(57)【要約】【課題】  コンタクト電極を半導体層と支持基板との間の位置に埋め込んで配置した埋め込み型の素子においてリーク電流の発生を抑制するIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。【解決手段】  発光素子１００は、成長基板を除去した基板リフトオフ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、支持基板１１０と、接合層１２０と、カバー金属層１３０と、エッチングストップ層１４０と、半導体層１５０と、反射膜１６０と、パッシベーション膜１７０と、ｐコンタクト電極ＰＣと、ｎコンタクト電極ＮＣと、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、を有している。ｐコンタクト電極ＰＣと、ｎコンタクト電極ＮＣとは、支持基板１１０の板面に正射影した場合に、互いに重なり合わない形状で形成されている。【選択図】図２
2014158001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層とｐ型半導体層とｎ型半導体層とを有する半導体層と、
前記ｐ型半導体層に接触するｐコンタクト電極と、
前記ｎ型半導体層に接触するｎコンタクト電極と、
前記半導体層を支持する支持基板と、
を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｐコンタクト電極および前記ｎコンタクト電極は、
前記半導体層と前記支持基板との間の位置に配置されており、
前記ｐコンタクト電極および前記ｎコンタクト電極を前記支持基板の板面に正射影した場合に、
正射影した前記ｐコンタクト電極と正射影した前記ｎコンタクト電極とが、
互いに重なり合わない形状で形成されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｐコンタクト電極と前記ｎコンタクト電極との間の位置に配置された第１のパッシベーション膜を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｐコンタクト電極は、櫛歯形状のｐ配線電極部を有し、
前記ｎコンタクト電極は、櫛歯形状のｎ配線電極部を有し、
前記ｐ配線電極部および前記ｎ配線電極部を前記支持基板の板面に正射影した場合に、
正射影した前記ｐ配線電極部および正射影した前記ｎ配線電極部が、
互いに噛み合うように配置されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｐコンタクト電極に接触する第１の金属層を有し、
前記第１の金属層および前記ｎコンタクト電極を前記支持基板の板面に正射影した場合に、
正射影した前記第１の金属層と正射影した前記ｎコンタクト電極とが、
互いに重なり合わない形状で形成されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
請求項４に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第１の金属層の上に形成されたｐパッド電極と、
前記ｎコンタクト電極の上に形成されたｎパッド電極と、
を有し、
前記半導体層からみて前記支持基板が配置されている側の反対側の面には、
前記ｐパッド電極および前記ｎパッド電極が露出していること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第２の金属層と前記支持基板との間に位置するとともに半田を含む接合層と、
前記接合層における前記半導体層側の面の全面にわたって形成された第２の金属層と、
を有し、
前記第２の金属層は、
前記接合層に含まれている前記半田が前記第１の金属層の側に拡散するのを防止するためのカバー金属層であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
請求項６に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第２の金属層における前記半導体層側の面の全面にわたって形成された第２のパッシベーション膜を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記半導体層と前記支持基板との間の位置に配置された反射膜を有し、
前記反射膜と前記ｐコンタクト電極と前記ｎコンタクト電極とを前記支持基板の板面に正射影した場合に、
正射影した前記反射膜は、
正射影した前記ｐコンタクト電極と正射影した前記ｎコンタクト電極との間の位置に配置されていること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
III 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
発光層とｐ型半導体層とｎ型半導体層とを有する半導体層を成長基板に成長させる半導体層形成工程と、
前記ｐ型半導体層の側から前記半導体層に凹部を形成して前記ｎ型半導体層の一部を露出させる凹部形成工程と、
前記凹部に露出している前記ｎ型半導体層の上にｎコンタクト電極を形成するｎコンタクト電極形成工程と、
前記ｐ型半導体層の上にｐコンタクト電極を形成するｐコンタクト電極形成工程と、
前記半導体層を含む基材に前記成長基板の反対側の位置から支持基板を含む積層体を接合して接合体とする接合工程と、
前記接合体から前記成長基板を除去する成長基板除去工程と、
を有し、
前記支持基板の板面に正射影した場合に、正射影した前記ｐコンタクト電極と、正射影した前記ｎコンタクト電極とが、互いに重なり合わない形状で、前記ｐコンタクト電極および前記ｎコンタクト電極を形成し、
前記接合工程では、
前記ｐコンタクト電極および前記ｎコンタクト電極を、前記半導体層と前記支持基板との間の位置に配置されるように接合すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記ｐコンタクト電極と前記ｎコンタクト電極とを絶縁するパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程を有すること
を特徴とするIII 族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、III 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。さらに詳細には、ｐ電極とｎ電極との間のリーク電流の発生を抑制することのできるIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物半導体発光素子には、発光素子の中にコンタクト電極が埋め込まれた埋め込み型の発光素子と、溝を掘って露出させたコンタクト層にコンタクト電極を単に形成する溝掘り型の発光素子とがある。例えば、特許文献１には、埋め込み型の発光素子が開示されている（特許文献１の図２等参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の発光素子では、ｐコンタクト電極（１０９）と、ｎコンタクト電極（１０３）とが、素子の中に埋め込まれている。そして、ｐコンタクト電極（１０９）と、ｎコンタクト電極（１０３）とは、薄い絶縁膜（１１０）を挟んで形成されている。ここで、ｐコンタクト電極（１０９）は、発光面内の全領域にわたって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１６５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため、特許文献１に記載の発光素子には、ｐコンタクト電極（１０９）と、ｎコンタクト電極（１０３）とが、薄い絶縁膜（１１０）を介して対面している箇所が存在する（特許文献１の図２等参照）。したがってその箇所では、ｐコンタクト電極（１０９）と、ｎコンタクト電極（１０３）との間に、強い電界が形成される。
【０００６】
特許文献１の発光素子では、この絶縁膜（１１０）の箇所でリークするおそれがある。この発光素子を継続して使用する場合には、絶縁膜（１１０）の粒界に沿って金属原子が移動し、ｐコンタクト電極（１０９）とｎコンタクト電極（１０３）とをつなぐパスが形成されてリーク電流が生じるおそれがある。また、発光素子の耐久寿命は短い。そして、初期不良が生じるおそれがある。つまり、歩留まりが悪い。
【０００７】
一方、溝掘り型の発光素子では、後述する実施形態と従来例との比較のところで詳細に説明するように、絶縁膜がなくともｐコンタクト電極とｎコンタクト電極とはそもそも導通するおそれがほとんどない。したがって、次に示す課題は、埋め込み型の素子に固有のものである。
【０００８】
本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、コンタクト電極を半導体層と支持基板との間の位置に埋め込んで配置した埋め込み型の素子においてリーク電流の発生を抑制するIII 族窒化物半導体発光素子および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】
【０００９】
第１の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、発光層とｐ型半導体層とｎ型半導体層とを有する半導体層と、ｐ型半導体層に接触するｐコンタクト電極と、ｎ型半導体層に接触するｎコンタクト電極と、半導体層を支持する支持基板と、を有する。また、ｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極は、半導体層と支持基板との間の位置に配置されている。そして、ｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極を支持基板の板面に正射影した場合に、正射影したｐコンタクト電極と正射影したｎコンタクト電極とが、互いに重なり合わない形状で形成されている。
【００１０】
このIII 族窒化物半導体発光素子では、ｐコンタクト電極とｎコンタクト電極との間で、光取り出し面に垂直な方向の電界がかからない。そのため、初期不良が少ないため、歩留まりはよい。また、継続使用によって、ｐコンタクト電極とｎコンタクト電極との間にリーク電流が発生するおそれもほとんどない。
【００１１】
第２の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、ｐコンタクト電極とｎコンタクト電極との間の位置に配置された第１のパッシベーション膜を有する。このとき、薄い第１のパッシベーション膜は、ｐコンタクト電極とｎコンタクト電極との間の位置にある。しかし、ｐコンタクト電極とｎコンタクト電極とは、第１のパッシベーション膜を介して対面しているわけではない。そのため、第１のパッシベーション膜の膜厚方向に強い電界が形成されるおそれはほとんどない。したがって、リーク電流の発生は抑制される。
【００１２】
第３の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子では、ｐコンタクト電極は、櫛歯形状のｐ配線電極部を有し、ｎコンタクト電極は、櫛歯形状のｎ配線電極部を有する。そして、ｐ配線電極部およびｎ配線電極部を支持基板の板面に正射影した場合に、正射影したｐ配線電極部および正射影したｎ配線電極部が、互いに噛み合うように配置されている。ｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極が櫛歯状に噛み合うように配置されているため、発光層において十分に電流が拡散する。そのため、発光効率は高い。
【００１３】
第４の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、ｐコンタクト電極に接触する第１の金属層を有する。そして、第１の金属層およびｎコンタクト電極を支持基板の板面に正射影した場合に、正射影した第１の金属層と正射影したｎコンタクト電極とが、互いに重なり合わない形状で形成されている。そのため、第１の金属層とｎコンタクト電極との間で、リーク電流が発生するおそれはほとんどない。
【００１４】
第５の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、第１の金属層の上に形成されたｐパッド電極と、ｎコンタクト電極の上に形成されたｎパッド電極と、を有する。半導体層からみて支持基板が配置されている側の反対側の面には、ｐパッド電極およびｎパッド電極が露出している。
【００１５】
第６の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、第２の金属層と支持基板との間に位置するとともに半田を含む接合層と、接合層における半導体層側の面の全面にわたって形成された第２の金属層と、を有する。そして、第２の金属層は、接合層に含まれている半田が第１の金属層の側に拡散するのを防止するためのカバー金属層である。
【００１６】
第７の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、第２の金属層における半導体層側の面の全面にわたって形成された第２のパッシベーション膜を有する。
【００１７】
第８の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子は、半導体層と支持基板との間の位置に配置された反射膜を有する。そして、反射膜とｐコンタクト電極とｎコンタクト電極とを支持基板の板面に正射影した場合に、正射影した反射膜は、正射影したｐコンタクト電極と正射影したｎコンタクト電極との間の位置に配置されている。
【００１８】
第９の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、発光層とｐ型半導体層とｎ型半導体層とを有する半導体層を成長基板に成長させる半導体層形成工程と、ｐ型半導体層の側から半導体層に凹部を形成してｎ型半導体層の一部を露出させる凹部形成工程と、凹部に露出しているｎ型半導体層の上にｎコンタクト電極を形成するｎコンタクト電極形成工程と、ｐ型半導体層の上にｐコンタクト電極を形成するｐコンタクト電極形成工程と、半導体層を含む基材に成長基板の反対側の位置から支持基板を含む積層体を接合して接合体とする接合工程と、接合体から成長基板を除去する成長基板除去工程と、を有する。また、支持基板の板面に正射影した場合に、正射影したｐコンタクト電極と、正射影したｎコンタクト電極とが、互いに重なり合わない形状で、ｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極を形成する。そして、接合工程では、ｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極を、半導体層と支持基板との間の位置に配置されるように接合する。
【００１９】
第１０の態様に係るIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、ｐコンタクト電極とｎコンタクト電極とを絶縁するパッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、コンタクト電極を半導体層と支持基板との間の位置に埋め込んで配置した埋め込み型の素子においてリーク電流の発生を抑制するIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る発光素子の構造を示す図である。
【図２】実施形態に係る発光素子から金属層のみを取り出した上面視図である。
【図３】実施形態に係る発光素子のｎコンタクト電極の形状を示す上面視図である。
【図４】実施形態に係る発光素子のｐコンタクト電極の形状を示す上面視図である。
【図５】実施形態に係る発光素子のエッチングストップ層の形状を示す上面視図である。
【図６】実施形態に係る発光素子のパッド電極の形状を示す上面視図である。
【図７】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図８】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図９】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図１０】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図１１】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１２】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その６）である。
【図１３】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その７）である。
【図１４】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その８）である。
【図１５】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その９）である。
【図１６】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その１０）である。
【図１７】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その１１）である。
【図１８】従来の発光素子を説明するための図（その１）である。
【図１９】従来の発光素子を説明するための図（その２）である。
【図２０】変形例に係る発光素子を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本発明は、実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光素子の半導体層の積層構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。
【００２３】
１．半導体発光素子
図１は、本実施形態の発光素子１００の構造を示す断面図である。ここで、図１の示す断面は、図２のＡＡ断面に相当する断面である。発光素子１００は、成長基板を除去した基板リフトオフ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、支持基板１１０と、接合層１２０と、カバー金属層１３０と、エッチングストップ層１４０と、半導体層１５０と、反射膜１６０と、パッシベーション膜１７０と、パッシベーション膜１８０と、ｐコンタクト電極ＰＣと、ｎコンタクト電極ＮＣと、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、を有している。なお、図１では、エッチングストップ層１４０と、ｐコンタクト電極ＰＣと、ｎコンタクト電極ＮＣと、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、にハッチングが施されている。
【００２４】
半導体層１５０は、III 族窒化物半導体から成る複数の層を有している。ここでIII 族窒化物半導体とは、Ａｌx Ｉｎy Ｇａz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される半導体である。半導体層１５０は、ｐ型半導体層１５１と、発光層１５２と、ｎ型半導体層１５３と、を有している。発光層１５２は、井戸層と障壁層とを有している。発光層１５２の構造は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）であってもよいし、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）であってもよい。ｐ型半導体層１５１は、ｐ型クラッド層と、ｐ型コンタクト層とを有している。ｎ型半導体層１５３は、ｎ型クラッド層と、ｎ型コンタクト層とを有している。また、ｎ型半導体層１５３における発光層１５２の反対側の面は、粗面化された光取り出し面１５４である。このように、光取り出し面１５４は、ｎ電極Ｎ１が露出している側、すなわち、支持基板１１０の反対側にある。これら半導体層１５０の積層構造は例示であり、これ以外の積層構造であってもよい。
【００２５】
支持基板１１０は、半導体層１５０を支持し、発光素子１００の変形を防止するためのものである。支持基板１１０の材質は、例えば、セラミック基板である。接合層１２０は、Ａｕ−Ｓｎ系の半田を含む層である。支持基板と、半導体層１５０を含む積層体とを接合できるものであれば、これ以外のものであってもよい。
【００２６】
カバー金属層１３０は、エレクトロマイグレーションを防止するための層である。例えば、接合層１２０に含まれている半田、すなわち、Ａｕ、Ｓｎがエッチングストップ層１４０の側に拡散するのを防止する。そのため、カバー金属層１３０は、接合層１２０における半導体層１５０側の面の全面にわたって形成されている。カバー金属層１３０の材質は、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ等の金属、もしくはこれらを主要な金属とする合金である。
【００２７】
エッチングストップ層１４０は、後述する製造工程で行うドライエッチングのエッチングを停止させるための金属層である。そのため、ドライエッチングにより形成された凹部の底面を構成している。また、エッチングストップ層１４０は、ｐコンタクト電極ＰＣに接触している。そして、エッチングストップ層１４０は、ｐ電極Ｐ１にも接触している。このため、ｐ電極Ｐ１は、エッチングストップ層１４０を介してｐコンタクト電極ＰＣと導通している。エッチングストップ層１４０の材質は、例えば、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｔ等の金属もしくはこれらの合金である。
【００２８】
反射膜１６０は、発光層１５２から発せられる光を光取り出し面１５４の側に反射するための膜である。反射膜１６０と、ｐコンタクト電極ＰＣと、ｎコンタクト電極ＮＣとを支持基板１１０の板面に正射影した場合に、正射影した反射膜１６０は、正射影したｐコンタクト電極ＰＣと、正射影したｎコンタクト電極ＮＣとの間の位置に配置されている。また、反射膜１６０は、半導体層１５０と支持基板１１０との間の位置に配置されている。そのため、発光層１５２で支持基板１１０の側に発せられた光は、反射膜１６０もしくはエッチングストップ層１４０により反射される。光は、ｐコンタクト電極ＰＣの材質が透光性の材質でない場合には、ｐコンタクト電極ＰＣでも反射される。また、カバー金属層１３０により反射される場合もある。反射膜１６０の材質は、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗやこれらの金属を主成分とする合金である。
【００２９】
パッシベーション膜１７０は、ｎコンタクト電極ＮＣを覆う絶縁膜である。パッシベーション膜１７０は、ｐコンタクト電極ＰＣとｎコンタクト電極ＮＣとの間に配置されている。ｐコンタクト電極ＰＣとｎコンタクト電極ＮＣとを絶縁するためである。パッシベーション膜１７０の材質は、例えば、ＳｉＯ2 やＳｉ3 Ｎ4 である。
【００３０】
パッシベーション膜１８０は、カバー金属層１３０における半導体層１５０の側の面の全面にわたって形成された絶縁膜である。パッシベーション膜１８０の厚みは十分に厚い。パッシベーション膜１８０の材質は、パッシベーション膜１７０と同じであるとよい。パッシベーション膜１８０が、カバー金属層１３０の全面にわたって形成されているため、発光素子１００の発光時にカバー金属層１３０に電流が流れない。そのため、カバー金属層１３０とｎコンタクト電極ＮＣとの間には、電界はほとんど形成されない。
【００３１】
ｐコンタクト電極ＰＣは、ｐ型半導体層１５１と導通するためのものである。そして、ｐコンタクト電極ＰＣは、ｐ型半導体層１５１のｐ型コンタクト層に接触している。ｐコンタクト電極ＰＣは、半導体層１５０と支持基板１１０との間の位置に配置されている。ｐコンタクト電極ＰＣの材質は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯである。また、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕやこれらの金属を主成分とする合金である。また、ｐコンタクト電極ＰＣは、半導体層１５０から発せられる光を反射するための反射層を兼ねている。そのため、ＩＴＯやＩＺＯ等の透光性導電層をｐ型半導体層１５１にコンタクトさせる場合には、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕ等の高反射性金属層を積層する。
【００３２】
ｎコンタクト電極ＮＣは、ｎ型半導体層１５３と導通するためのものである。そして、ｎコンタクト電極ＮＣは、ｎ型半導体層１５３のｎ型コンタクト層に接触している。ｎコンタクト電極ＮＣは、半導体層１５０と支持基板１１０との間の位置に配置されている。ｎコンタクト電極ＮＣは、例えば、ｎ型半導体層１５３の側からＶ、Ａｌの順で形成したもの（Ｖ／Ａｌ）である。または、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、もしくはＮｉ／Ａｕであってもよい。
【００３３】
ｐ電極Ｐ１は、ｐ型半導体層１５１と導通するパッド電極である。ｐ電極Ｐ１は、エッチングストップ層１４０の上に形成されている。ｐ電極Ｐ１は、エッチングストップ層１４０およびｐコンタクト電極ＰＣを介してｐ型半導体層１５１と導通している。ｐ電極Ｐ１は、エッチングストップ層１４０の側からＴｉ、Ａｕの順で形成したもの（Ｔｉ／Ａｕ）である。または、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕであってもよい。また、Ｔｉ、Ｖの代わりに、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ等を用いてもよい。ｐ電極Ｐ１の最表面は、ワイヤーボンディングによる密着性を高めるために、ＡｕもしくはＡｌであることが望ましい。
【００３４】
ｎ電極Ｎ１は、ｎ型半導体層１５３と導通するパッド電極である。ｎ電極Ｎ１は、ｎコンタクト電極ＮＣの上に形成されている。ｎ電極Ｎ１の材質は、ｎコンタクト電極ＮＣと同じものを用いてもよい。また、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ等を用いてもよい。また、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１を同じ材質として、これらを同時に形成することもできる。ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１は、支持基板１１０の反対側の位置に露出している。
【００３５】
２．半導体発光素子の積層構造
ここで、発光素子１００の各部の構造、形状について説明する。図２は、発光素子１００における支持基板１１０と、ｐコンタクト電極ＰＣと、ｎコンタクト電極ＮＣと、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、反射膜１６０と、を抜き出して上方から描いた透視図である。
【００３６】
つまり、図２は、上記の各部材を、支持基板１１０の板面に正射影した射影図である。ここで、ｐコンタクト電極ＰＣおよびｎコンタクト電極ＮＣを、支持基板１１０の板面へ正射影した場合に、正射影したｐコンタクト電極ＰＣと、正射影したｎコンタクト電極ＮＣとは、互いに重なり合わない形状で形成されている。また、ｐコンタクト電極ＰＣとｎコンタクト電極ＮＣとの間には、３μｍ以上３０以下の範囲内の隙間がある。図２に示すように、反射膜１６０は、この隙間に沿って形成されている。
【００３７】
２−１．ｎコンタクト電極の形状等
図３は、ｎコンタクト電極ＮＣの平面図である。なお、参考までに支持基板１１０も描いてある。ｎコンタクト電極ＮＣは、ｎ配線電極部ＮＣ１と、ｎパッド配置部ＮＣ２と、を有している。ｎ配線電極部ＮＣ１は、櫛歯形状になっている。ｎパッド配置部ＮＣ２は、ｎ電極Ｎ１を形成される箇所である。
【００３８】
２−２．ｐコンタクト電極の形状等
図４は、ｐコンタクト電極ＰＣの平面図である。なお、参考までに支持基板１１０も描いてある。ｐコンタクト電極ＰＣは、ｐ配線電極部ＰＣ１と、切欠き部ＰＣ３と、切欠き部ＰＣ４と、を有している。ｐ配線電極部ＰＣ１は、櫛歯形状になっている。切欠き部ＰＣ３および切欠き部ＰＣ４は、それぞれ、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１を露出させた状態でｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１を形成するための切欠き形状部である。
【００３９】
ここで、ｐ配線電極部ＰＣ１およびｎ配線電極部ＮＣ１を支持基板１１０の板面に正射影した場合に、正射影したｐ配線電極部ＰＣ１と正射影したｎ配線電極部ＮＣ１とは、互いに噛み合うように配置されている。この噛み合う形状および配置は、図２に示したとおりである。
【００４０】
２−３．エッチングストップ層の形状等
図５は、エッチングストップ層１４０の平面図である。なお、参考までに支持基板１１０も描いてある。エッチングストップ層１４０は、ｐコンタクト電極ＰＣ（図４参照）に近い形状をしている。エッチングストップ層１４０は、配線電極形状部１４１と、ｐパッド電極形成部１４２とを有している。エッチングストップ層１４０のうち、ｐパッド形成部１４２を除外すれば、エッチングストップ層１４０は、ｐコンタクト電極ＰＣとほぼ同様の形状である。
【００４１】
エッチングストップ層１４０およびｎコンタクト電極ＮＣを支持基板１１０の板面に正射影した場合に、正射影したエッチングストップ層１４０と正射影したｎコンタクト電極ＮＣとは、互いに重なり合わない形状で形成されている。
【００４２】
２−４．パッド電極
図６は、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１の平面図である。なお、参考までに支持基板１１０も描いてある。また、図１に示したように、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１は、いずれも、半導体層１５０からみて支持基板１１０が配置されている側の反対側の面に露出している。
【００４３】
３．半導体発光素子の製造方法
次に、本実施形態の発光素子１００の製造方法について図７から図１７により説明する。なお、図７から図１７の各製造工程は、図２のＢＢ断面に対応する断面を示している。また、図７から図１２までにおいて、成長基板であるサファイア基板Ｓ１０が図中の上方に描かれており、サファイア基板Ｓ１０の図中下側に半導体層１５０が成長している。しかし、実際には、サファイア基板Ｓ１０の主面を図中の上側に向けて配置し、そのサファイア基板Ｓ１０の主面の上に半導体層１５０を成長させることとしている。
【００４４】
３−１．半導体層形成工程
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、III 族窒化物半導体から成る各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。図７に示すように、成長基板であるサファイア基板Ｓ１０の主面の上に、半導体層１５０を形成する。その形成順序は、サファイア基板Ｓ１０の側から、ｎ型半導体層１５３、発光層１５２、ｐ型半導体層１５１の順である。また、半導体層１５０を形成する前にＡｌＮ等の低温バッファ層を形成するとよい。
【００４５】
３−２．凹部形成工程
次に、ドライエッチングにより、半導体層１５０に凹部１５５を形成する。その際に、マスクとしてＳｉＯ2 を用いるとよい。図８に示すように、凹部１５５は、ｐ型半導体層１５１の側からｎ型半導体層１５３に達する非貫通孔である。凹部１５５の底部には、ｎ型半導体層１５３のうちのｎ型コンタクト層１５６が露出している。凹部１５５の形状は、図３に示したｎコンタクト電極ＮＣの形状に近い形状である。
【００４６】
３−３．ｎコンタクト電極形成工程
そして、図９に示すように、凹部１５５に露出しているｎ型コンタクト層１５６の上に、ｎコンタクト電極ＮＣを形成する。ここで、櫛歯形状のｎ配線電極部ＮＣ１を含むｎコンタクト電極ＮＣを形成する。
【００４７】
３−４．ｐコンタクト電極形成工程
次に、スパッタリング法を用いて、図９に示すように、ｐ型半導体層１５１のｐ型コンタクト層１５１ａの上にｐコンタクト電極ＰＣを形成する。ここでｐコンタクト電極ＰＣの形状を櫛歯形状にする。そして、この櫛歯形状のｐ配線電極部ＰＣ１を、ｎコンタクト電極ＮＣのｎ配線電極部ＮＣ１と噛み合うような形状に形成する。
【００４８】
そのため、ｐ配線電極部ＰＣ１およびｎ配線電極部ＮＣ１をサファイア基板Ｓ１０の板面に正射影した場合に、これらは互いに重ならない形状および位置に配置されている。ここでは、サファイア基板Ｓ１０に正射影したが、発光層１５２の発光面や、この後の工程で貼り付ける支持基板１１０等に正射影した場合であっても、ｐ配線電極部ＰＣ１およびｎ配線電極部ＮＣ１が互いに重ならない形状および位置に配置されていることに変わりない。
【００４９】
３−５．第１のパッシベーション膜形成工程
そして、図１０に示すように、ｎコンタクト電極ＮＣを覆うようにパッシベーション膜１７０を形成する。これにより、ｎコンタクト電極ＮＣは、半導体層１５０のｎ型コンタクト層１５６と、パッシベーション膜１７０とにより覆われることとなる。
【００５０】
３−６．エッチングストップ層形成工程
次に、図１１に示すように、ｐコンタクト電極ＰＣの上に、エッチングストップ層１４０を形成する。このとき、エッチングストップ層１４０は、ｐコンタクト電極ＰＣを覆うとともに、露出しているｐ型コンタクト層１５１ａの上および、パッシベーション膜１７０の一部をも覆う。このエッチングストップ層１４０は、この後に行うパッド電極形成工程のドライエッチングの進行を停止させる役割を担う。
【００５１】
３−７．反射膜形成工程
次に、図１１に示すように、反射層１６０をパッシベーション膜１７０の一部の上に形成する。この反射膜１６０は、サファイア基板Ｓ１０の板面に正射影したときに、ｐコンタクト電極ＰＣとｎコンタクト電極ＮＣとの間の位置に配置される。この反射膜１６０は、発光層１５２からパッシベーション膜１７０に向けて発せられた光を反射するためのものである。
【００５２】
３−８．第２のパッシベーション膜形成工程
次に、図１２に示すように、エッチングストップ層１４０と、反射層１６０と、パッシベーション膜１７０との上の面の全面にわたって、パッシベーション膜１８０を形成する。
【００５３】
３−９．カバー金属層形成工程
次に、図１２に示すように、パッシベーション膜１８０の上に、カバー金属層１３０を形成する。ここで、カバー金属層１３０をウエハの全面にわたって形成する。
【００５４】
３−１０．接合工程
次に、図１３に示すように、半導体層１５０を含む積層体（基材）Ｔ１０と、支持基板１１０を含む積層体Ｕ１０とを半田接合する。この際に、半導体層１５０を含む積層体Ｔ１０における支持基板１１０と向かい合う面にも、半田が形成されている。この半田接合により、半導体層１５０を含む積層体Ｔ１０と、支持基板１１０を含む積層体Ｕ１０とが一体に接合されて接合体Ｖ１０となる。これにより、ｐコンタクト電極ＰＣおよびｎコンタクト電極ＮＣは、半導体層１５０と支持基板１１０との間の位置に配置されることとなる。
【００５５】
３−１１．成長基板除去工程
接合体Ｖ１０を形成した後に、接合体Ｖ１０から成長基板であるサファイア基板Ｓ１０を取り除く。例えば、レーザーリフトオフにより、サファイア基板Ｓ１０を除去することができる。サファイア基板Ｓ１０を取り除いた後の接合体Ｖ１１を図１４に示す。
【００５６】
３−１２．パッド電極形成工程
次に、図１５に示すように、サファイア基板Ｓ１０を除去して露出させたｎ型半導体層１５３の表面１５３ａの側から凹部１５７、１５８を形成する。これは、ドライエッチングにより行えばよい。凹部１５７の底部には、エッチングストップ層１４０が露出している。凹部１５８の底部には、ｎコンタクト電極ＮＣが露出している。すなわち、ドライエッチングによる凹部の形成は、エッチングストップ層１４０、ｎコンタクト電極ＮＣまで達し、これらの金属層の箇所で止まる。
【００５７】
そして、図１６に示すように、その凹部１５７の底部に露出させたエッチングストップ層１４０の上にｐ電極Ｐ１を形成する。一方、凹部１５８の底部に露出させたｎコンタクト電極ＮＣの上にｎ電極Ｎ１を形成する。
【００５８】
３−１３．粗面化工程
次に、図１７に示すように、ｎ型半導体層１５３の表面１５３ａをエッチングにより粗面化する。この表面微細加工により、光取り出し面１５４における光取り出し効率は向上する。
【００５９】
３−１４．素子分離工程
ここで、ＹＡＧレーザー等を用いて素子を分離する。もちろん、これ以外の方法で素子を分離してもよい。これにより、図１等に示した発光素子１００が製造される。なお、上記の製造工程において、適宜熱処理を行うとよい。また、上記の製造工程について適宜入れ替えてもよい場合がある。特に、ｐコンタクト電極形成工程と、ｎコンタクト電極形成工程とは、入れ替えてもよい。
【００６０】
４．製造された半導体発光素子
本実施形態の発光素子１００では、ｐ配線電極部ＰＣ１およびｎ配線電極部ＮＣ１は、半導体層１５０と支持基板１１０との間の位置に配置されている。光取り出し面側には、パッド電極以外に、光を取り出す障害となる部材が存在しない。そのため、発光効率は良好である。それに加えて、リーク電流が抑制されるため、歩留まりは向上し、耐久寿命も従来の発光素子に比べて長い。また、半導体層１５０を含む積層体における片側の面全体が、支持基板１１０に接合されている。そのため、発光素子１００の放熱性は高い。また、発光素子１００の実装強度も高い。
【００６１】
５．従来の半導体発光素子との比較
５−１．溝掘り型（コンタクト電極）
従来の溝掘り型の発光素子２００を図１８に示す。図１８に示すように、ｎコンタクト電極ＮＣ２１を、半導体層２５０に設けた溝２５７に沿って形成する。そのため、ｎコンタクト電極ＮＣ２１は、溝２５７に沿った形状となる。一方、ｐコンタクト電極ＰＣ２１は、溝２５７を除いた領域に形成されることとなる。したがって、ｎコンタクト電極ＮＣ２１およびｐコンタクト電極ＰＣ２１を支持基板２１０の主面に正射影した場合に、これらの形状は互いに重ならない形状および位置に配置されている。発光素子２００には溝２５７があり、溝の箇所と、溝のない箇所のそれぞれにコンタクト電極を形成するため、必然的にこのような配置になっているに過ぎない。
【００６２】
また、図１８の発光素子２００では、絶縁膜２７０がなかったとしても、ｐコンタクト電極ＰＣ２１とｎコンタクト電極ＮＣ２１とが導通するおそれはほとんどない。したがって、薄い絶縁膜の粒界に沿ってパスが形成されるという本発明が解決しようとする課題は、そもそも生じない。
【００６３】
５−２．埋め込み型（コンタクト電極）
従来の埋め込み型の発光素子３００を図１９に示す。図１９に示すように、ｐコンタクト電極ＰＣ３１が半導体層３５０と支持基板３１０との間に配置された埋め込み型の発光素子３００では、溝掘り型の発光素子２００と異なっている。つまり、ｐコンタクト電極ＰＣ３１およびｎコンタクト電極ＮＣ３１の形状を限定する機構、例えば、前述の溝２５７（図１８参照）に相当するものが存在しない。図１９では、ｐコンタクト電極ＰＣ３１は、発光面内の全領域にわたって形成されている。
【００６４】
そのため、図１９に示すように、ｎコンタクト電極ＮＣ３１とｐコンタクト電極ＰＣ３１とが、絶縁膜３７０を介して対面する箇所３９１が存在する。その箇所３９１では、発光素子３００の使用時に、強い電界が膜厚方向に発生する。この電界が継続的に生じることにより、絶縁膜３７０に損傷が生じるおそれがある。例えば、電界により金属原子が絶縁膜３７０の粒界に沿って移動し、パスを形成することがある。これにより、ｎコンタクト電極ＮＣ３１とｐコンタクト電極ＰＣ３１との間にリーク電流が流れることとなる。
【００６５】
これに対して、本実施形態の発光素子１００は、埋め込み型の素子でありながら、ｐコンタクト電極ＰＣとｎコンタクト電極ＮＣとが、絶縁膜を介して向かい合う構成にはなっていない。そのため、ｐコンタクト電極ＰＣとｎコンタクト電極ＮＣとの間にリーク電流が流れるおそれはほとんどない。
【００６６】
６．変形例
６−１．導電性の支持基板
本実施形態では、支持基板１１０として絶縁性のセラミック基板を用いることとした。しかし、銅基板やアルミ基板等の導電性の基板を用いてもよい。ＣｕやＡｌの熱伝導性は高い。そのため、このような発光素子では、放熱性が優れており、信頼性が高い。また、パッシベーション膜１８０が、カバー金属層１３０の全面にわたって形成されている。そのため、導電性の基板を用いた場合に、導電性基板と、ｎコンタクト電極ＮＣやｐコンタクト電極とは絶縁されている。そのため、導電性基板を用いても、発光素子の内部の電界にはほとんど影響がない。
【００６７】
６−２．金属層の形成
また、支持基板１１０における半導体層１５０の反対側の面に金属層を形成してもよい。その金属層の最表面をＡｕ層もしくはＡｕＳｎ層とすることにより、その発光素子の半田実装が可能となる。
【００６８】
６−３．発光素子の電極形状
本実施形態の発光素子１００では、ｎコンタクト電極ＮＣとｐコンタクト電極ＰＣとのいずれも、櫛歯形状の箇所を有することとした。しかし、この形状に限らない。
【００６９】
６−４．長尺形状の素子
例えば、図２０に示すように、長尺形状の発光素子に対しても、本実施形態と同様に適用することができる。図２０中の左端には、ｎコンタクト電極ＮＣ４０と、ｐコンタクト電極ＰＣ４０と、エッチングストップ層２４０と、ｎ電極Ｎ２と、ｐ電極Ｐ２とを、支持基板１１０の板面に正射影した射影図が示されている。そして、図２０中の左から２番目の図から右側へ順に、ｎコンタクト電極ＮＣ４０を示した図と、ｐコンタクト電極ＰＣ４０を示した図と、エッチングストップ層２４０を示した図と、ｎ電極Ｎ２およびｐ電極Ｐ２を示した図と、が示されている。もちろん、コンタクト電極を埋め込む埋め込み型の半導体発光素子であれば、その他の半導体発光素子についても適用することができる。
【００７０】
６−５．成長基板の除去方法
本実施形態では、成長基板としてサファイア基板を用いた。しかし、Ｓｉ基板等、その他の基板を用いてもよい。また、その成長基板を除去する際に、レーザーリフトオフ法でなく、ケミカルリフトオフ法等、その他の方法を用いた基板リフトオフ型の発光素子に適用することができる。また、半導体層と支持基板との間にコンタクト電極の配置されたものであれば、その製造工程によらず適用することができる。
【００７１】
６−６．接合層
本実施形態では、接合層１２０をＡｕ−Ｓｎ系の半田接合により接合された層とした。しかし、Ａｕ−Ｓｎ系半田以外の半田、ロウ材を用いてもよい。金属ペーストを用いてもよい。
【００７２】
６−７．光取り出し面のパッシベーション膜
また、光取り出し面の側にパッシベーション膜を形成してもよい。
【００７３】
７．本実施形態のまとめ
本実施形態の発光素子１００は、ｐコンタクト電極ＰＣおよびｎコンタクト電極ＮＣが半導体層１５０と支持基板１１０との間の位置に配置されている埋め込み型の素子である。そして、ｐコンタクト電極ＰＣおよびｎコンタクト電極ＮＣは、支持基板１１０に正射影した場合に、これらが互いに重なり合わない形状および位置に配置されている。そのため、ｐコンタクト電極ＰＣおよびｎコンタクト電極ＮＣの間にリーク電流がほとんど発生しない。
【００７４】
また、本実施形態の半導体発光素子の製造方法では、成長基板であるサファイア基板Ｓ１０に正射影した場合に、ｐコンタクト電極ＰＣとｎコンタクト電極ＮＣとが重なり合わない形状および位置にｐコンタクト電極ＰＣおよびｎコンタクト電極ＮＣを形成することとした。そのため、この製造方法により製造された発光素子１００では、ｐコンタクト電極ＰＣおよびｎコンタクト電極ＮＣの間にリーク電流がほとんど発生しない。つまり、初期不良が生じにくく、歩留まりがよい。
【００７５】
なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、液相エピタキシー法、分子線エピタキシー法等、その他のエピタキシャル成長法により半導体層を形成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１００…発光素子
１１０…支持基板
１２０…接合層
１３０…カバー金属層
１４０…エッチングストップ層
１５０…半導体層
１５１…ｐ型半導体層
１５２…発光層
１５３…ｎ型半導体層
１６０…反射膜
１７０…パッシベーション膜
１８０…パッシベーション膜
Ｎ１…ｎ電極
ＮＣ…ｎコンタクト電極
Ｐ１…ｐ電極
ＰＣ…ｐコンタクト電極
【図１】
2014158001.tif 000003
【図２】
2014158001.tif 000004
【図３】
2014158001.tif 000005
【図４】
2014158001.tif 000006
【図５】
2014158001.tif 000007
【図６】
2014158001.tif 000008
【図７】
2014158001.tif 000009
【図８】
2014158001.tif 000010
【図９】
2014158001.tif 000011
【図１０】
2014158001.tif 000012
【図１１】
2014158001.tif 000013
【図１２】
2014158001.tif 000014
【図１３】
2014158001.tif 000015
【図１４】
2014158001.tif 000016
【図１５】
2014158001.tif 000017
【図１６】
2014158001.tif 000018
【図１７】
2014158001.tif 000019
【図１８】
2014158001.tif 000020
【図１９】
2014158001.tif 000021
【図２０】
2014158001.tif 000022