(57)【要約】【課題】光取り出し効率が高いＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスおよびそれに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板を提供する。【解決手段】ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１は、屈折率の異なる２種類以上の酸化物粒子を含む焼結体で形成され、少なくとも１種類の酸化物粒子の平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下である下地基板１１と、下地基板１１上に配置された接合膜１２と、接合膜１２上に配置されたＩＩＩ族窒化物半導体膜１３と、を含む。ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３は、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１と、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体膜１３上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０と、を含み、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０は発光層２３を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の異なる２種類以上の酸化物粒子を含む焼結体で形成され、少なくとも１種類の前記酸化物粒子の平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下である下地基板と、
前記下地基板上に配置された接合膜と、
前記接合膜上に配置されたＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含むＩＩＩ族窒化物半導体複合基板。
【請求項２】
前記下地基板に含まれる少なくとも２種類の前記酸化物粒子の間の屈折率の差が０．１以上である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板。
【請求項３】
前記下地基板に含まれる各前記酸化物粒子の体積比率が９５％以下である請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板。
【請求項４】
前記下地基板に含まれる前記酸化物粒子は、３５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の光についての光吸収係数が１ｃｍ-1以下である請求項１から３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板。
【請求項５】
前記下地基板に含まれる少なくとも１種類の前記酸化物粒子は、Ｓｉおよび金属元素からなる群から選ばれる２種類以上の元素を含む複合酸化物を含む請求項１から４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板。
【請求項６】
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板の前記ＩＩＩ族窒化物半導体膜上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層と、を含み、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層は発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板およびそれを含むＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスの製造に好適に用いられる基板として、ＩＩＩ族窒化物半導体基板、ＩＩＩ族窒化物と化学組成が異なる下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を貼り合わせたＩＩＩ族窒化物半導体複合基板などが好適に用いられている。
【０００３】
たとえば、善積祐介ら、“照明用白色ＬＥＤに向けた低転位ＧａＮ基板の優位性”、ＳＥＩテクニカルレビュー、住友電気工業株式会社、第１７９号、２０１１年７月、第４８−５２頁（非特許文献１）は、ＧａＮ基板、サファイア基板上に成長させたＧａＮエピ膜を用いたＬＥＤ（発光ダイオード）を開示する。また、Motokazu Yamada et al., “InGaN-Based Near-Ultraviolet and Blue-Light-Emitting Diodes with High External Quantum Efficiency Using a Patterned Sapphire Substrate and a Mesh Electrode”, Jpn. J. Appl. Phy., Vol. 41, (2002), L1431-L1433（非特許文献２）は、主面が凹凸にパターン化されたサファイア基板を用いたＬＥＤを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】善積祐介ら、“照明用白色ＬＥＤに向けた低転位ＧａＮ基板の優位性”、ＳＥＩテクニカルレビュー、住友電気工業株式会社、第１７９号、２０１１年７月、第４８−５２頁
【非特許文献２】Motokazu Yamada et al., “InGaN-Based Near-Ultraviolet and Blue-Light-Emitting Diodes with High External Quantum Efficiency Using a Patterned Sapphire Substrate and a Mesh Electrode”, Jpn. J. Appl. Phy., Vol. 41, (2002), L1431-L1433
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の非特許文献１および非特許文献２が開示するＬＥＤは、その発光波長領域の光の透過率が高いＧａＮおよび／またはサファイアで形成される基板を含んでいるため、発光層で発生した光の一部がその基板に入りその基板で吸収されたり基板側の電極まで達して吸収されたりするため、光取り出し効率が低減するという問題点があった。
【０００６】
ここで、非特許文献２は、基板であるサファイア基板の主面を凹凸にパターン化することにより、ＬＥＤの光取り出し効率を向上させることを目的としているが、光取り出し効率の向上は大きくなく、かかるサファイア基板の凹凸にパターン化された主面に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることが難しく、また、エピタキシャル成長させたＩＩＩ族窒化物半導体層の結晶品質が低くなるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、光取り出し効率が高いＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスおよびそれに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ある局面に従えば、屈折率の異なる２種類以上の酸化物粒子を含む焼結体で形成され、少なくとも１種類の酸化物粒子の平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下である下地基板と、下地基板上に配置された接合膜と、接合膜上に配置されたＩＩＩ族窒化物半導体膜と、を含むＩＩＩ族窒化物半導体複合基板である。
【０００９】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板において、下地基板に含まれる少なくとも２種類の酸化物粒子の間の屈折率の差を０．１以上とすることができる。また、下地基板に含まれる各酸化物粒子の体積比率を９５％以下とすることができる。下地基板に含まれる酸化物粒子は、３５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の光についての光吸収係数を１ｃｍ-1以下とすることができる。また、下地基板に含まれる少なくとも１種類の酸化物粒子は、Ｓｉおよび金属元素からなる群から選ばれる２種類以上の元素を含む複合酸化物を含むことができる。
【００１０】
本発明は、別の局面に従えば、上記のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板と、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板のＩＩＩ族窒化物半導体膜上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層と、を含み、ＩＩＩ族窒化物半導体層は発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光取り出し効率が高いＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスおよびそれに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板の製造方法を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスを示す概略断面図である。
【図４】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスの製造方法を示す概略断面図である。
【図５】一般的なＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスを示す概略断面図である。
【図６】ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスにおける電流密度と光出力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】
【００１３】
［実施形態１］
図１を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１は、屈折率の異なる２種類以上の酸化物粒子を含む焼結体で形成され、少なくとも１種類の酸化物粒子の平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下である下地基板１１と、下地基板１１上に配置された接合膜１２と、接合膜１２上に配置されたＩＩＩ族窒化物半導体膜１３と、を含む。
【００１４】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１は、その下地基板１１が屈折率の異なる２種類以上の酸化物粒子を含む焼結体で形成され、少なくとも１種類の酸化物粒子の平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下であることから、可視光領域の波長（たとえば３５０〜８００ｎｍ）の光をミー散乱により反射する特性を有する。このため、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体膜１３上に発光層を有する少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させると、光取り出し効率が高いＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスが得られる。
【００１５】
（下地基板）
図１を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１に含まれる下地基板１１は、可視光領域の波長の光をミー散乱により反射する要件として、屈折率の異なる２種類以上の酸化物粒子を含む焼結体で形成され、少なくとも１種類の酸化物粒子の平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが必要である。
【００１６】
ここで、２種類以上の酸化物粒子とは、２種類以上の化学組成が異なる酸化物粒子をいい、各酸化物粒子を構成する化学種は他の酸化物粒子に拡散することがなく、各酸化物粒子は互いに独立して存在する。したがって、酸化物粒子は、それらが含まれる焼結体において、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）またはＳＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散Ｘ線解析法）により、それらの形状および粒径を観察することができる。
【００１７】
下地基板１１に含まれる少なくとも２種類の酸化物粒子の間の屈折率の差は、ミー散乱を高める観点から、０．１以上であることが好ましく、０．２以上であることがより好ましい。
【００１８】
下地基板１１に含まれる各酸化物粒子の体積比率は、ミー散乱の中心の密度を高くする観点から、９５％以下が好ましく、９０％以下がより好ましい。
【００１９】
下地基板１１に含まれる酸化物粒子は、下地基板１１による可視光領域の波長の光の吸収を低減する観点から、３５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光についての光吸収係数が、低いほど好ましく、たとえば１ｃｍ-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ-1以下であることがより好ましい。
【００２０】
下地基板１１に含まれる酸化物粒子に含まれる酸化物は、特に制限はなく、たとえば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、ハフニア（ＨｆＯ2）、チタニア（ＴｉＯ2）、イットリア（Ｙ2Ｏ3）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、スカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）、セリア（ＣｅＯ）などが挙げられる。
【００２１】
下地基板１１に含まれる少なくとも１種類の酸化物粒子は、Ｓｉおよび金属元素からなる群から選ばれる２種類以上の元素を含む複合酸化物を含むことができる。かかる複合酸化物は、特に制限はなく、たとえば、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）、ムライト（Ａｌ6Ｓｉ2Ｏ13）、イットリア安定化ジルコニア（ＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3）、カルシア安定化ジルコニア（ＺｒＯ2−ＣａＯ）、マグネシア安定化ジルコニア（ＺｒＯ2−ＭｇＯ）、セリア安定化ジルコニア（ＺｒＯ2−ＣｅＯ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3）などが挙げられる。
【００２２】
（接合膜）
図１を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１に含まれる接合膜１２は、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物半導体膜１３とを接合できる酸化物膜であれば特に制限はないが、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物半導体膜１３との接合強度を高める観点から、シリカ（ＳｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）などの酸化物、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）などの窒化物などを含むことが好ましい。
【００２３】
（ＩＩＩ族窒化物半導体膜）
図１を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１に含まれるＩＩＩ族窒化物半導体膜１３は、特に制限はないが、その上に結晶品質の高い少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０をエピタキシャル成長させる観点から、エピタキシャル成長させるＩＩＩ族窒化物半導体層２０と原子配列および原子間距離（格子定数）が同一または近似であることが好ましい。さらに、エピタキシャル成長時の高温（ＩＩＩ族窒化物半導体２０として、ＧａＮ、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）およびＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）を考える場合、成長時の温度は１１００℃に達する）に耐える材料であることが好ましい。さらに、エピタキシャル成長では成長開始面（ここではＩＩＩ族窒化物半導体膜１３の主表面）の欠陥などの情報に大きく影響されるため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜１３の主表面は、欠陥などのなるべく少ない材料からなっていることが好ましい。たとえば、ＨＶＰＥ法などで作製されたバルク状のＧａＮ基板から切り出されたＧａＮ薄膜などが好適である。
【００２４】
（ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板の製造方法）
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１の製造方法は、特に制限はないが、製造効率を高める観点から、下地基板１１の主面１１ｍ上に接合膜１２ａを形成する工程（図２（Ａ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａの主面１３ｎ上に接合膜１２ｂを形成し、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａの主面１３ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域１３ｉを形成する工程（図２（Ｂ））と、下地基板１１に形成された接合膜１２ａとＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａに形成された接合膜１２ｂとを貼り合わせる工程（図２（Ｃ））と、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａをイオン注入領域１３ｉにおいてＩＩＩ族窒化物半導体膜１３と残りのＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ｂとに分離することにより、下地基板１１上に接合膜１２を介在させてＩＩＩ族窒化物半導体膜１３が接合されたＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１を形成する工程（図２（Ｄ））と、を含むことが好ましい。ここで、接合膜１２ａと接合膜１２ｂを合わせた接合膜１２の厚みは、１μｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以下であることがさらに好ましく、５０ｎｍ未満であることが特に好ましい。
【００２５】
図２（Ａ）に示す下地基板１１の主面１１ｍ上に接合膜１２ａを形成する工程において、接合膜１２ａは、後述する接合膜１２ｂと一体化して接合膜１２を形成するものであり、接合膜１２と同様の材料で形成される。また、接合膜１２ａを形成する方法は、特に制限はなく、たとえば、スパッタ法、ＣＶＤ（化学気相堆積）法、ＰＬＤ（パルスレーザ堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、ＥＢ（電子線）蒸着法などが用いられる。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａの主面１３ｎ上に接合膜１２ｂを形成し、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａの主面１３ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域１３ｉを形成する工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａを準備する方法は、特に制限はなく、たとえば、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが用いられる。接合膜１２ｂを形成する材料および方法は、上記の接合膜１２ａを形成する材料および方法とそれぞれ同様であるため、ここでは繰り返さない。
【００２７】
ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａにおけるイオン注入領域１３ｉの形成は、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａの主面１３ｎ上に形成された接合膜１２ｂ側から水素イオン、ヘリウムイオンなどのイオンＩを注入することにより行なう。ここで、イオンＩが注入される所定の深さは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。
【００２８】
図２（Ｃ）に示す下地基板１１に形成された接合膜１２ａとＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａに形成された接合膜１２ｂとを貼り合わせる工程において、その貼り合わせ方法は、特に制限はなく、貼り合わせ面を洗浄しそのまま貼り合わせた後６００℃〜１２００℃程度に昇温して接合する直接接合法、貼り合わせ面を洗浄しプラズマやイオンなどで活性させた後に室温（たとえば２５℃）〜４００℃程度の低温で接合する表面活性化法などが好適である。かかる貼り合わせにより、接合膜１２ａと接合膜１２ｂとが接合により一体化して接合膜１２が形成され、下地基板１１とＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａとが接合膜１２を介在させて接合される。
【００２９】
図２（Ｄ）に示すＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａをイオン注入領域１３ｉにおいてＩＩＩ族窒化物半導体膜１３と残りのＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ｂとに分離することにより、下地基板１１上に接合膜１２を介在させてＩＩＩ族窒化物半導体膜１３が接合されたＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１を形成する工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａをイオン注入領域１３ｉにおいて分離する方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａのイオン注入領域１３ｉに何らかのエネルギーを与える方法であれば特に制限はなく、イオン注入領域１３ｉに、応力を加える方法、熱を加える方法、光を照射する方法、および超音波を印加する方法の少なくともいずれかの方法が可能である。かかるイオン注入領域１３ｉは、注入されたイオンにより脆化しているため、上記エネルギーを受けることにより、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａは、下地基板１１上の接合膜１２上に貼りあわされたＩＩＩ族窒化物半導体膜１３と、残りのＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ｂと、に容易に分離される。
【００３０】
上記のようにして、下地基板１１上の接合膜１２上にＩＩＩ族窒化物半導体膜１３を形成することにより、下地基板１１と、下地基板１１上に配置された接合膜１２と、接合膜１２上に配置されたＩＩＩ族窒化物半導体膜１３と、を含むＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１が得られる。
【００３１】
［実施形態２］
図３を参照して、本発明の別の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスは、実施形態１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１と、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体膜１３上に配置された少なくとも1層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０を含み、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０は発光層２３を含む。
【００３２】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３は、実施形態１のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体膜１３上に配置された少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０に含まれる発光層２３を有していることから、発光層２３の任意の発光点Ｐから、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１と反対側である前面側およびＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１側である後面側のいずれの方向にも可視光領域（たとえば３５０〜８００ｎｍ）の波長の光を発光する。本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３において、発光点Ｐから前面側への発光である前面側発光ＦＬは、直接的に前面側から光が取り出される。また、発光点Ｐから後面側への発光後面側発光ＲＬは、実施形態１のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１の下地基板１１によるミー散乱により入射角度と異なる様々な角度に反射されるため、間接的に前面側から光が取り出される。すなわち、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３は、その前面側から、前面側発光ＦＬおよび後面側発光ＲＬの両方の光が取り出されるため、光の取り出し効率が高くなる。
【００３３】
これに対して、図５を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０上に配置された発光層２３を含む少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０と、を含む一般的なＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３Ｒは、発光層２３の任意の発光点Ｐから、ＩＩ族窒化物半導体複合基板１と反対側である前面側およびＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１側である後面側のいずれの方向にも可視光領域（たとえば３５０〜８００ｎｍ）の波長の光を発光する。一般的なＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３Ｒにおいて、発光点Ｐから前面側への発光である前面側発光ＦＬは、直接的に前面側から光が取り出される。一方、発光点Ｐから後面側への発光後面側発光ＲＬは、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０がほぼ一様な平行平板構造をしておりかつ空気に比べて高い屈折率を有しているため、ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０の主面に対してなす角が全反射角以下で発せられた光線成分に関しては、裏面での反射の後に外部へと取り出しうるが、全反射角以上で発生された光線成分に関しては、光線光学的に基板内にほぼ閉じ込められてしまい、たとえば金属電極での反射ロスおよび半導体膜自身が有するわずかな吸収の影響を受けて減衰してしまう。すなわち、一般的なＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３Ｒは、その前面側から、前面側発光ＦＬは取り出されるが後面側発光ＲＬは一部しか取り出されないため、光の取り出し効率が低くなる。また、ＩＩＩ族窒化物半導体基板をサファイア基板に置き換えても、サファイア基板が空気に比べて高い屈折率を有しかつＩＩＩ属窒化物半導体層がサファイア基板よりさらに高い屈折率を有しているため、上記の一般的なＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスと同様に光の取り出し効率は低くなる。
【００３４】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３において、そのデバイス構造は特に制限はなく、たとえば、発光層２３を含む少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体膜１３側から、ｎ−ＧａＮ層２１、ｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２２、発光層２３、ｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層２４、およびｐ+−ＧａＮ層２５がこの順に配置されている。また、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０のｐ+−ＧａＮ層２５、ｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層２４、発光層２３、およびｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２２の一部がメサエッチングにより除去され、露出しているｐ+−ＧａＮ層２５上にはｐ−電極３５が形成され、ｎ−ＧａＮ層２１の露出している部分上にはｎ−電極３１が形成されている。
【００３５】
（ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスの製造方法）
図４を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスの製造方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１を準備する工程（図４（Ａ））、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体膜１３上に、発光層２３を含む少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０を成長させる工程（図４（Ｂ））、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の一部をメサエッチングする工程（図４（Ｃ））、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０に電極を形成する工程（図４（Ｄ））を含む。
【００３６】
図４（Ａ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１を準備する工程は、実施形態１のＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１の製造方法における工程と同様であるため、ここでは繰り返さない。
【００３７】
図４（Ｂ）を参照して、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体膜１３上に、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０として、たとえば、ｎ−ＧａＮ層２１、ｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２２、発光層２３、ｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層２４、およびｐ+−ＧａＮ層２５をこの順に成長させる。これらのＩＩＩ族窒化物半導体層２０の成長方法は、特に制限はないが、結晶品質の高いＩＩＩ族窒化物半導体層２０をエピタキシャル成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが好ましく、さらに各層の厚さの調整が容易なことから、ＭＯＣＶＤ法がより好ましい。
【００３８】
図４（Ｃ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の一部をメサエッチングする工程において、ｐ+−ＧａＮ層２５、ｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層２４、発光層２３、およびｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２２の一部が除去されて、ｎ−ＧａＮ層２１の一部およびｐ+−ＧａＮ層２５が表面に露出する。ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の一部をメサエッチングする方法は、特に制限はなく、レジストマスクを用いたドライエッチング法などが用いられる。
【００３９】
図４（Ｄ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０に電極を形成する工程において、露出しているｐ+−ＧａＮ層２５上にｐ−電極３５を形成し、ｎ−ＧａＮ層２１の露出している部分上にはｎ−電極３１を形成する。ｐ−電極３５およびｎ−電極３１の形成方法は、特に制限はなく、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱法、スパッタ法などが用いられる。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
１．ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板の準備
図１および４（Ａ）を参照して、以下の様にしてＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１を準備した。
【００４１】
下地基板１１として、直径２インチ（５０．８ｍｍ）×厚さ４５０μｍのＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）−ムライト（Ａｌ6Ｓｉ2Ｏ13）焼結体基板を準備した。かかるＹＳＺ−ムライト基板は、ＹＳＺが３０質量％でムライトが７０質量％の割合で焼結されたものであり、ＹＳＺの化学組成はＺｒＯ2が９０モル％でＹ2Ｏ3が１０モル％であり、ムライトの化学組成はＡｌ2Ｏ3が６０モル％でＳｉＯ2が４０モル％であった。下地基板１１の主面はＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下に鏡面研磨した。
【００４２】
図２（Ａ）を参照して、下地基板１１の主面１１ｍ上に、ＣＶＤ法により接合膜１２ａとして厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成した。さらに、この接合膜１２ａの主面を表面から１５０ｎｍの深さまでＣＭＰ（化学機械的研磨）して、主面が鏡面化された厚さ５０ｎｍの接合膜１２ａを形成した。
【００４３】
図２（Ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３ＡとしてＨＶＰＥ法により作製した直径２インチ（５０．８ｍｍ）×厚さ３００μｍのＧａＮ基板を準備した。このＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３ＡのＮ原子面側の主面１３ｎ上にＣＶＤ法により接合膜１２ｂとして厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成した。次いで、接合膜１２ｂが形成された主面１３ｎ側から水素イオンを注入して、主面１３ｎから１５０ｎｍの深さの位置にイオン注入領域１３ｉを形成した。イオン注入領域１３ｉが形成されたＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａの主面１３ｎ上に形成された接合膜１２ｂの主面を表面から２００ｎｍの深さまでＣＭＰして、主面が鏡面化された厚さ１００ｎｍの接合膜１２ｂを形成した。
【００４４】
図２（Ｃ）を参照して、下地基板１１の接合膜１２ａの鏡面化された主面と、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａの接合膜１２ｂの鏡面化された主面とを、Ａｒイオンガンを用いて活性化した後、大気中で貼り合わせた。貼り合わせ後、大気中で室温（たとえば２０〜３０℃）から２００℃まで３時間かけてゆっくり加熱することにより接合強度を向上させた。
【００４５】
図２（Ｄ）を参照して、下地基板１１およびＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａとが貼り合わされた積層基板を、さらに、５００℃に加熱して応力をかけることにより、ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板１３Ａをイオン注入領域１３ｉで分離して、図４（Ａ）に示すような直径２インチ（５０．８ｍｍ）×厚さ４５０μｍの下地基板１１と、その主面上に配置された厚さ１５０ｎｍの接合膜１２と、その上に配置された厚さ１５０ｎｍのＩＩＩ族窒化物半導体膜１３と、で構成されるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１を得た。
【００４６】
かかるＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１は、下地基板１１が室温（２５℃）から１２００℃までＧａＮ結晶と同じ熱膨張係数を示し、ＩＩＩ族窒化物半導体膜１３の結晶欠陥密度が１０5ｃｍ-2オーダーと低いため、ＩＩＩ族窒化物半導体膜１３上に結晶品質の高いＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることが可能である。
【００４７】
２．ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長
図４（Ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１のＩＩＩ族窒化物半導体膜１３上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層２０として、厚さ５μｍのｎ−ＧａＮ層２１、厚さ５０ｎｍのｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２２、厚さ３ｎｍのＩｎ0.14Ｇａ0.86Ｎ井戸層と厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層とで構成される３周期の多重量子井戸構造を有する発光層２３、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層２４、および厚さ５０ｎｍのｐ+−ＧａＮ層２５をこの順にエピタキシャル成長させて、半導体層付複合基板２を得た。この間に、ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の成長温度は最高で１０５０℃に達したが、半導体層付複合基板２のＩＩＩ族窒化物半導体層２０にはクラックの発生は見られなかった。ＩＩＩ族窒化物半導体層２０の結晶欠陥密度は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定したところ、１０5ｃｍ-2オーダーであった。この半導体層付複合基板２の発光中心波長は、ＰＬ（フォトルミネッセンス）マッパーにより測定したところ、４６０ｎｍであった。
【００４８】
さらに、ＲＴＡ装置（ラピッドサーマルアニーリング装置、これは赤外線により急速加熱する装置である）を用いて、半導体層付複合基板２を窒素ガス雰囲気中８００℃で３分間アニールし、ｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層２４およびｐ+−ＧａＮ層２５を活性化させた。
【００４９】
３．ＩＩＩ族窒化物半導体層の一部のメサ形成エッチング
図４（Ｃ）を参照して、フォトリソグラフィー法により形成したレジストマスクを用いて、半導体層付複合基板２のＩＩＩ族窒化物半導体層２０の一部をその最上層の主面から５００ｎｍの深さまで、塩素（Ｃｌ2）ガスを用いたＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）−ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりエッチングしてメサ半導体層付複合基板２Ｍを形成した。かかるエッチングにより、主面の一部のｐ+−ＧａＮ層２５、ｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層２４、発光層２３、ｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２２、および主面の一部且つ一部厚さのｎ−ＧａＮ層２１が除去された。かかるエッチングの後、アセトンおよびイソプロパノールでレジストを洗浄除去した。
【００５０】
４．電極の形成
図４（Ｄ）を参照して、メサ半導体層付複合基板２Ｍに対して、フォトリソグラフィー法によりメサ部のｐ+−ＧａＮ層２５の主面上にのみ開口部のあるレジストパターンを形成し、ＥＢ蒸着装置を用いて厚さ７ｎｍのＮｉ層と厚さ１１ｎｍのＡｕ層を蒸着した後アセトンでリフトオフすることによりｐ−電極３５を形成した。続いて、フォトリソグラフィー法で、上記ＩＣＰ−ＲＩＥにより露出させた−ＧａＮ層２１上にのみ開口部のあるレジストパターンを形成し、ＥＢ蒸着装置を用いて厚さ２０ｎｍのＴｉ層と厚さ２００ｎｍのＡｌ層を蒸着した。ＲＴＡを用い、０．４体積％の酸素（Ｏ2）ガスを含む窒素（Ｎ2）ガス雰囲気中で、５００℃で３分間アニールすることにより合金化させてｎ−電極３１を形成した。このようにして、ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３を形成した。
【００５１】
５．ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスの実装
図４（Ｅ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３に対して、フォトリソグラフィー法によりｐ−電極３５の一部主面上とｎ−電極３１上に開口部のあるパターンを形成し、ＥＢ蒸着装置を用いて厚さ２０ｎｍのＴｉ層、厚さ３０ｎｍのＰｔ層および厚さ３００ｎｍのＡｕ層を蒸着した後、アセトンでリフトオフすることで、パッド電極４５，４１を形成した。
【００５２】
次に、ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３をダイシングによりチップ化した後、ダイボンダと銀ペースト（いずれも図示せず）を用いて、基板部５９とその上に配置された第１の導電部５１および第２の導電部５５とを有するステム５０に実装した。ここで、ｐ−電極３５上に形成されたパッド電極４５はボンディングワイヤ６５により第２の導電部５５に電気的に接続され、ｎ−電極３１上に形成されたパッド電極４１はボンディングワイヤ６１により第１の導電部５１に電気的に接続された。さらに、ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３を、透明樹脂（図示せず）で封止した。こうして、実装ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス４を形成した。
【００５３】
ステム５０を通して電流を印加して、実装ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス４を発光させた。発光した光を積分球により全方位に亘って平均し発光強度を算出し、電流密度と光出力との関係を調べた。結果を図６に示した。
【００５４】
（比較例１）
図５を参照して、基板として、ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板１に替えてＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス３Ｒを作製し、ステムに実装し、電流密度と光出力との関係を調べた。結果を図６に示した。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
図６に示した実施例１のＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスの光出力（以下、Ｅ１−ＬＰという）および比較例１のＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスの光出力（以下、Ｒ１−ＬＰという）から、同じ電流密度におけるＲ１−ＬＰに対するＥ１−ＬＰの光出力比を算出して、表１にまとめた。ここで、電流密度が０のときは、Ｒ１−ＬＰおよびＥ１−ＬＰはいずれも０であるため、光出力比を算出できなかった。表１を参照して、同じ電流密度におけるＲ１−ＬＰに対するＥ１−ＬＰの光出力比は、約１．４〜１．９倍となり、光の取り出し効率が高くなったことが確認できた。
【００５７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１  ＩＩＩ族窒化物半導体複合基板、２  半導体層付複合基板、２Ｍ  メサ半導体層付複合基板、３，３Ｒ  ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス、４  実装ＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイス、１０  ＩＩＩ族窒化物半導体基板、１１  下地基板、１１ｍ，１３ｎ  主面、１２，１２ａ，１２ｂ  接合膜、１３  ＩＩＩ族窒化物半導体膜、１３ｉ  イオン注入領域、１３Ａ，１３Ｂ  ＩＩＩ族窒化物半導体膜ドナー基板、２０  ＩＩＩ族窒化物半導体層、２１  ｎ−ＧａＮ層、２２  ｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、２３  発光層、２４  ｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ層、２５  ｐ+−ＧａＮ層、３１  ｎ−電極、３５  ｐ−電極、４１，４５  パッド電極、５０  ステム、５１  第１の導電部、５５  第２の導電部、５９  基板部、６１，６５  ボンディングワイヤ、ＦＬ  前面側発光、ＲＬ  後面側発光、Ｐ  発光点。
【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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