板（基板主面の法線とｍ軸［１０−１０］とが平行な基板）だけではなく、オフ角が付与された基板も含まれる（特許文献１）。
非特許文献１〜３に開示されているのは発光ダイオード素子であり、いずれの素子においても、ｍ面ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長により形成されたｎ型のＳｉドープＧａＮ層上にｎ側オーミック電極が形成されている。非特許文献４に開示されているのはレーザダイオード素子であり、ｍ面ＧａＮ基板の裏面にｎ側オーミック電極が形成されている。このレーザダイオード素子の閾値電流はＣＷ駆動時で３６ｍＡ、パルス駆動時で２８ｍＡであり、閾値電圧は約７〜８Ｖとなっている。
【０００３】
ＧａＮ基板上に発光構造を形成した発光素子においては、ＧａＮ基板の裏面に良好なｎ側オーミック電極を形成することが難しいといわれている（特許文献２〜７）。そこで、特許文献３に記載された方法では、ＧａＮ基板の裏面を粒径１０μｍ以上の研磨剤で研磨して粗くすることにより、該裏面上に形成するｎ側オーミック電極の接触抵抗の低減が図られている。また、特許文献４に記載された方法では、同じ目的のために、ＧａＮ基板の裏面をウェットエッチングまたはドライエッチングで粗くしている。
【０００４】
一方、特許文献５によれば、ＧａＮ基板の厚さを落とすためにその裏面をグラインディング、ラッピングまたはポリッシングしたときにダメージ層が形成され、これが良好なオーミック電極の形成を阻害するとのことである。そこで、該特許文献５に記載の方法では、研磨加工後のＧａＮ基板の裏面をドライエッチングまたはウェットエッチングで削っている。しかし、特許文献６には、ウェットエッチングではこの目的は達成できなかったと記載されている。特許文献７に記載された方法では、ＧａＮ基板の裏面をドライエッチングして、機械研磨により発生した結晶欠陥を含む部分を削り取ることにより、ＧａＮ基板とｎ側オーミック電極との接触抵抗の低減が図られている。なお、これら特許文献２〜７に記載された知見や発明は、基本的にはｃ面ＧａＮ基板に関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４５４４４号公報
【特許文献２】特開平１１−３４０５７１号公報
【特許文献３】特開２００２−１６３１２号公報
【特許文献４】特開２００４−７１６５７号公報
【特許文献５】特開２００３−５１６１４号公報
【特許文献６】特開２００３−３４７６６０号公報
【特許文献７】特開２００４−６７１８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Kuniyoshi Okamoto et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 45, 2006, pp. L1197-L1199
【非特許文献２】Mathew C. Schmidt et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 7, 2007, pp. L126-L128
【非特許文献３】Shih-Pang Chang et al., Journal of The Electrochemical Society, 157 (5) H501-H503 (2010)
【非特許文献４】Kuniyoshi Okamoto et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 9, 2007, pp. L187-L189
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ｍ面ＧａＮ基板上に発光構造を形成したＧａＮ系発光ダイオード素子は、ＱＣＳＥ（Quantum-confined Stark effect）が生じないので、印加電流の増加に伴う発光効率の低下
（いわゆるefficiency droop）が小さいものとなることが期待されている。しかし、発光ダイオード素子の動作電圧（順方向電圧）が高い場合には、当該発光ダイオード素子が放出する熱による発光効率の低下が生じるために、期待通りの効果が得られなくなる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その主たる目的は、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側電極を有する、動作電圧の低いＧａＮ系発光ダイオード素子を提供することである。
本発明の他の目的は、かかるＧａＮ系発光ダイオード素子を波長変換物質と組み合わせてなる発光装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側電極を有する動作電圧の低いＧａＮ系発光ダイオード素子を製造する方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、ｎ型ＧａＮ系半導体層の底面に設けられたｎ側電極を有する、動作電圧の低いＧａＮ系発光ダイオード素子と、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】
【００１０】
本発明の一態様によれば以下の発光ダイオード素子が提供される。
（ａ１）キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が２０ｍＡのときの順方向電圧が３．６Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
（ａ２）キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が６０ｍＡのときの順方向電圧が４．１Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
（ａ３）キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が１００ｍＡのときの順方向電圧が４．３Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
（ａ４）キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が１２０ｍＡのときの順方向電圧が４．４Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
（ａ５）キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が１８０ｍＡのときの順方向電圧が４．６Ｖ以下である発光ダイオード素子。
（ａ６）キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が２００ｍＡのときの順方向電圧が４．７Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
（ａ７）キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が２４０ｍＡのときの順方向電圧が４．８Ｖ以下である発光ダイオード素子。
（ａ８）キャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板と、該ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造と、該ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側オーミック電極とを有し、当該素子に印加される順方向電流が３５０ｍＡのときの順方向電圧が５．０Ｖ以下である、発光ダイオード素子。
（ａ９）前記発光構造が、ＧａＮ系半導体からなる活性層と、該活性層と前記ｍ面ＧａＮ基板との間に配置されたｎ型ＧａＮ系半導体層と、該ｎ型ＧａＮ系半導体層とで該活性層を挟むｐ型ＧａＮ系半導体層と、を含む、前記（ａ１）〜（ａ８）のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
（ａ１０）前記ｍ面ＧａＮ基板の裏面の面積が０．００１２ｃｍ２以上である、前記（ａ１）〜（ａ９）のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
（ａ１１）前記ｎ側オーミック電極の面積が０．００１２ｃｍ２以上、前記ｍ面ＧａＮ基板の裏面の面積以下である、前記（ａ１０）に記載の発光ダイオード素子。
（ａ１２）前記ｍ面ＧａＮ基板の裏面は、少なくとも前記ｎ側オーミック電極と接触する部分における二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下である、前記（ａ１）〜（ａ１１）のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
（ａ１３）前記ｎ側オーミック電極がＡｌ（アルミニウム）を含有する、前記（ａ１）〜（ａ１２）のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
【００１１】
本発明の他の一態様によれば以下の発光装置が提供される。
（ｂ１）前記（ａ１）〜（ａ１２）のいずれかに記載の発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子が発する光の少なくとも一部を吸収して、より長波長の光に変換する波長変換物質と、を備える発光装置。
（ｂ２）白色発光装置である、前記（ｂ１）に記載の発光装置。
（ｂ３） 前記発光ダイオード素子が青色発光素子または紫色発光素子である、前記（ｂ
２）に記載の発光装置。
（ｂ４）前記波長変換物質が黄色蛍光体および緑色蛍光体から選ばれる少なくとも一種の蛍光体を含む、前記（ｂ３）に記載の発光装置。
（ｂ５）前記波長変換物質がＣｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶を母体とする蛍光体を含む、前記（ｂ３）に記載の発光装置。
【００１２】
本発明の更に他の一態様によれば以下の発光ダイオード素子の製造方法が提供される。（ｃ１）おもて面上にＧａＮ系半導体からなる発光構造が設けられたキャリア濃度７×１０１７ｃｍ−３以上でｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板の裏面を、二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下となるようにポリッシュするステップと、該ポリッシュされた裏面に電極を形成するステップと、を有することを特徴とする発光ダイオード素子の製造方法。
（ｃ２）前記ポリッシュするステップでは酸性のＣＭＰスラリーを用いる、前記（ｃ１）に記載の製造方法。
【００１３】
本発明の更に他の一態様によれば以下の発光ダイオード素子およびその製造方法が提供される。
（ｄ１）活性層と該活性層を挟むｎ型層およびｐ型層とを含む複数のＧａＮ系半導体層で構成された積層構造と、該ｎ型層の該活性層が配置された側とは反対側の主面に設けられ
たｎ側オーミック電極と、を有するＧａＮ系半導体発光素子において、前記積層構造の積層方向と前記積層構造を構成するＧａＮ系半導体のｍ軸とがなす角度が１０度以下であり、前記ｎ型層のキャリア濃度が７×１０ｃｍ−３以上であり、かつ、前記ｎ型層の前記ｎ側オーミック電極と接触する表面の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下である、ことを特徴とする発光ダイオード素子。
（ｄ２）活性層と該活性層を挟むｎ型層およびｐ型層とを含む複数のＧａＮ系半導体層で構成された積層構造と、該ｎ型層の該活性層が配置された側とは反対側の主面に設けられたｎ側オーミック電極と、を有するＧａＮ系半導体発光素子の製造方法において、前記積層構造の積層方向が前記積層構造を構成するＧａＮ系半導体のｍ軸となす角度が１０度以下であり、前記ｎ型層のキャリア濃度が７×１０ｃｍ−３以上であり、前記ｎ側オーミック電極を形成する前に前記ｎ型層の前記活性層が配置された側とは反対側の主面をポリッシュしてその二乗平均粗さを０．１ｎｍ以下とするステップを有する、ことを特徴とするＧａＮ系発光ダイオード素子の製造方法。
（ｄ３）前記ポリッシュするステップでは酸性のＣＭＰスラリーを用いる、前記（ｄ２）に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側電極を有する、動作電圧の低いＧａＮ系発光ダイオード素子が提供される。
また、本発明によれば、かかるＧａＮ系発光ダイオード素子を波長変換物質と組み合わせてなる発光装置が提供される。
また、本発明によれば、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側電極を有する動作電圧の低いＧａＮ系発光ダイオード素子を製造する方法が提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、ｎ型ＧａＮ系半導体層の底面に設けられたｎ側電極を有する、動作電圧の低いＧａＮ系発光ダイオード素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオード素子の構造を模式的に示す図面であり、図１（ａ）はエピ層側から見た平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図２】図１に示すＧａＮ系発光ダイオード素子を基板側から見た平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の構造を模式的に示す断面図である。
【図５】図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、基板の裏面上でｎ側オーミック電極が呈するパターンを例示する平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオード素子の構造を模式的に示す図面であり、図６（ａ）は基板側から見た平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオード素子の構造を模式的に示す図面であり、図７（ａ）は基板側から見た平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオード素子の構造を模式的に示す図面であり、図８（ａ）は基板側から見た平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオード素子の構造を模式的に示す図面であり、図９（ａ）は基板側から見た平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオード素子の構造を模式的に示す図面であり、図１０（ａ）は基板側から見た平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１４】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の構造を模式的に示す図面であり、図１５（ａ）はｎ側電極を設けた側から見た平面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。
【図１６】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を用いた白色ＬＥＤの構造例を示す断面図である。
【図１７】ｘｙ色度図（ＣＩＥ  １９３１）である。
【図１８】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を用いた、リモートフォスファ型白色発光ユニットの構造例を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を用いた、リモートフォスファ型白色発光ユニットの構造例を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を用いた、リモートフォスファ型白色発光ユニットの構造例を示す断面図である。
【図２１】実験１で試作したＧａＮ系発光ダイオード素子の構造を示す模式図であり、図２１（ａ）は上面図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図２２】マスクパターンの平面図である。
【図２３】マスクパターンの向きを説明するための平面図である。
【図２４】加工ｅを施したｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像である。(図面代用写真）
【図２５】実験２で試作したＧａＮ系発光ダイオード素子の構造を模式的に示す断面図である。
【図２６】実験２で試作したスモールサイズ（３４０μｍ×３５０μｍ）のＧａＮ系発光ダイオード素子における、第２のｎ側メタルパッド、透光性電極およびｐ側メタルパッドのパターンを示す平面図である。
【図２７】実験２で試作したラージサイズ（１０５０μｍ×１０５０μｍ）のＧａＮ系発光ダイオード素子における、第２のｎ側メタルパッド、透光性電極およびｐ側メタルパッドのパターンを示す平面図である。
【図２８】実験３で使用したテストピースの構造を模式的に示す図面であり、図２８（ａ）は平面図、図２８（ｂ）は図２８（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図２９】テストピースの電流−電圧特性を示すグラフである。
【図３０】テストピースの電流−電圧特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［１］好適な実施形態
（実施形態１）
図１（ａ）は、基板１１０とその上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなるエピ層１２０とを有するＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａを、エピ層１２０側から見た平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。図２は、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａを基板１１０側から見た平面図を示す。
【００１８】
基板１１０はｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である。基板１１０はジャスト基板であってもよいし、オフ角が付与された基板であってもよい。基板１１０はキャリア濃度が７×１０１７ｃｍ−３以上、好ましくは４×１０１８ｃｍ−３以上となるように、ケイ素、酸素などの不純物でドープされている。基板１１０のキャリア濃度は、通常５×１０１９ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１９ｃｍ−３以下である。
【００１９】
エピ層１２０はｐｎ接合を構成するｎ型層１２１とｐ型層１２３を含んでいる。ダブルヘテロ構造が形成されるように、ｎ型層１２１とｐ型層１２３との間には活性層１２２が設けられている。
基板１１０の裏面はポリッシュされており、どの部分においても１０μｍ×１０μｍの範囲の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下である。そのポリッシュされた面上に、オーミック電極と電極パッドを兼用するｎ側電極Ｅ１００が形成されている。エピ層１２０上には、透光性電極であるｐ側オーミック電極Ｅ２０１が形成されている。ｐ側オーミック電極Ｅ２０１上の一部にはｐ側電極パッドＥ２０２が形成されている。ｎ側電極Ｅ１００とｐ側電極パッドＥ２０２とを通してエピ層１２０に順方向電圧を印加することにより、活性層１２２で発光が生じる。この光は、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１の表面、エピ層１２０の端面、基板１１０の端面などから、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａの外部に放出される。
【００２０】
ｎ側電極Ｅ１００は、少なくとも基板１１０と接触する部分がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、ＩＴＯのような、ｎ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成する材料で形成される。好ましい実施形態において、ｎ側電極Ｅ１００は、基板１１０と接触する部分がＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、ＩＴＯなどで形成され、その上にＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような導電性の高い金属からなる層が積層された、多層構造とされる。かかる多層構造において、基板１１０と接触する最下層の厚さは例えば０．０５〜１μｍであり、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどからなる高導電性層の厚さは例えば０．５〜１０μｍである。最下層と高導電性層との間にはＴａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ、白金族などの高融点金属を含むバリア層を挿入することができる。
【００２１】
ｐ側オーミック電極Ｅ２０１は、好ましくは、ＩＴＯのような透明導電性酸化物（ＴＣＯ；Transparent Conductive Oxide）で形成される。ｐ側オーミック電極Ｅ２０１は、通常、ｐ型層１２３の上面全体を覆うように設けられる。ｐ側電極パッドＥ２０２は金属を用いて形成される。好ましい実施形態において、ｐ側電極パッドＥ２０２は、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１と接する部分がＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈのような、ＴＣＯとの密着性に優れた金属で形成され、その上にＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような導電性の高い金属からなる層が積層された、多層構造とされる。ＴＣＯからなるｐ側オーミック電極Ｅ２０１の厚さは例えば０．１μｍ〜０．５μｍであり、ｐ側電極パッドＥ２０２の厚さは例えば０．５μｍ〜１０μｍである。
【００２２】
ｎ側電極Ｅ１００は、基板１１０の裏面へのｐ側電極パッドＥ２０２の正射影と重なる位置に、円形の開口部を有している。この開口部があるために、ｐ側電極パッドＥ２０２からエピ層１２０に流れる電流はｐ側電極パッドＥ２０２の真下に集中することがない。つまり、電流が図１（ｂ）中に矢印で示す経路に集中することがない。その結果として、この経路に電流が集中した場合と比べて、活性層１２２で発生する光がｐ側電極パッドＥ２０２により受ける遮蔽および吸収が低減される。加えて、活性層１２２を横切って流れる電流の密度がより均一となるので、efficiency droopによる発光効率低下が抑制される。
【００２３】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａに対して、ｎ側電極Ｅ１００とｐ側電極パッドＥ
２０２を通して順方向電流を印加するのに必要な電圧（順方向電圧；Ｖｆ）は、基板１１０のキャリア濃度、ｎ側電極Ｅ１００を形成に先立ち行う基板１１０の裏面処理、ｎ側電極Ｅ１００の面積等の影響を受ける。基板のキャリア濃度が高いときやｎ側電極の面積が大きいとき、Ｖｆは低くなる傾向を有する。
【００２４】
順方向電流２０ｍＡの印加に必要なＶｆは３．６Ｖ以下、更には３．２Ｖ以下にまで低くし得る。順方向電流６０ｍＡの印加に必要なＶｆは４．１Ｖ以下、更には３．４Ｖ以下にまで低くし得る。順方向電流１２０ｍＡの印加に必要なＶｆは４．４Ｖ以下、更には３．６Ｖ以下にまで低くし得る。順方向電流１８０ｍＡの印加に必要なＶｆは４．６Ｖ以下、更には３．８Ｖ以下にまで低くし得る。順方向電流２４０ｍＡの印加に必要なＶｆは４．８Ｖ以下、更には３．９Ｖ以下にまで低くし得る。順方向電流３５０ｍＡの印加に必要なＶｆは５．０Ｖ以下、更には４．０Ｖ以下にまで低くし得る。
【００２５】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａの構造を一部変更したＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ｂの断面図を図３に示す。図３においては、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａと共通する構成要素に同一の符号を付している（他の図面においても同様である）。
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ｂにおいて、基板１１０の裏面のうちｎ側電極Ｅ１００と接する領域は、どの部分においても二乗平均粗さ０．１ｎｍ以下の平坦面であるが、ｎ側電極Ｅ１００に覆われていない部分には、凹凸パターンが設けられている。この凹凸パターンは、例えば、ドット状の凹部または凸部が周期的に配列されたパターンであり、フォトリソグラフィとドライエッチングによって形成することができる。凹凸パターンは、凹部の深さまたは凸部の高さとパターンの周期とがそれぞれ１μｍ〜１０μｍの範囲内とされており、活性層１２２で生じる近紫外〜可視波長の光を乱反射させる。その結果として多重反射が抑制され、光取出し効率が改善される。周期性を有する凹凸パターンの形成に代えて、ランダムエッチングマスクを用いたドライエッチングあるいはサンドブラストによって、同様の効果を奏する、周期性を有さない粗面を形成することもできる。
【００２６】
（実施形態２）
図４（ａ）および図４（ｂ）にそれぞれ断面構造を示すＧａＮ系発光ダイオード素子１０２Ａおよび１０２Ｂでは、基板１１０の裏面上に設けられたｎ側電極が、パターニングされたｎ側オーミック電極Ｅ１０１と、それを覆うｎ側電極パッドＥ１０２とから構成されている。
【００２７】
基板１１０の裏面はポリッシュされており、どの部分でも１０μｍ×１０μｍの範囲の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下という平坦面である。
基板１１０の裏面上でｎ側オーミック電極Ｅ１０１が呈するパターンは、図５（ａ）に一例を示すドットパターンや、図５（ｂ）に一例を示すネットパターンなどとすることができる。
【００２８】
図４（ｂ）のＧａＮ系発光ダイオード素子１０２Ｂの基板１１０の裏面には、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１に加えて誘電体反射膜Ｒ１００が形成されている。誘電体反射膜Ｒ１００は、ｎ側オーミック電極と相補的な形状となるようにパターニングされている。ｎ側電極パッドＥ１０２は、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１と誘電体反射膜Ｒ１００の両方を一括して覆っている。誘電体反射膜Ｒ１００の好適例はブラッグ反射膜（ＤＢＲ）であるが、限定されるものではなく、基板１１０より屈折率の低い誘電体からなる単層膜であってもよい。
【００２９】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０２Ａ、１０２Ｂにおいて、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、ＩＴＯのような、ｎ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成する材料を用いて、蒸着、スパッタ、ＣＶＤのような気相法により、例えば０．
０５μｍ〜１μｍの厚さに形成される。ｎ側電極パッドＥ１０２は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような導電性の高い金属を含む厚さ０．５μｍ〜１０μｍの高導電性層を含むことが望ましい。また、ｎ側電極パッドＥ１０２は基板１１０側に、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔのような近紫外〜可視波長域における反射率の高い金属からなる高反射部を含むことが望ましい。
【００３０】
（実施形態３）
図６は、基板１１０の裏面を主たる光取出し面としたＧａＮ系発光ダイオード素子１０３Ａの構造を示しており、図６（ａ）は基板１１０側から見た平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０３Ａでは、基板１１０の裏面から光を取り出せるように、ｎ側電極Ｅ１００の面積が基板１１０の裏面の面積の４分の１以下とされている。他方、オーミック電極と電極パッドを兼用するｐ側電極Ｅ２００は、ｐ型層１２３の上面を略全面的に覆っている。
【００３１】
基板１１０の裏面はポリッシュされており、どの部分でも１０μｍ×１０μｍの範囲の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下という平坦面である。
好ましい実施形態において、ｐ側電極Ｅ２００は、ｐ型層１２３と接触する部分がｐ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成する材料で形成され、その上にＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような導電性の高い金属からなる高導電性層が積層された、多層構造とされる。
【００３２】
ｐ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成する材料としては、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｃｏなどの金属が挙げられる他、ＩＴＯ、亜鉛添加酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、酸化ガリウムなどの透明導電性酸化物が挙げられる。高導電性層は、例えば０．５μｍ〜１０μｍの厚さに形成される。
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０３Ａの構造を一部変更したＧａＮ系発光ダイオード素子１０３Ｂの構造を図７に示す。図７（ａ）は素子を基板１１０側から見た平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＰＱ線の位置における断面図である。
【００３３】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０３Ｂでは、ｎ側電極Ｅ１００が、ボンディングワイヤ等が接続される部分である接続部Ｅ１００ａと、電流を横方向（基板１１０の厚さ方向と直交する方向）に拡げるための延長部Ｅ１００ｂとから構成されている。
基板１１０の裏面は、ｎ側電極Ｅ１００と接している領域では平坦で、該領域内ではどの部分でも１０μｍ×１０μｍの範囲の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下である。それに対し、基板１１０の裏面の露出した部分は粗く加工されている。この粗く加工された部分には、光を乱反射させ得るミクロンサイズの突起または窪み、あるいは、光を回折させ得るサブミクロンサイズの周期的凹凸パターンが形成されている。他の例として、光の全反射を抑制する効果を持つ、サブミクロンサイズの微細な突起または窪みが密集したパターンを形成してもよい。かかるパターンは、加工しようとする面上に密に並べたポリマー微粒子やシリカ微粒子をマスクに用いてエッチング加工する方法を用いて形成することができる。
【００３４】
（実施形態４）
図８に示すＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ａでは、ＩＴＯのような透明導電性酸化物で形成された透光性のｎ側オーミック電極Ｅ１０１が、基板１１０の裏面の略全体を覆っており、その一部上にｎ側電極パッドＥ１０２が形成されている。図８（ａ）はＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ａを基板１１０側から見た平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。
【００３５】
基板１１０の裏面はポリッシュされており、どの部分でも１０μｍ×１０μｍの範囲の
二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下という平坦面である。
ｎ側電極パッドＥ１０２は、ボンディングワイヤ等が接続される部分である接続部Ｅ１０２ａと、電流を横方向に拡げるための延長部Ｅ１０２ｂとから構成されている。透光性のｎ側オーミック電極Ｅ１０１はパターニングされており、ｎ側電極パッドの接続部Ｅ１０２ａの直下の部分に円形の開口部を有している。
【００３６】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ａの構造を一部変更したＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ｂの構造を図９に示す。図９（ａ）は素子を基板１１０側から見た平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ｂでは、基板１１０の裏面上の一部に、ＩＴＯのような透明導電性酸化物で透光性のｎ側オーミック電極Ｅ１０１が形成され、更にそのｎ側オーミック電極上の一部にｎ側電極パッドＥ１０２が形成されている。ｎ側オーミック電極Ｅ１０１の面積はｎ側電極パッドＥ１０２よりも僅かに大きいだけである。基板１１０の裏面のうちｎ側オーミック電極Ｅ１０１に覆われていない部分は粗面とされている。
【００３７】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ｂの構造を一部変更したＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ｃの構造を図１０に示す。図１０（ａ）は素子を基板１１０側から見た平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ｃでは、基板１１０の裏面上に配置されたｎ側電極パッドＥ１０２が、ボンディングワイヤ等が接続される部分である接続部Ｅ１０２ａと、電流を横方向（基板１１０の厚さ方向と直交する方向）に拡げるための、グリッド状の延長部Ｅ１０２ｂとから構成されている。ｎ側電極パッドＥ１０２と基板１１０との間に介在されたｎ側オーミック電極Ｅ１０１は、ｎ側電極パッドＥ１０２と略同じ形状だが少し幅広にパターニングされている。
【００３８】
基板１１０の裏面のうちｎ側オーミック電極Ｅ１０１と接している領域は平坦で、該領域内ではどの部分でも１０μｍ×１０μｍの範囲の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下である。
（ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａの製造方法）
前述の実施形態１に係るＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａは、次に記す（Ａ）〜（Ｇ）のステップを順次実行することにより製造することができる。
【００３９】
（Ａ）エピウェハの準備
最初のステップでは、図１１（ａ）に示すように、ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板１１０上に、ＧａＮ系半導体からなるｎ型層１２１、活性層１２２およびｐ型層１２３を含むエピ層１２０が形成されたエピウェハを準備する。この段階における基板１１０の厚さは、典型的には３００μｍ〜１ｍｍである。
【００４０】
（Ｂ）エピ層の加工
このステップでは、図１１（ｂ）に示すように、エピ層１２０をドライエッチング加工して素子分離溝Ｇ１００を形成する。そして、素子分離溝Ｇ１００によって区画される各発光ダイオード部のｐ型層１２３上に、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１とｐ側電極パッドＥ２０２を順次形成する。素子分離溝Ｇ１００とｐ側オーミック電極Ｅ２０１の形成の順序に限定はなく、素子分離溝Ｇ１００を形成する前にｐ側オーミック電極Ｅ２０１を形成してもよい。また、この例では、素子分離溝Ｇ１００の底がｎ型層１２１内に位置しているが、素子分離溝は基板１１０の表面または内部に達する深さに形成することもできる。通常は、素子分離溝Ｇ１００、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１およびｐ側電極パッドＥ２０２を形成した後、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１の表面とエピ層１２０の露出面をＳｉＯ２、ＳｉＮｘのような透明材料からなる絶縁性の保護膜（図示せず）で被覆する。
【００４１】
（Ｃ）基板の薄肉化
このステップでは、図１１（ｃ）に示すように基板１１０の厚さを減じるために、その裏面をグラインディングまたはラッピングする。グラインディングを行った場合には、続けてラッピングを行って、加工された面の粗さを減じる。このラッピングの際には、使用するダイヤモンド砥粒の粒径を段階的に小さくしていくことが好ましい。
このステップ（Ｃ）は、必要に応じて行えばよく、省略することも可能である。
【００４２】
（Ｄ）基板の裏面のポリッシング
このステップではＣＭＰスラリーを用いて基板１１０の裏面をポリッシングし、ＡＦＭを用いて測定される１０μｍ角の範囲の二乗平均粗さを好ましくは０．１ｎｍ以下とする。ＣＭＰスラリーは砥粒として粒径２０ｎｍ〜１００ｎｍのコロイダルシリカを含有し、そのｐＨは好ましくは２未満であり、また、０．８以上である。ｐＨの調整は無機酸を用いて行うことができる。ＣＭＰスラリーへの酸化剤の添加は好ましく行うことができる。ポリッシングレートは、例えば０．５〜７μｍ／ｈとすることができる。
【００４３】
ポリッシング前の基板１１０の裏面がグラインドされたままの表面のような荒れた面である場合は、予備加工としてラッピングを行って粗さを減じてから、ポリッシングを行う。このラッピングの際には、使用するダイヤモンド砥粒の粒径を段階的に小さくしていくことが望ましい。ポリッシング後は基板１１０に付着したスラリーを水で洗い流し、乾燥させる。砥粒の残留を防ぐために、界面活性剤を用いた洗浄処理を行ってもよい。水洗の後に、有機洗浄や紫外線オゾン洗浄を行ってもよい。
【００４４】
（Ｅ）ｎ側電極の形成
このステップでは、図１２（ｄ）に示すように、基板１１０の裏面全体にｎ側電極Ｅ１００を、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの気相法を用いて薄膜状に形成する。
（Ｆ）ｎ側電極のパターニング
このステップでは、必要な部分をマスクで保護したうえで不要部分をエッチングにより除去する方法、すなわちサブトラクティブ法によって、図１２（ｅ）に示すようにｎ側電極Ｅ１００を所定形状にパターニングする。マスクのパターニングは、よく知られたフォトリソグラフィ技法を用いて行うことができる。エッチング方法は、ウェットエッチングとドライエッチングのいずれでもよい。ウェットエッチングで用いるエッチャント、ドライエッチングで用いるエッチングガスについては、公知技術を適宜参照して選択すればよい。好ましい実施形態においては、ｎ側電極Ｅ１００のパターニング後、基板１１０の露出面をＳｉＯ２、ＳｉＮｘのような透明材料からなる絶縁性の保護膜（図示せず）で被覆する。
【００４５】
（Ｇ）ダイシング
最後のステップとして、図１２（ｆ）に示すように、エピ層１２０に形成した素子分離溝Ｇ１００の位置でエピウェハを切断し、チップ状のＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａを得る。
（ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ｂの製造方法）
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ｂ（図３参照）を製造する場合、基板１１０の裏面を凹凸状に加工するステップが必要となる。このステップは、ｎ側電極Ｅ１００をパターニングするステップの後に行う。
【００４６】
（ＧａＮ系発光ダイオード素子１０２Ｂの製造方法）
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０２Ｂ（図４（ｂ）参照）を製造する場合、基板１１０の裏面に誘電体反射膜Ｒ１００を形成するステップが必要となる。このステップは、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１をパターニングするステップの後に行う。
（ＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ｂの製造方法）
前述の実施形態４に係るＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ｂ（図９参照）を製造するには、まず、ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板１１０上に、ＧａＮ系半導体からなるｎ型層１２１、活性層１２２およびｐ型層１２３を含むエピ層１２０が形成されたエピウェハを準備する。そして、エピ層１２０をドライエッチング加工して素子分離溝Ｇ１００を形成するとともに、素子分離溝Ｇ１００によって区画される各発光ダイオード部のｐ型層１２３上に、ｐ側電極Ｅ２００を形成する。
【００４７】
ｐ側電極Ｅ２００の形成後、基板１１０の裏面をグラインディングまたはラッピングして、基板１１０の厚さを減じる。グラインディングを行った場合には、続けてラッピングを行って、加工された面の粗さを減じる。その後、基板１１０の裏面をポリッシュし、ＡＦＭを用いて測定される１０μｍ角の範囲の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下となるように平坦化する。ポリッシングに用いる好ましいＣＭＰスラリーおよび好ましいポリッシングレートは、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａを製造する場合と同様である。
【００４８】
ポリッシング後は基板１１０に付着したスラリーを水で洗い流し、乾燥させる。水洗の際には界面活性剤を用いることができる。水洗の後に、有機洗浄や紫外線オゾン洗浄を行ってもよい。
次に、ポリッシュされたままの基板１１０の裏面全体にＩＴＯからなるｎ側オーミック電極Ｅ１０１を、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの気相法を用いて薄膜状に形成する。このステップまで完了したエピウェハの断面図が図１３（ａ）である。
【００４９】
次のステップでは、必要な部分をレジストマスクで保護したうえで不要部分をエッチングにより除去する方法、すなわちサブトラクティブ法によって、図１３（ｂ）に示すようにｎ側オーミック電極Ｅ１０１を所定形状にパターニングする。レジストマスクのパターニングは、通常のフォトリソグラフィ技法を用いて行うことができる。ＩＴＯのエッチングは、好ましくは、エッチャントに塩化鉄水溶液または塩酸を用いて、ウェット法により行う。このウェットエッチングの際には、ＩＴＯの不要部分を完全に取り除かないで、その残渣が基板１１０上に残るようにエッチング時間などを調節する。
【００５０】
ＩＴＯのような多結晶質のＴＣＯ薄膜は、成膜後にアニールして結晶部分の結晶性を向上させることによって、ウェットエッチング時の結晶部分と粒界部分とのエッチングレート差を大きくすることができる。従って、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１をＩＴＯのような多結晶質のＴＣＯ膜とする場合には、これを熱処理することによって、ウェットエッチング後にＴＣＯの残渣が基板１１０上に残留し易くすることができる。
【００５１】
次のステップでは、前のステップでｎ側オーミック電極Ｅ１０１の保護に用いたレジストマスクを引き続きマスクとして残したまま、露出した基板１１０の裏面を塩素ガスをエッチングガスに用いてドライエッチングする。このとき、残留したＩＴＯの残渣が微細マスクとして働くことによって、図１３（ｃ）に示すように、基板１１０のドライエッチされた部分には微細な凹凸が形成される。
【００５２】
ドライエッチング後、図１４（ｄ）に示すようにｎ側オーミック電極Ｅ１０１上にｎ側電極パッドＥ１０２を形成する。好ましい実施形態においては、この後、基板１１０の露出面をＳｉＯ２、ＳｉＮｘのような透明材料からなる絶縁性の保護膜（図示せず）で被覆する。そして、最後のステップとして、図１４（ｅ）に示すように、エピ層１２０に形成した素子分離溝Ｇ１００の位置でエピウェハを切断し、チップ状のＧａＮ系発光ダイオード素子１０４Ｂを得る。
【００５３】
（実施形態５）
図１５に示すＧａＮ系発光ダイオード素子１０５では、エピ層１２０の成長に使用され
たｍ面ＧａＮ基板が除去されており、また、エピ層１２０に対してｐ側電極Ｅ２００を挟んで保持基板Ｓ１００が接合されている。図１５（ａ）は素子をｎ側電極Ｅ１００が設けられた側から見た平面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＰ−Ｑ線の位置における断面図である。
【００５４】
ｎ側電極Ｅ１００は、ｎ型層１２１の底面（活性層１２２が配置された側とは反対側の主面）に形成されており、接続部Ｅ１００ａと延長部Ｅ１００ｂとから構成されている。
ｎ型層１２１の底面は、ｎ側電極Ｅ１００と接している領域では平坦で、該領域内ではどの部分でも１０μｍ×１０μｍの範囲の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下である。ｎ型層１２１の底面の他の領域は粗く加工されており、ミクロンサイズの突起または窪み、サブミクロンサイズの周期的凹凸パターン、あるいは、サブミクロンサイズの微細な突起または窪みが密集したパターンが形成されている。
【００５５】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０５を製造するには、まず、ｍ面ＧａＮ基板のおもて面上にＧａＮ系半導体からなるｎ型層１２１、活性層１２２およびｐ型層１２３を含むエピ層１２０が形成されたエピウェハを準備する。
次いで、該ｐ型層の上面にｐ側電極Ｅ２００を形成した後、該ｐ側電極を間に挟むようにして、該エピ層１２０に支持基板Ｓ１００を接合する。
【００５６】
次いで、ｍ面ＧａＮ基板を裏面側からグラインディングとラッピングにより磨滅させ、エピ層１２０に含まれるｎ型層１２１の底面を露出させる。
次いで、露出させたｎ型層１２１の底面をポリッシュし、ＡＦＭを用いて測定される１０μｍ角の範囲の二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下となるように平坦化する。ポリッシングに用いる好ましいＣＭＰスラリーおよび好ましいポリッシングレートは、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０１Ａの製造時にｍ面ＧａＮ基板の裏面をポリッシュする場合と同様である。
【００５７】
ポリッシング後、ポリッシュされたｎ型層表面に付着したスラリーを水で洗い流し、乾燥させる。水洗の際には界面活性剤を用いることができる。水洗の後に、有機洗浄や紫外線オゾン洗浄を行ってもよい。
次いで、ポリッシュしたｎ型層１２１の底面上へのｎ側電極Ｅ１００の形成およびパターニングを行い、更に、該底面がｎ側電極に覆われずに露出した領域の粗化処理を行う。
ｎ型層１２１の底面にｎ側電極Ｅ１００を形成した後の適切な段階で、エピ層１２０に素子分離溝を形成する。
最後に、素子分離溝の位置で保持基板Ｓ１００を切断し、チップ状のＧａＮ系発光ダイオード素子１０５を得る。
【００５８】
（発光装置）
本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を用いた発光装置の用途は、照明、ディスプレイ、液晶表示装置のバックライト、インジケータ等を含むが、これらに限定されるものではない。
本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子は、砲弾型パッケージやＳＭＤ型パッケージに収容したうえで、回路基板に実装することができる。照明用の発光装置では、本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を回路基板に直接実装するチップオンボード方式を好ましく採用することができる。
本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を用いた発光装置の一形態として、ＧａＮ系発光ダイオード素子と、当該発光ダイオード素子が発する光の少なくとも一部を吸収して、より長波長の光に変換する波長変換物質とを組み合わせた発光装置が挙げられる。かかる発光装置の一例が白色ＬＥＤである。
【００５９】
図１６は、本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を用いた白色ＬＥＤの構造例を示す断面図である。白色ＬＥＤは、本発明のＧａＮ系発光ダイオード素子１０００、該ＬＥＤ素子を収容するＳＭＤ型パッケージ２０００、および波長変換部３０００を備えている。
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０００は、例えば発光ピーク波長を４２０〜４７０ｎｍの範囲内、好ましくは４４５〜４６５ｎｍの範囲内に有する青色発光ダイオード素子である。
【００６０】
ＳＭＤ型パッケージ２０００は公知のＳＭＤ型パッケージであり、典型例としてはポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の耐熱性樹脂をリードフレームと一体成形したタイプのものが挙げられるが、限定されるものではない。例えば、積層セラミック基板上にセラミック製または金属製のリフレクタを接合したタイプのＳＭＤ型パッケージであってもよい。
【００６１】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０００が発する青色光は波長変換部３０００に入射し、その一部は、波長変換部３０００が含有する黄色蛍光体により黄色光に変換される。波長変換部３０００の表面からは、青色光と黄色光が混成して生じる白色光が外部に向けて放出される。
波長変換部３０００に含まれる黄色蛍光体の濃度は、白色ＬＥＤが放出する光の色の黒体輻射軌跡からの偏差Ｄｕｖ（＝１０００ｄｕｖ）が−２０〜＋２０の範囲内となるように調節する。照明用では、Ｄｕｖを通常−６．０〜＋６．０の範囲内、好ましくは−６．０〜＋２．０の範囲内、特に好ましくは−６．０〜０．０の範囲内とする。
【００６２】
黄色蛍光体に加えて赤色蛍光体を波長変換部３０００に加えることにより、低い色温度の白色光を発生させることができる。白色ＬＥＤの相関色温度は、照明用では通常２０００〜７０００Ｋの範囲内とする。
照明用の白色ＬＥＤでは、黄色蛍光体に加えて赤色蛍光体を波長変換部３０００に加えることにより演色性を改善することができる。黄色蛍光体の一部または全部を緑色蛍光体に置換することも、白色ＬＥＤの演色性の改善に寄与し得る。
【００６３】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０００は、発光ピーク波長を３９０〜４２０ｎｍの範囲内に有する紫色発光ダイオード素子であってもよい。その場合には、波長変換部３０００に青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含有させる。緑色蛍光体の一部または全部を黄色蛍光体に置き換えてもよい。
青色蛍光体とは、その発光色が、図１７に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ  １９３１）における「ＰＵＲＰＵＬＩＳＨ ＢＬＵＥ」、「ＢＬＵＥ」または「ＧＲＥＥＮＩＳＨ  ＢＬＵ
Ｅ」に区分される蛍光体である。
【００６４】
好適な青色蛍光体には、Ｅｕ2+を付活剤とし、アルカリ土類アルミン酸塩またはアルカリ土類ハロリン酸塩からなる結晶を母体とするもの、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕなどがある。照明用の
白色ＬＥＤには、発光効率が高く、かつ、半値全幅が５０ｎｍ以上の比較的ブロードな発光スペクトルを有する、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：ＥｕおよびＳｒ5-xＢａx（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ（０＜ｘ＜５）が好適である。
【００６５】
緑色蛍光体とは、その発光色が、図１７に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ  １９３１）における「ＧＲＥＥＮ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ  ＧＲＥＥＮ」に区分される蛍光体である。
好適な緑色蛍光体にはＥｕ2+を付活剤とするものと、Ｃｅ3+を付活剤とするものとがある。
【００６６】
Ｅｕ2+を付活剤とする緑色蛍光体は、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類ケイ酸窒化物またはサイアロンからなる結晶を母体とする緑色蛍光体である。アルカリ土類ケイ酸塩結晶を母体とするものの具体例には、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）2（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ2Ｏ7：Ｅｕなどがある。アルカリ土類ケイ酸窒化
物結晶を母体とするものの具体例には、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ、（
Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ9Ｎ4：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕなど
がある。サイアロン結晶を母体とするものの具体例には、βサイアロン：Ｅｕ、Ｓｒ3Ｓ
ｉ13Ａｌ3Ｏ2Ｎ21：Ｅｕ、Ｓｒ5Ａｌ5Ｓｉ21Ｏ2Ｎ35：Ｅｕなどがある。
【００６７】
Ｃｅ3+を付活剤とする緑色蛍光体としては、ガーネット型酸化物結晶を母体とする緑色蛍光体、例えば（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅや、アルカ
リ土類金属スカンジウム酸塩結晶を母体とする緑色蛍光体、例えばＣａＳｃ2Ｏ4：Ｃｅがある。
【００６８】
黄色蛍光体とは、その発光色が、図１７に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ  １９３１）における「ＹＥＬＬＯＷ  ＧＲＥＥＮ」、「ＧＲＥＥＮＩＳＨ  ＹＥＬＬＯＷ」、「ＹＥＬＬＯＷ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ  ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。
黄色蛍光体の好適例としては、Ｃｅ3+を付活剤とし、ガーネット型酸化物結晶を母体とするもの、例えば、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅなどがある。その他には、Ｃｅ3+を付活剤とし、ランタンケイ素窒化物結晶を母体とするもの、例えば、Ｌａ3Ｓｉ6Ｎ11：Ｃｅ、Ｃａ1.5xＬａ3-xＳｉ6Ｎ11：Ｃｅなどがある。また、Ｅｕ2+を付活剤とする黄色蛍光体として、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ（ＢＯＳＥまたはＢＯＳと呼ばれる）、αサイアロン：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕなどがある。
【００６９】
赤色蛍光体とは、その発光色が、図１７に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ  １９３１）における「ＲＥＤ」、「ＲＥＤＤＩＳＨ  ＯＲＡＮＧＥ」または「ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。
赤色蛍光体の好適例としては、Ｅｕ2+を付活剤とし、アルカリ土類ケイ窒化物、αサイアロンまたはアルカリ土類ケイ酸塩からなる結晶を母体とする蛍光体が挙げられる。アルカリ土類ケイ窒化物結晶を母体とするものの具体例には、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7：Ｅｕなどがある。アルカリ土類ケイ酸塩結晶
を母体とするものの具体例には、（Ｓｒ，Ｂａ）3ＳｉＯ5：Ｅｕなどがある。
【００７０】
赤色蛍光体の他の好適例はＭｎ４＋付活フルオロ錯体蛍光体である。Ｍ２ＸＦ６：Ｍｎで表されるヘキサフルオロ錯体塩型が好ましいが、限定されるものではなく、配位中心となる金属元素に対し５個ないし７個のフッ素イオンが配位した錯イオンを含むものも使用し得る。最も好ましいＭｎ４＋付活フルオロ錯体蛍光体は、ヘキサフルオロケイ酸カリウムを母体とするＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎである。Ｋ２ＳｉＦ６：ＭｎのＳｉの一部はＡｌで置換することができ、Ｋの一部はＮａで置換することができる。
【００７１】
波長変換部３０００において蛍光体を保持するマトリックス材料は、可視波長域において透明な樹脂またはガラスである。樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ＰＭＭＡ樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが好ましく例示される。ガラスとしては、リン酸系、ホウリン酸系、バナジウムホウ酸系、アルカリ珪酸系、ビスマス系などの低融点ガラスが好ましく例示される。
【００７２】
波長変換部３０００には、蛍光体以外の微粒子、例えば、光拡散材を分散させることができる。
波長変換部３０００は、また、蛍光体相を含有するセラミック板であってもよい。
波長変換部３０００は任意の態様で蛍光体を含有することができる。例えば、波長変換部３０００の内部における蛍光体の分布は一様であってもよいし、不均一であってもよい。また、波長変換部３０００は含有する蛍光体の種類および／または濃度がそれぞれ異なる２以上の蛍光体層を含む積層体であってもよい。この積層体は蛍光体を含有しない層を含むものであってもよい。また、波長変換部３０００は、透明な支持体の表面にコーティングされた薄層であり得る。
【００７３】
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０００と波長変換部３０００との間の空間Ｓは、空洞であってもよいし、その一部または全部がシリコーン樹脂やガラスなどの透光性材料で充填されていてもよい。
蛍光体を含有する樹脂で形成する波長変換部を板状とすることは必須ではない。一例では、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０００を保護する封止樹脂に蛍光体を添加してもよい。他の一例では、蛍光体を含有する樹脂層をＧａＮ系発光ダイオード素子１０００の表面にコンフォーマルに形成したうえで、該樹脂層もろとも該発光ダイオード素子を透光性樹脂で封止してもよい。
【００７４】
図１８〜２０は、それぞれ、本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子を用いた、リモートフォスファ型白色発光ユニットの構造例を示す断面図である。これらの白色発光ユニットでは、フィン付きのヒートシンク上にＰＣＢ（プリント配線板）が設置され、そのＰＣＢの導電パターン（図示せず）上にＧａＮ系発光ダイオード素子が直接実装されている。ＰＣＢは、好ましくは、メタルコアＰＣＢまたはセラミックＰＣＢである。蛍光体を含有する波長変換層を備えた波長変換コンポーネントは、ＧａＮ系発光ダイオード素子から離して設置されている。
【００７５】
図１８の白色発光ユニットでは、ＧａＮ系発光ダイオード素子が、波長変換層と透光性層とを有するドーム形状の波長変換コンポーネントで覆われている。この波長変換コンポーネントは、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＰＭＭＡ樹脂、エポキシ樹脂、ガラス等をモールドして透明な中空ドーム（透光性層）を作製した後、該中空ドームの内壁面上に波長変換層を形成することにより製造することができる。波長変換層は、例えば、蛍光体を含むシリコーン樹脂ペーストを塗布し硬化させる方法で形成することができる。
【００７６】
図１９の白色発光ユニットでは、ＧａＮ系発光ダイオード素子が、凸レンズ状に成形された透明樹脂（例えば、シリコーン樹脂）で封止されるとともに、環状のリフレクタに取り囲まれている。リフレクタの上部には、波長変換層と透光性層とを有する平板形の波長変換コンポーネントが取り付けられ、ＧａＮ系発光ダイオード素子の上方の空間を塞いでいる。リフレクタの内壁は、ＧａＮ系発光ダイオード素子から入射する光が波長変換コンポーネントに向かって反射されるように、傾斜している。
【００７７】
図２０の白色発光ユニットでは、波長変換コンポーネントが、凸レンズと、その裏面に設けられた波長変換層とを有している。凸レンズは透明な樹脂またはガラスで形成されており、当該白色発光ユニットの出力光に指向性を付与する働きを有している。
図１８〜２０のいずれの例においても、波長変換コンポーネントの表面の少なくとも一部に、モスアイ（ｍｏｔｈ−ｅｙｅ）構造を付与することができる。すなわち、図１８および図１９の例では透光性層の表面を、また、図２０の例では凸レンズの表面を、モスアイ構造とすることができる。また、図１８〜２０のいずれの例においても、波長変換層の表面をモスアイ構造とすることができる。
【００７８】
モスアイ構造の付与によって表面での全反射が発生しなくなるので、波長変換コンポーネントの光透過性が高くなり、ひいては白色発光ユニットの発光効率が高くなる。
図１９の白色発光ユニットにおいては、透光性層の表面にマイクロレンズ・アレイを形成することも光取出し効率を高めるうえで有用である。
図１８〜２０の各例において、ＧａＮ系発光ダイオード素子および各蛍光体が発する光を十分に混合させるために、波長変換層に光拡散材を分散させることができる。図１８および図１９の例では、同じ目的のために、透光性層に光拡散材を分散させることができる他、透光性層の表面を粗く加工することによって光拡散性を付与することができる。
【００７９】
図１８〜２０に例示したリモートフォスファ型白色発光ユニットは、シーリングライト、レトロフィット電球（白熱電球型、ハロゲンランプ型）、スポットライト、ヘッドライトなど、各種固体照明器具の光源ユニットとして好適に使用することができる。
白色発光装置の構成例を以上に説明したが、本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子と、当該発光ダイオード素子が発する光の少なくとも一部を吸収して、より長波長の光に変換する波長変換物質とを組み合わせて構成される発光装置は、白色発光装置に限定されるものではなく、緑、黄、赤などの原色光を発する発光装置や、パステルカラーの光を発する発光装置であり得る。
【００８０】
［２］実験結果
本発明者等によるＧａＮ系発光ダイオード素子（以下では「ＬＥＤ素子」ともいう）の試作および評価の結果を以下に記す。
１．実験１（参考実験）
１．１．試作したＬＥＤ素子の基本構造
図２１に、実験１で試作したＬＥＤ素子の基本構造を模式的に示す。図２１（ａ）は上面図、図２１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。図２１（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子１の平面形状は矩形であり、サイズは３５０μｍ×３４０μｍである。
【００８１】
図２１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１は、基板１０の上にＧａＮ系半導体からなる半導体積層体２０を有している。基板１０はｍ面ＧａＮ基板であり、半導体積層体２０は該基板１０のおもて面１１上に配置されている。半導体積層体２０は基板１０側から順に、第１のアンドープＧａＮ層２１、Ｓｉドープされたｎ型ＧａＮコンタクト層２２、第２のアンドープＧａＮ層２３、Ｓｉドープされたｎ型ＧａＮクラッド層２４、ＭＱＷ活性層２５、Ｍｇドープされたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層２６、Ｍｇドープされたｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎコンタクト層２７を有している。
【００８２】
ＭＱＷ活性層２５は、交互に積層されたアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎバリア層とアンドープＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎウェル層とを有している。アンドープＩｎＧａＮバリア層の数は４層、アンドープＩｎＧａＮウェル層の数は３層であり、ゆえに、ＭＱＷ活性層２５の最下層と最上層はいずれもバリア層である。ウェル層の組成は発光ピーク波長が４４５〜４６５ｎｍの範囲内に入るように調整されたものである。
【００８３】
ＬＥＤ素子１は２つのｎ側電極と１つのｐ側電極を有している。ｎ側電極のひとつは第１のｎ側メタルパッドＥ１１であり、基板１０の裏面１２全体を覆うように設けられている。もうひとつは第２のｎ側メタルパッドＥ１２であり、半導体積層体２０を一部除去することにより露出したｎ型ＧａＮコンタクト層２２の表面上に形成されている。第１のｎ側メタルパッドＥ１１と第２のｎ側メタルパッドＥ１２は、どちらもオーミック電極を兼用している。ｐ側電極を構成するのは、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２７の上面に形成されたオーミック性の透光性電極Ｅ２１と、該透光性電極Ｅ２１上の一部に形成されたｐ側メタルパッドＥ２２である。ＭＱＷ活性層２５への電流印加は、第１のｎ側メタルパッド
Ｅ１１とｐ側メタルパッドＥ２２を通して行うこともできるし、第２のｎ側メタルパッドＥ１２とｐ側メタルパッドＥ２２を通して行うこともできる。
【００８４】
第１のｎ側メタルパッドＥ１１は多層膜であり、基板１０側から順にＴｉＷ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を有している。第２のｎ側メタルパッドＥ１２も同様の積層構造を備える多層膜であり、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２側から順にＴｉＷ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を有している。透光性電極Ｅ２１はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜である。ｐ側メタルパッドＥ１２は第１のｎ側メタルパッドＥ１１および第２のｎ側メタルパッドＥ１２と同様の積層構造を備える多層膜であり、透光性電極Ｅ２１側から順にＴｉＷ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を有している。
【００８５】
１．２．ＬＥＤ素子の試作
ＬＥＤ素子１を次の手順により作製した。
１．２．１．エピタキシャル成長
サイズが７ｍｍ（ｃ軸方向）×１５ｍｍ（ａ軸方向）×３３０μｍ（厚さ）、おもて面（半導体積層体を設ける側の主面）のオフ角が０±０．５°の範囲内で、ｎ型不純物としてＳｉが添加されたｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板を準備した。ホール測定により調べた該ｍ面ＧａＮ基板のキャリア濃度は１．３×１０１７ｃｍ−３であった。
【００８６】
このｍ面ＧａＮ基板のおもて面上に、常圧ＭＯＶＰＥ法を用いて複数のＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させて半導体積層体を形成した。ＩＩＩ族原料にはＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）およびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｖ族原料にはアンモニア、Ｓｉ原料にはシラン、Ｍｇ原料にはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ）を用いた。
各層の成長温度および膜厚を表１に示す。
【００８７】
【表１】
2014167948.tif 000003
【００８８】
ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＧａＮクラッド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層に添加した不純物の濃度は表２に示す通りである。
【００８９】
【表２】
2014167948.tif 000004
【００９０】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層に添加したＭｇの活性化は、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を所定時間成長させた後、ＭＯＶＰＥ装置の成長炉内で基板温度が室温まで降下する間に、該成長炉内に流す窒素ガスおよびアンモニアガスの流量を制御する方法を用いて行った。
【００９１】
１．２．２．ｐ側電極および第２のｎ側メタルパッドの形成
上記エピタキシャル成長により形成した半導体積層体の表面（ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の表面）に、電子ビーム蒸着法によりＩＴＯ膜を２１０ｎｍの厚さに形成した。続いて、フォトリソグラフィとエッチングの技法を用いて、このＩＴＯ膜を所定の形状にパターニングして、透光性電極を形成した。パターニング後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）加工により半導体積層体の一部を除去して、第２のｎ側メタルパッドを形成すべき部位にｎ型ＧａＮコンタクト層を露出させるとともに、メサ形成を行った。ＲＩＥ加工においては、エッチングガスとしてＣｌ２を用い、アンテナ／バイアスを１００Ｗ／２０Ｗ、チャンバー内圧力を０．３Ｐａと設定した。
【００９２】
ＲＩＥ加工に続いて、上記作製したＩＴＯ膜に対し、大気雰囲気中、５２０℃で２０分間の熱処理を施した。更に続けて、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置を用いて、
このＩＴＯ膜に対し、窒素ガス雰囲気中、５００℃で１分間の熱処理を施した。
ＩＴＯ膜の熱処理後、リフトオフ法を用いて、第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを同時に所定のパターンに形成した。第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを構成するメタル多層膜に含まれる全ての層（ＴｉＷ層、Ａｕ層およびＰｔ層）は、スパッタリング法で形成した。ＴｉＷ膜を形成する際は、ターゲットにＴｉ含有量が１０ｗｔ％のＴｉ−Ｗターゲット、スパッタガスにＡｒ（アルゴン）を使用し、スパッタ条件はＲＦ電力８００Ｗ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、スパッタガス圧２．２×１０−1Ｐａとした。最
下層であるＴｉＷ層とその直上に積層するＡｕ層の厚さは１０８ｎｍとし、それ以外のＰｔ層およびＡｕ層の厚さはいずれも８９ｎｍとした。
第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを形成した後、露出した半導体積層体の表面および透光性電極の表面に、ＳｉＯ２からなるパッシベーション膜を２１３ｎｍの厚さに形成した。
【００９３】
１．２．３．ｍ面ＧａＮ基板の裏面の加工
上記パッシベーション膜の形成後、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に対し、以下に加工ａ〜加工ｆとして記す６通りの異なる加工を行った。
加工ａ：ｍ面ＧａＮ基板の裏面にラッピングおよびポリッシングをこの順に施すことにより、該基板の厚さを２００μｍに減じた。
ラッピング工程では、定法に従い、使用するダイヤモンド砥粒の粒径を段階的に小さくしていった。
【００９４】
ポリッシング工程では、酸性コロイダルシリカ（粒径７０〜１００ｎｍ）に酸を添加してｐＨを２未満に調整したＣＭＰスラリーを用い、ポリッシングレートが０．５μｍ／ｈとなるように荷重を調整し、ポリッシング加工時間は約１４時間とした。この条件でポリッシュされたｍ面ＧａＮ基板の表面は、ＡＦＭ（例えばDIGITALINSTRUMENTS社製 DIMENSION 5000）を用いて測定される１０μｍ角の範囲の算術平均粗さＲａが０．１ｎｍ以下と
なる。
【００９５】
ポリッシングされた面（ｍ面ＧａＮ基板の裏面）は水で洗った後、更に室温のＩＰＡおよびアセトンを用いて洗浄し、乾燥後に５分間の紫外線オゾン洗浄（１１０℃、酸素流量５Ｌ／分）を施した。
加工ｂ：加工ａを行った後、更に、ＲＩＥによってｍ面ＧａＮ基板の裏面から表層部分を削り取った。ＲＩＥ条件は上記１．２．２．で半導体積層体に対してＲＩＥ加工を施したときの条件と同じとし、エッチング深さが０．１μｍとなるよう、エッチング時間を６０秒に設定した。ＲＩＥ加工後の表面の粗さを触針式段差計（株式会社小坂研究所製ＥＴ３０００）で測定したところ、算術平均粗さＲａは０．０２μｍ、最大高さＲｚは０．０４μｍであった。
【００９６】
加工ｃ：加工ａを行った後、更に、ＲＩＥによってｍ面ＧａＮ基板の裏面から表層部分を削り取った。ＲＩＥ条件は上記１．２．２．で半導体積層体に対してＲＩＥ加工を施したときの条件と同じとし、エッチング深さが１．０μｍとなるよう、エッチング時間を６１０秒に設定した。ＲＩＥ加工後の表面の粗さを触針式段差計で測定したところ、算術平均粗さＲａは０．０６μｍ、最大高さＲｚは０．５５μｍであった。
【００９７】
加工ｄ：加工ａを行った後、更に、ＲＩＥによってｍ面ＧａＮ基板の裏面から表層部分を削り取った。ＲＩＥ条件は上記１．２．２．で半導体積層体に対してＲＩＥ加工を施したときの条件と同じとし、エッチング深さが２．０μｍとなるよう、エッチング時間を１２２０秒に設定した。ＲＩＥ加工後の表面の粗さを触針式段差計で測定したところ、算術平均粗さＲａは０．０７〜０．１２μｍ、最大高さＲｚは１．３０μｍであった。
【００９８】
加工ｅ：加工ａを行った後のｍ面ＧａＮ基板の裏面に、ノボラック樹脂を用いたポジ型フォトレジスト（住友化学株式会社製  スミレジストＰＦＩ−３４ＡＬ）を１．６μｍの厚さにコーティングし、フォトリソグラフィ技法を用いて該フォトレジストをパターニングすることによって、図２２に示すマスクパターンを形成した。すなわち、複数の円形エッチングマスクが三角格子の格子位置に配置されたマスクパターンである。各円形マスクの直径（図２２中のＲ）は２μｍ、隣り合う円形マスク間のスペース（図２２中のＳ）は２．５μｍとした。マスクパターンの方向は、図２３に示すように、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形ＡＢＣＤＥＦの２つの辺ＢＣ、ＥＦが、ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸と直交するように定めた。
【００９９】
上記のように形成したマスクパターンをエッチングマスクに用いてＲＩＥを行うことにより、ｍ面ＧａＮ基板の裏面を凹凸状に加工した。エッチングガスとしてＣｌ２を用い、アンテナ／バイアスを１００Ｗ／２０Ｗ、チャンバー内圧力を０．３Ｐａと設定して、エッチング選択比が約１となるようにした。なお、ここでいうエッチング選択比は、エッチング時間が約８００秒以下であるときの、〔ＧａＮのエッチングレート〕／〔マスクのエッチングレート〕である。この条件で、１５００秒間、ＲＩＥ加工を行った。マスクパターンは、エッチング時間が約８００秒に達したところで殆ど消失した。ＲＩＥ加工後、有機溶剤を用いてウェハを洗浄し、続けて、ＲＩＥ加工された面に５分間の紫外線オゾン洗浄（１１０℃、酸素流量５Ｌ／分）を施した。
【０１００】
加工ｅを施したｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図２４に示す。図２４において（ａ）は平面図、（ｂ）は断面方向から見た図、（ｃ）は斜視図である。  図２４（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても紙面内で右から左に向かう方向が、ＧａＮの［０００１］方向（ｃ＋方向）であり、左から右に向かう方向がＧａＮの［０００−１］方向（ｃ−方向）である。ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成された突起の高さは１．５μｍであった。
【０１０１】
加工ｆ：加工ａを行った後のｍ面ＧａＮ基板の裏面に、加工ｅと同じ手順でマスクパターンを形成した。しかし、ＲＩＥチャンバー内に設置した後、薄いサファイア板でｍ面ＧａＮ基板の裏面を覆うことにより、該裏面がＲＩＥ加工を受けないように保護した。このことを除いて、加工ｆで行った処理は、加工ｅと同じである。すなわち、加工ｆを施したｍ面ＧａＮ基板の裏面には、フォトレジストを用いてマスクパターンを形成する処理、該マスクパターンを有機溶剤を用いて取り除く処理、及び、該マスクパターン除去後の紫外線オゾン洗浄処理が行われている。
【０１０２】
１．２．４．第１のｎ側メタルパッドの形成
上記加工ａ〜ｆのいずれかを行ったｍ面ＧａＮ基板の裏面に、第１のｎ側メタルパッドとなるメタル多層膜を形成した。このメタル多層膜に含まれる全ての層（ＴｉＷ層、Ａｕ層およびＰｔ層）は、スパッタリング法で形成した。ＴｉＷ膜を形成する際は、ターゲットにＴｉ含有量が１０ｗｔ％のＴｉ−Ｗターゲット、スパッタガスにＡｒ（アルゴン）を使用し、スパッタ条件はＲＦ電力８００Ｗ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、スパッタガス圧２．２×１０−1Ｐａとした。最下層であるＴｉＷ層とその直上に積層するＡｕ層の厚さは１
０８ｎｍとし、それ以外のＰｔ層およびＡｕ層の厚さはいずれも８９ｎｍとした。
【０１０３】
上記メタル多層膜の形成後、スクライブおよびブレーキングを行うことによりウェハを分断し、ＬＥＤ素子をチップにした。上記メタル多層膜はこの工程でＧａＮ基板と共に分断した。従って、第１のｎ側メタルパッドの平面形状はｍ面ＧａＮ基板の裏面の形状と同じとなった。また、第１のｎ側メタルパッドのサイズはチップサイズと略同じ３５０μｍ×３４０μｍとなった。
【０１０４】
１．３．ＬＥＤ素子の順方向電圧の評価
上記手順にて得たＬＥＤチップに対して、第１のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを通して電流を印加したときの順方向電圧（Ｖｆ１）と、第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを通して電流を印加したときの順方向電圧（Ｖｆ２）を比較した。印加電流はパルス幅１ｍｓｅｃ、パルス周期１００ｍｓｅｃのパルス電流とし、電流値は２０ｍＡおよび６０ｍＡの２通りとした。結果を表３に示す。
【０１０５】
【表３】
2014167948.tif 000005
【０１０６】
表３に示すように、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に加工ａのみを行ったＬＥＤチップではＶｆ１とＶｆ２は一致したのに対し、加工ｂ〜ｆを行ったＬＥＤチップではいずれもＶｆ１がＶｆ２よりも大きくなった。特に、ＲＩＥ加工を含む加工ｂ〜ｅを行ったＬＥＤチップでは、その差は数Ｖ以上にもなった。
また、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に加工ａのみを行ったＬＥＤチップに、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス周期１００ｍｓｅｃの順方向電流を２０ｍＡ、６０ｍＡ、１００ｍＡ、１２０ｍＡ、１８０ｍＡ、２４０ｍＡおよび３５０ｍＡ印加したときのＶｆ１を表４に示す。表４には、それぞれの場合の、第１のｎ側メタルパッドにおける平均電流密度を併せて示している。この平均電流密度は順方向電流をｎ側メタルパッドの面積（３５０μｍ×３４０μｍ）で除した値であり、ｎ側メタルパッドとｍ面ＧａＮ基板の裏面との界面を横切って流れる電流の平均的な密度を表している。
【０１０７】
【表４】
2014167948.tif 000006
【０１０８】
２．実験２
２．１．試作したＬＥＤ素子の基本構造
図２５に、実験２で試作したＬＥＤ素子の断面構造を模式的に示す。ＬＥＤ素子２は、基板１０の上にＧａＮ系半導体からなる半導体積層体２０を有している。基板１０はｍ面ＧａＮ基板であり、半導体積層体２０は該基板１０のおもて面１１上に配置されている。半導体積層体２０は基板１０側から順に、第１のアンドープＧａＮ層２１、Ｓｉドープされたｎ型ＧａＮコンタクト層２２、第２のアンドープＧａＮ層２３、Ｓｉドープされたｎ型ＧａＮクラッド層２４、ＭＱＷ活性層２５、Ｍｇドープされたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層２６、Ｍｇドープされたｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎコンタクト層２７を有している。
【０１０９】
ＭＱＷ活性層２５は、４層のアンドープＩｎＧａＮバリア層と３層のアンドープＩｎＧ
ａＮウェル層とを最下層および最上層がいずれもバリア層となるように交互に積層した構造を有している。ＩｎＧａＮバリア層のＩｎＮ混晶比は約４％、ＩｎＧａＮウェル層の組成はＬＥＤ素子２の発光色が紫〜青となるように調整されている。
ＬＥＤ素子２は２つのｎ側電極と１つのｐ側電極を有している。ｎ側電極のひとつは第１のｎ側メタルパッドＥ１１であり、基板１０の裏面１２全体を覆うように設けられている。もうひとつは第２のｎ側メタルパッドＥ１２であり、半導体積層体２０を一部除去することにより露出したｎ型ＧａＮコンタクト層２２の表面上に形成されている。第１のｎ側メタルパッドＥ１１と第２のｎ側メタルパッドＥ１２は、どちらもオーミック電極を兼用している。ｐ側電極を構成するのは、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２７の上面に形成されたオーミック性の透光性電極Ｅ２１と、該透光性電極Ｅ２１上の一部に形成されたｐ側メタルパッドＥ２２である。ＭＱＷ活性層２５への電流印加は、第１のｎ側メタルパッドＥ１１とｐ側メタルパッドＥ２２を通して行うこともできるし、第２のｎ側メタルパッドＥ１２とｐ側メタルパッドＥ２２を通して行うこともできる。
【０１１０】
後述するように、ＬＥＤ素子２の試作ではチップサイズを３４０μｍ×３５０μｍ（スモールサイズ）と１０５０μｍ×１０５０μｍ（ラージサイズ）の２通りとした。
スモールサイズのＬＥＤ素子２において、第２のｎ側メタルパッドＥ１２、透光性電極Ｅ２１およびｐ側メタルパッドＥ２２が呈するパターンを図２６に示す。ラージサイズのＬＥＤ素子２において、第２のｎ側メタルパッドＥ１２、透光性電極Ｅ２１およびｐ側メタルパッドＥ２２が呈するパターンを図２７に示す。
【０１１１】
第１のｎ側メタルパッドＥ１１は、基板１０側から順にＴｉＷ層（１０８ｎｍｔ）、Ａｕ層（１０８ｎｍｔ）、Ｐｔ層（８９ｎｍｔ）、Ａｕ層（８９ｎｍｔ）、Ｐｔ層（８９ｎｍｔ）、Ａｕ層（８９ｎｍｔ）、Ｐｔ層（８９ｎｍｔ）、Ａｕ層（８９ｎｍｔ）を有する総膜厚約７５０ｎｍのメタル多層膜である。
第２のｎ側メタルパッドＥ１２およびｐ側メタルパッドＥ１２は、スモールサイズのＬＥＤ素子２では、第１のｎ側メタルパッドＥ１１と同じ積層構造（最下層が１０８ｎｍｔのＴｉＷ層）を備えるメタル多層膜である。
【０１１２】
ラージサイズのＬＥＤ素子２では、第２のｎ側メタルパッドＥ１２およびｐ側メタルパッドＥ１２は、下層から表層に向かってＴｉＷ層（１０８ｎｍｔ）、Ａｕ層（スパッタ膜：１０８ｎｍｔ）、Ａｕ層（蒸着膜：１３００ｎｍｔ）をこの順に含む総膜厚約１５１６ｎｍのメタル多層膜である。
透光性電極Ｅ２１はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜である。
【０１１３】
２．２．ＬＥＤ素子の試作
ＬＥＤ素子２を次の手順により作製した。
２．２．１．エピタキシャル成長
下記表５に示す２種類のｍ面ＧａＮ基板（基板Ａ、基板Ｂ）を準備した。基板Ａ、Ｂのサイズは、いずれも、７ｍｍ（ｃ軸方向）×１５ｍｍ（ａ軸方向）×３３０μｍ（厚さ）であり、おもて面（エピタキシャル成長用の主面）にポリッシングが施されたものである。
【０１１４】
【表５】
2014167948.tif 000007
【０１１５】
基板Ａまたは基板Ｂのおもて面上に、常圧ＭＯＶＰＥ法を用いて複数のＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させて半導体積層体を形成した。ＩＩＩ族原料にはＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）およびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｖ族原料にはアンモニア、Ｓｉ原料にはシラン、Ｍｇ原料にはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ）を用いた。
各層の成長温度および膜厚を表６に示す。
【０１１６】
【表６】
2014167948.tif 000008
【０１１７】
ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＧａＮクラッド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層に添加した不純物の濃度は表７に示す通りである。
【０１１８】
【表７】
2014167948.tif 000009
【０１１９】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層に添加したＭｇの活性化は、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を所定時間成長させた後、ＭＯＶＰＥ装置の成長炉内で基板温度が室温まで降下する間に、該成長炉内に流す窒素ガスおよびアンモニアガスの流量を制御する方法を用いて行った。
詳しくいうと、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層は、成長炉内に窒素ガスを流量３０ＳＬＭ、水素ガスを流量３０ＳＬＭ、アンモニアガスを流量１０ＳＬＭで供給しながら成長させた。そのｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の成長完了と同時に、基板の加熱と水素ガスの供給を停止するとともに、アンモニア流量を０．０５ＳＬＭに下げた。基板温度が９００℃に下がるまでは、成長炉内に窒素ガスを２０ＳＬＭで、アンモニアを０．０５ＳＬＭで供給した。基板温度が９００℃に達した時点でアンモニアの供給を停止し、その後は窒素ガスのみを成長炉内に供給しながら基板温度を低下させた。
【０１２０】
２．２．２．ｐ側電極および第２のｎ側メタルパッドの形成
上記エピタキシャル成長により形成した半導体積層体の表面（ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の表面）に、電子ビーム蒸着法によりＩＴＯ膜を２１０ｎｍの厚さに形成した。続いて、フォトリソグラフィとエッチングの技法を用いて、このＩＴＯ膜を所定の形状にパターニングして、透光性電極を形成した。パターニング後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）加工により半導体積層体の一部を除去して、第２のｎ側メタルパッドを形成すべき部位にｎ型ＧａＮコンタクト層を露出させるとともに、メサ形成を行った。ＲＩＥ加工においては、エッチングガスとしてＣｌ２を用い、アンテナ／バイアスを１００Ｗ／２０Ｗ、チャンバー内圧力を０．３Ｐａと設定した。
【０１２１】
ＲＩＥ加工に続いて、上記作製したＩＴＯ膜に対し、大気雰囲気中、５２０℃で２０分間の熱処理を施した。更に続けて、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置を用いて、
このＩＴＯ膜に対し、窒素ガス雰囲気中、５００℃で１分間の熱処理を施した。
ＩＴＯ膜の熱処理後、リフトオフ法を用いて、第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを同時に所定のパターンに形成した。
【０１２２】
スモールサイズのＬＥＤ素子では、第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを構成する全ての金属層（ＴｉＷ層、Ａｕ層およびＰｔ層）をスパッタリング法で形成した。ＴｉＷ膜を形成する際は、ターゲットにＴｉ含有量が１０ｗｔ％のＴｉ−Ｗターゲット、スパッタガスにＡｒ（アルゴン）を使用し、スパッタ条件はＲＦ電力８００Ｗ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、スパッタガス圧２．２×１０−1Ｐａとした。
【０１２３】
ラージサイズのＬＥＤ素子では、第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを構成する金属層のうち、最下層であるＴｉＷ層とその次のＡｕ層（１０８ｎｍｔ）をスパッタリング法で形成し、厚さ１３００ｎｍのＡｕ層は電子ビーム蒸着法で形成した。ＴｉＷ膜形
成時のスパッタ条件は上記と同じである。
第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを形成した後、露出した半導体積層体の表面および透光性電極の表面に、ＳｉＯ２からなるパッシベーション膜を２１３ｎｍの厚さに形成した。
【０１２４】
２．２．３．ｍ面ＧａＮ基板の裏面の加工
上記手順にて得たＬＥＤウェハのおもて面（エピ層がある側の面）に、電極等を保護するためのレジストコーティングを行った。そして、ワックスを用いて該ウェハをキャリアプレートに固定し、ｍ面ＧａＮ基板の裏面にグラインディング、ラッピングおよびポリッシングをこの順に施した。
グラインディング工程ではｍ面ＧａＮ基板の厚さを３３０μｍから２２５μｍまで落とした。
【０１２５】
次のラッピング工程では、粒径１μｍのダイヤモンド砥粒を含むスラリーを用い、８．５〜１０μｍ／ｈというレートでｍ面ＧａＮ基板の厚さを２１０μｍまで落とした。
ポリッシング工程では、粒径２０〜１００ｎｍのコロイダルシリカおよび酸化剤を含有する約ｐＨ１の酸性ＣＭＰスラリーを用い、ポリッシングレートが６〜７μｍ／ｈとなるように荷重を調整して、約１．５時間でｍ面ＧａＮ基板の厚さを２００μｍまで落とした。
【０１２６】
この条件でポリッシュしたｍ面ＧａＮ基板の表面は、ＡＦＭ（例えばDIGITALINSTRUMENTS社製 DIMENSION 5000）を用いて測定される１０μｍ角の範囲の二乗平均粗さＲａが０
．１ｎｍ（０．０５〜０．１５ｎｍの範囲内）となる。
ポリッシュしたｍ面ＧａＮ基板の裏面は、界面活性剤を用いた超音波洗浄、次いで純水洗浄を行った後、Ｎ２ブローにより乾燥させた。
【０１２７】
次いで、キャリアプレートごとＩＰＡ（イソプロピルアルコール）に浸漬することにより、ウェハをキャリアプレートから取り外し、更に、ワックスを完全に除去するためにＩＰＡ中で煮沸洗浄を行った。
次いで、レジストリムーバー液を用いてウェハおもて面のレジストコーティングの除去を行い、その後、更に純水洗浄を行った。
【０１２８】
２．２．４．第１のｎ側メタルパッドの形成
上記ポリッシュを行ったｍ面ＧａＮ基板の裏面に、第１のｎ側メタルパッドとなるメタル多層膜を形成した。このメタル多層膜を構成する全ての金属層（ＴｉＷ層、Ａｕ層およびＰｔ層）はスパッタリング法で形成した。ＴｉＷ膜形成時のスパッタ条件は、第２のｎ側メタルパッドに含まれるＴｉＷ膜を形成する際に用いた条件と同じとした。
【０１２９】
上記メタル多層膜の形成後、スクライブおよびブレーキングを行うことによりウェハを分断し、ＬＥＤ素子をチップにした。上記メタル多層膜はこの工程でＧａＮ基板と共に分断した。従って、第１のｎ側メタルパッドの平面形状はｍ面ＧａＮ基板の裏面の形状と同じとなった。
すなわち、第１のｎ側メタルパッドのサイズは、スモールサイズのＬＥＤ素子では、３５０μｍ×３４０μｍ（面積：０．００１２ｃｍ２）となり、ラージサイズのＬＥＤ素子では１０５０μｍ×１０５０μｍ（面積：０．０１１ｃｍ２）となった。
以上の手順により、表８に示す３種類のＬＥＤチップ（LED A-S、LED A-L、LED B-L）
を作製した。
【０１３０】
【表８】
2014167948.tif 000010
【０１３１】
２．３．ＬＥＤ素子の順方向電圧の評価
上記手順にて得たＬＥＤチップに対して、第１のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを通して電流を印加したときの順方向電圧（Ｖｆ１）と、第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを通して電流を印加したときの順方向電圧（Ｖｆ２）を比較した。印加電流はパルス幅１ｍｓｅｃ、パルス周期１００ｍｓｅｃのパルス電流とし、電流値は２０ｍＡおよび６０ｍＡの２通りとした。結果を表９に示す。
【０１３２】
【表９】
2014167948.tif 000011
【０１３３】
また、各ＬＥＤチップに、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス周期１００ｍｓｅｃの順方向電流を２０ｍＡ、６０ｍＡ、１００ｍＡ、１２０ｍＡ、１８０ｍＡ、２４０ｍＡおよび３５０ｍＡ印加したときのＶｆ１を表１０に示す。表１０には、それぞれの電流値における発光ピーク波長と、第１のｎ側メタルパッドにおける平均電流密度を併せて示した。この平均電流密度は順方向電流を第１のｎ側メタルパッドの面積で除した値であり、第１のｎ側メタルパッドとｍ面ＧａＮ基板の裏面との界面を横切って流れる電流の平均的な密度を表している。
【０１３４】
【表１０】
2014167948.tif 000012
【０１３５】
３．実験３
３．１  テストピースの構成
本実験３で使用したテストピースの構造を図２８に示す。図２８（ａ）は平面図、図２８（ｂ）は図２８（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
テストピース１は、基板１１と、その表面に形成された電極アレイ１２とからなる。平面視においてアレイを構成する個々の電極片１２ａ〜１２ｊは１辺１００μｍの正方形で、アレイの一方側（１２ａ側）から他方側（１２ｊ側）に向かって隣接する電極片同士の間隔は１００μｍから１０μｍまで徐々に減少している。
【０１３６】
図２８（ｂ）に示すように、電極アレイ１２は、０．７μｍの段差により区画されたメサ上に設けられている。メサ上面の外縁から電極までの距離は１０μｍである。
基板１１は前述の実験２で用いた基板Ａと同じｍ面ＧａＮ基板であり、オフ角は±０．５°以内、ドーパント種は酸素、キャリア濃度は４．２×１０１８ｃｍ−３である。
作製した３種類のテストピースを表１に示す。テストピースＡ〜Ｃは、異なるメタル材料で形成された電極アレイ１２を有している。
【０１３７】
【表１１】
2014167948.tif 000013
【０１３８】
テストピースＡの電極では、ＴｉＷ層がｍ面ＧａＮ基板に接しており、その上にＡｕが積層されている。
テストピースＢの電極はＡｌの単層膜である。
テストピースＣの電極では、Ｃｒ層がｍ面ＧａＮ基板に接しており、その上にＡｕが積層されている。
【０１３９】
３．２  テストピースの作製
各テストピースは次の手順により作製した。
１）ｍ面ＧａＮ基板の表面に、上記実験２で基板の裏面に対して行った処理と全く同じ処理を行った。すなわち、グラインディング、ラッピングおよびポリッシングをこの順に行った後、所定の洗浄処理を行った。
２）上記１）の処理を施したｍ面ＧａＮ基板の表面に電極アレイを形成した。電極アレイのパターニングにはリフトオフ法を用いた。テストピースＡの作製では、ＴｉＷ層とＡｕ層の両方をスパッタリングで形成した。テストピースＢおよびＣに含まれるメタル層は全て蒸着で形成した。
３）電極アレイの周囲をドライエッチングして０．７μｍの段差を形成した。
【０１４０】
３．３  評価
電極アレイを構成する複数の電極片のうち、１００μ間隔で隣接する２つの電極片（図２８の１２ａおよび１２ｂ）の間にニードルコンタクトを用いて電圧を印加し、電流−電圧特性を測定した。結果を図２９に示す。
図２９の電流−電圧特性は、ｍ面ＧａＮ基板との接触抵抗はＡｌが最も低く、次いでＴｉＷであり、ＣｒはＴｉＷよりも接触抵抗が高いことを示唆している。
【０１４１】
Ａｌ電極を有するテストピースＢを窒素ガス雰囲気下、５００℃で１分間熱処理したところ、図３０に示すように、電極間の抵抗は更に低くなった。
本発明は、以上に記した実験から得られた知見に基づき完成されたものである。ただし、いうまでもないことであるが、本発明は、試作されたＬＥＤ素子や、試作で用いられた方法に限定されるものではない。また、本発明は、本明細書に明示的または黙示的に記載された実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ  ＧａＮ系発光ダイオード素子
１１０  基板
１２０  エピ層
１２１  ｎ型層
１２２  活性層
１２３  ｐ型層
Ｅ１００  ｎ側電極
Ｅ１０１  ｎ側オーミック電極
Ｅ１０２  ｎ側電極パッド
Ｅ２００  ｐ側電極
Ｅ２０１  ｐ側オーミック電極
Ｅ２０２  ｐ側電極パッド
Ｇ１００  素子分離溝
Ｒ１００  誘電体反射膜
１０００  ＧａＮ系発光ダイオード素子
２０００  ＳＭＤ型パッケージ
３０００  波長変換部
【図１】
2014167948.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014167948.tif 000018
【図６】
2014167948.tif 000019
【図７】
2014167948.tif 000020
【図８】
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【図９】
2014167948.tif 000022
【図１０】
2014167948.tif 000023
【図１１】
2014167948.tif 000024
【図１２】
2014167948.tif 000025
【図１３】
2014167948.tif 000026
【図１４】
2014167948.tif 000027
【図１５】
2014167948.tif 000028
【図１６】
2014167948.tif 000029
【図１７】
2014167948.tif 000030
【図１８】
2014167948.tif 000031
【図１９】
2014167948.tif 000032
【図２０】
2014167948.tif 000033
【図２１】
2014167948.tif 000034
【図２２】
2014167948.tif 000035
【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２８】
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【図２９】
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【図３０】
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