(57)【要約】【課題】発光効率の高い発光素子を得る。【解決手段】支持基板１００と半導体層２０の間において、このｎ側オーミック電極３１を含むｎ型層２１の表面全面を覆って反射層３２が形成されている。反射層３２もｎ型層２１に対する電極となるが、ｎ側オーミック電極３１とは異なり、半導体層２０が発した光の反射率が高い材料で反射層３２は構成される。このため、その電極としての機能（接触抵抗やオーミック性）がｎ側オーミック電極３１よりも劣る。上記の構造は、支持基板側接合層（接合層）１０１、半導体層側接合層（接合層）３３を介して支持基板１００に接合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が接合層を介して支持基板と接合され、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と前記接合層との間に設けられた反射層を具備し、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側から光を発することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記反射層が、金属または誘電体多層膜からなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と前記接合層との間に、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と接して局所的に形成されたｎ側オーミック電極をさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記反射層と前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層との間には、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と接し、かつ、前記ｎ側オーミック電極と重複しない位置に、前記光を透過させる反射下地層をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記反射下地層は、前記積層構造の成長時に使用され、成長用基板と前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層との間に形成された単結晶のＡｌＮバッファ層を含むことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記反射下地層における少なくとも前記反射層側において誘電体層が設けられたことを特徴とする請求項４または５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記反射層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、モリブデン（Ｍｏ）、又はアルミニウム（Ａｌ）を含むことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記反射層は、誘電体からなる多層構造を具備し、前記誘電体には少なくともＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮが含まれることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の上に形成され、前記半導体層が発する光を一部透過させるあるいはメッシュ形状を有するｐ側オーミック電極と、前記ｐ側オーミック電極を局所的に覆って前記ｐ側オーミック電極と接するｐ側電極と、を具備することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が支持基板に接合層を介して接合された構成を具備する発光素子の製造方法であって、
第１の基板上にリフトオフ層を介して前記積層構造を、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記発光層、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の順に形成する成長工程と、
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側を、介在層を介して第２の基板に接合する第１接合工程と、
前記リフトオフ層を除去して前記第１の基板を前記積層構造から剥離する第１剥離工程と、
前記積層構造における前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側に、ｎ側オーミック電極を局所的に形成する工程と、前記発光層が発する光を反射させる反射層を形成する反射層形成工程とを有し、
前記反射層に接合層を介して前記支持基板を接合する第２接合工程と、
前記介在層を除去して前記第２の基板を前記半導体層から剥離する第２剥離工程と、
を具備することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の基板の室温での熱膨張係数が４×１０−６〜７×１０−６／Ｋの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の基板と前記第２の基板とを同一の材料で構成することを特徴とする請求項１０または１１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の基板及び前記第２の基板の主体をサファイアとすることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記介在層をポリイミド系の樹脂材料で構成することを特徴とする請求項１０から請求項１３までのいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記介在層の厚さを０．３μｍ以上５．０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１剥離工程と前記反射層形成工程の間に、露出した前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に局所的にｎ側オーミック電極を形成するｎ側オーミック電極形成工程を具備し、
前記反射層形成工程において、前記反射層を、少なくとも前記ｎ側オーミック電極が形成されない前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に形成することを特徴とする請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記反射層形成工程において、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層との間に反射下地層を介在させて前記反射層を形成することを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記成長工程と前記第１接合工程の間において、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側にｐ側オーミック電極を形成することを特徴とする請求項１０から請求項１７に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２剥離工程の後において、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側から前記積層構造を局所的にエッチングすることによって前記主面側において前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかを局所的に露出させる半導体層エッチング工程と、
前記主面側において局所的に露出した前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかの表面にｎ側電極を形成するｎ側電極形成工程と、
を具備することを特徴とする請求項１０から請求項１８までのいずれか１項に記載の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、エピタキシャル成長によって形成されたＩＩＩ族窒化物半導体を用いた発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮに代表されるＩＩＩ族窒化物半導体は、そのバンドギャップが広いために、青色、紫外光等のＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザーダイオード）等の発光素子やパワー素子の材料として広く用いられている。ＩＩＩ族窒化物半導体基板は高価であり容易には入手できない状況であるため、例えばサファイア基板などの異種基板上にこの化合物半導体をヘテロエピタキシャル成長するのが一般的である。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、基板上にバッファ層を形成した後、通常、ｎ型層、発光層、ｐ型層の順にエピタキシャル成長によって形成される。ｐ型層から順に形成することも不可能ではないが、ｐ型層の活性化や不純物拡散など複数の問題が生じるため、一般的ではない。しかしながら、この構成において基板となるサファイアは絶縁性である。また、最上層となるｐ型層は電荷担体の移動度がｎ型層と比べて低いために、これを薄くして層抵抗を下げる必要がある。これらの要因のため、この積層構造を維持した状態でＬＥＤ等を製造する場合には、レイアウト上に大きな制限が加わる。例えば、ｐ側の電極、ｎ側の電極を共にサファイア基板と反対側の表面に設けることが必要となる。この場合、これらの電極が設けられた箇所は発光に寄与しないため、有効な発光面積を確保することは困難であった。
【０００４】
このため、ｎ型層、発光層、ｐ型層からなる積層構造をサファイア基板上に順次成長し、ｐ型層の側を他の基板に接合した後に、サファイア基板を剥離除去し、以降はこの接合された基板を積層構造の支持基板として用いる技術が提案されている。サファイア基板を剥離除去する技術としては、レーザー光の照射を用いたレーザーリフトオフ（例えば特許文献１）、サファイア基板とｎ型層の間のバッファ層（リフトオフ層）を化学的に除去するケミカルリフトオフ（例えば特許文献２）が知られている。
【０００５】
これらの技術を用いれば、ｎ型ＧａＮ層の裏面（サファイア基板が存在した側の面）を露出させることができ、かつ新たな支持基板としては、絶縁性、導電性のいずれのものも用いることができるため、レイアウト上の自由度が高まる。特に、ｐ型層側の全面に電極を形成することによってｐ型層側の電極抵抗を低くし、かつ抵抗率の低いｎ型層の表面の一部に電極を形成することによって、電極抵抗を低くしたＬＥＤを得ることができる。この場合、特許文献３に記載のように、支持基板を導電性とすれば、支持基板をｐ型層側の配線として使用することができる。この場合には、ＬＥＤからの発光は、ｎ型層の表面から取り出される。
【０００６】
このように、レーザーリフトオフやケミカルリフトオフを用いることによって、実質的な発光面積が大きいＬＥＤを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８５０３９号公報
【特許文献２】特開２００９−５４８８８号公報
【特許文献３】特開２０００−２７７８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の構成においては、ｐ型層側が支持基板に接合されるが、これは、実際にはｐ型層表面に形成された電極を、例えばハンダや金などの接合層を介して支持基板側に接合することによって行われる。この際、このｐ側オーミック電極の材料としてはｐ型層とオーミック接触するＮｉとＡｕとの積層（Ｎｉ／Ａｕ）やＩＴＯ等が用いられ、ハンダとしては例えばＡｕ−Ｓｎ合金等が用いられ、Ａｕなどの同種金属間接合の場合は熱押圧でこれらは接合される。この場合、接合の際に加わる熱やその後のオーミック接触に必要な加熱を起因として、ＬＥＤの特性に悪影響を与えることがある。
【０００９】
こうした悪影響を発生させるメカニズムは定かではないが、例えば、接合に必要な加熱がオーミック接触に最適な熱量を超過する、または、接合層のＳｎなどの金属がＮｉ／ＡｕやＩＴＯと混食してオーミック接合を阻害する、または、水素の移動によってｐ型層内のアクセプタの活性化率が変化する、等が考えられる。この場合、全体としてＬＥＤの順方向電圧Ｖｆが上昇し、電極抵抗が局所的に高くなった場合には、部分発光（発光ムラ）等の発光異常が発生する。
【００１０】
発明者らによる鋭意研究の結果、上記のような発光異常などの悪影響は、ｐ型層表面に形成された電極が金属等の接合層を介して支持基板等に接合され、ｐ型層と支持基板等とに挟まれた状態でｐ型オーミック電極が加熱された場合に顕著に発生し、ｐ型層表面に形成された電極が金属等の接合層を介して支持基板等に接合されていない状態でｐ型オーミック電極が加熱された場合にはほとんど発生しないことがわかった。このため、従来のｐ型層側に支持基板を接合した縦型の発光素子構造では、実質的な発光面積が大きく発光効率の高い構成のＬＥＤを安定して供給することは実際には困難であった。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明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】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の発光素子は、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が接合層を介して支持基板と接合され、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と前記接合層との間に設けられた反射層を具備し、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側から光を発することを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記反射層が、金属または誘電体多層膜からなることを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と前記接合層との間に、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と接して局所的に形成されたｎ側オーミック電極をさらに具備することを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記反射層と前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層との間には、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と接し、かつ、前記ｎ側オーミック電極と重複しない位置に、前記光を透過させる反射下地層をさらに具備することを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記反射下地層は、前記積層構造の成長時に使用され、成長用基板と前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層との間に形成された単結晶のＡｌＮバッファ層を含むことを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記反射下地層における少なくとも前記反射層側において誘電体層が設けられたことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記反射層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、モリブデン（Ｍｏ）、又はアルミニウム（Ａｌ）を含むことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記反射層は、誘電体からなる多層構造を具備し、前記誘電体には少なくともＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮが含まれることを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の上に形成され、前記半導体層が発する光を一部透過させるあるいはメッシュ形状を有するｐ側オーミック電極と、前記ｐ側オーミック電極を局所的に覆って前記ｐ側オーミック電極と接するｐ側電極と、を具備することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が支持基板に接合層を介して接合された構成を具備する発光素子の製造方法であって、第１の基板上にリフトオフ層を介して前記積層構造を、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記発光層、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の順に形成する成長工程と、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側を、介在層を介して第２の基板に接合する第１接合工程と、前記リフトオフ層を除去して前記第１の基板を前記積層構造から剥離する第１剥離工程と、前記積層構造における前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側に、ｎ側オーミック電極を局所的に形成する工程と、前記発光層が発する光を反射させる反射層を形成する反射層形成工程とを有し、前記反射層に接合層を介して前記支持基板を接合する第２接合工程と、前記介在層を除去して前記第２の基板を前記半導体層から剥離する第２剥離工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第２の基板の室温での熱膨張係数が４×１０−６〜７×１０−６／Ｋの範囲であることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第１の基板と前記第２の基板とを同一の材料で構成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第１の基板及び前記第２の基板の主体をサファイアとすることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記介在層をポリイミド系の樹脂材料で構成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記介在層の厚さを０．３μｍ以上５．０μｍ以下とすることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第１剥離工程と前記反射層形成工程の間に、露出した前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に局所的にｎ側オーミック電極を形成するｎ側オーミック電極形成工程を具備し、前記反射層形成工程において、前記反射層を、少なくとも前記ｎ側オーミック電極が形成されない前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記反射層形成工程において、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層との間に反射下地層を介在させて前記反射層を形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記成長工程と前記第１接合工程の間において、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側にｐ側オーミック電極を形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第２剥離工程の後において、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側から前記積層構造を局所的にエッチングすることによって前記主面側において前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかを局所的に露出させる半導体層エッチング工程と、前記主面側において局所的に露出した前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかの表面にｎ側電極を形成するｎ側電極形成工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構成によって、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発光素子の第１の変形例の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る発光素子の第２の変形例の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第１の例を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第１の例を示す工程断面図（続き）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第２の例を示す工程断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第２の例を示す工程断面図（続き）である。
【図８】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法の第３の例を示す工程断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造方法において用いられる第２の基板の他の例の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る発光素子の一例について説明する。この発光素子においては、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体層が用いられる。この半導体層は、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層（ｎ型層）、発光層、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層（ｐ型層）を含む積層構造を具備する。半導体層の成長に用いられる成長用基板とは異なる支持基板がｎ型層の側に接合され、発光はｐ型層の側から取り出される。成長用基板が別の支持基板に置き換わった形態を有しており、この形態とするには二度の接合工程を必要とする。なお、支持基板側と半導体層の上部との間で接合層を介して電流が流されて発光をする、縦型の発光素子の場合を例に説明を行う。縦型と同種の接合層を用いるならば、支持基板側に電流を流さず同じ側にｐとｎの２つの電極を有する横型の発光素子でもよい。
【００１６】
図１は、この発光素子１０の構造を示す断面図である。ここで、この発光素子１０においては、支持基板１００の上に半導体層２０が形成されている。
【００１７】
半導体層２０は、図１中の下側から順にｎ型ＡｌＧａＮ層（ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、以下、ｎ型層）２１、発光層２２、ｐ型ＡｌＧａＮ層（ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、以下、ｐ型層）２３となった積層構造で構成される。この順序は、成長用基板から積層構造を成長させる場合と同じである。ｎ型層２１、ｐ型層２３の厚さは、例えばそれぞれ２〜６μｍ程度、０．１〜１μｍ程度であり、ｐ型層２３はｎ型層２１よりも薄い。また、発光層２２は、ＩＩＩ族窒化物半導体のヘテロ構造からなる単量子井戸、多量子井戸構造等をもつ層である。以下、波長３４０ｎｍの深紫外光を発する量子井戸型ＡｌＧａＮ系の発光層２２を用いた場合を例に記載する。発光波長によって発光層２２を含む半導体層２０の構成は適宜選択される。
【００１８】
ここで、図１における半導体層２０の下面（一方の主面）におけるｎ型層２１の表面には、ｎ側オーミック電極３１が形成されている。ｎ側オーミック電極３１は、ｎ型層２１に対してオーミック接触をする材料で構成されるが、ｎ型層２１の表面を局所的に覆い、その形状は、例えばメッシュ状またはドット状とすることができる。局所的に覆う形状とするのは、全面とすると以下に記載する反射層の効果を十分に発揮することができないためである。
【００１９】
また、支持基板１００と半導体層２０の間において、このｎ側オーミック電極３１を含むｎ型層２１の表面（図１中の下面）全面を覆って反射層３２が形成されている。反射層３２もｎ型層２１に対する電極となりうるが、ｎ側オーミック電極３１とは異なり、半導体層２０が発した光の反射率が高い材料で反射層３２は構成される。このため、その電極としての機能（接触抵抗やオーミック性）はｎ側オーミック電極３１よりも劣る。なお、反射層３２がｎ型層２１の表面と接する場合は、少なくともｎ側オーミック電極３１の形成されていない領域において接すればよい。あるいは、ｎ側オーミック電極３１が形成された以外の箇所に反射層３２が局所的に形成され、ｎ側オーミック電極３１と接合層の間に反射層３２がない構成としてもよい。ただし、後述する反射下地層を形成する場合は、反射下地層がｎ側オーミック電極３１の形成されていない領域においてｎ型層２１の表面と接する。
【００２０】
上記の構造は、支持基板側接合層（接合層）１０１、半導体層側接合層（接合層）３３を介して支持基板１００に接合される。ここで、支持基板側接合層１０１は上記の構造と別体とされた支持基板１００の主面に形成され、半導体層側接合層３３は反射層３２の全面を覆って形成される。支持基板側接合層１０１と半導体層側接合層３３とは、ハンダを介して接合される。支持基板１００として、導電性の材料、絶縁性の材料のいずれを用いることもできる。導電性の場合は、ｎ側オーミック電極３１（ｎ型層２１）に対する電気的接続は、支持基板１００を介してとることができる。絶縁性の材料の場合は、表面に金属配線を形成する、もしくは、ｐ型層２３側の一部を除去してｎ型層２１の一部を露出する構成とすることもできる。
【００２１】
一方、図１におけるｐ型層２３の上面（他方の主面）の全面には、ｐ側オーミック電極４１が形成される。ｐ側オーミック電極４１は、半導体層２０が発する光に対して実質的に透明かつ導電性の材料で構成される。また、ｐ側オーミック電極４１の表面の一部には、ｐ側電極４２が形成される。ここで、ｐ側電極４２は、抵抗率の低い材料で厚く形成することができ、その電気抵抗は低い。一方、ｐ側オーミック電極４１には、半導体層２０が発する光の透過率が高いことが要求され、この透過率が充分高くなるように薄く形成される。あるいは、実質的に透過率を向上させるために、光を透過させる開口部を分散して多く設けた構成としてもよい。このｐ側オーミック電極４１とｐ側電極４２とを組み合わせることによって、これらはｐ型層２３に対する電極として有効に機能し、かつｐ側オーミック電極４１で覆われかつｐ側電極４２で覆われない領域から発光が取り出される。ｐ型層２３に対する電気的接続は、ｐ側電極４２にワイヤボンディング等を施すことによってなされる。
【００２２】
この構成において、支持基板側接合層１０１と半導体層側接合層３３とは、ハンダを介して接合されるため、例えばハンダに含まれるＳｎ等が半導体層２０側に拡散する場合がある。しかしながら、Ｓｎが拡散した場合であっても、ｎ側電極とｎ型層との間のオーミック性や電流の広がりについては、悪影響が見られない。
【００２３】
また、この構成においては、光は半導体層２０（発光層２２）の全面において、主に図１中の上下方向に発せられる。このうち、上側に発せられた光は、前記の通り、ｐ側オーミック電極４１を透過して上方に発せられる。この光を遮る構造物は、図１においては総面積の小さいｐ側電極４２のみである。一方、下側に発せられた光は、反射層３２で上方に高い反射率で反射されるため、結局、前記と同様に上方に発せられる。この際、反射率が高くないｎ側オーミック電極３１をメッシュ状あるいはドット状にしてその総面積を小さくし、大部分を反射率の高い反射層３２で覆っているため、全体の反射率を高くすることができる。このようにｎ型層２１側に反射層３２を形成することは、後述する製造方法において、基板接合と基板剥離を２回ずつ行うことによって実現できる。基板接合と基板剥離を１回ずつしか行わない従来の製造方法においては、ｎ型層２１側に反射層３２を形成して発光効率（光の取り出し効率）を向上させることは困難であり、上記のように半導体層２０の上下両方に対して光取り出し効率を向上させる構成をとることは困難である。
【００２４】
このため、この発光素子１０においては、特に高い発光効率を得ることができる。なお、同様に支持基板と半導体層の間に反射層を設けた横型の発光素子も得ることができる。この構成については後述する。
【００２５】
また、図１の構成ではｎ側オーミック電極３１、反射層３２は共にｎ型層２１と直接接している。このうち、ｎ側オーミック電極３１は電極として機能するためにｎ型層２１と直接接する必要があるが、反射層３２に電極としての機能は要求されないため、反射層３２とｎ型層２１とが直接接する必要はない。例えば、反射層３２と半導体層２０との間に他の層（反射下地層）を介在させてもよい。反射下地層には、光の透過率が高いことは要求されるが、低い電気抵抗は要求されないため、ＳｉＯ２やＳｉＮｘ等の透明な絶縁層や、後述する製造方法において用いられるバッファ層等を反射下地層として用いることができる。この場合、こうした反射下地層中に開口部を設けてｎ型層２１を局所的に露出させ、この開口部中においてｎ側オーミック電極３１とｎ型層２１とを接触させることができる。この場合、反射層３２と反射下地層との組み合わせも適宜設定することができる。
【００２６】
この場合、図２に示されるような構造とすることができる。この構造においては、ｎ側オーミック電極３１は反射層３２ａを貫通して半導体層側接合層（接合層）３３と接触することによって、ｎ型層２１と支持基板側接合層１０１との間の電気的接合をとることができる。このため、この構造においては、その上面と下面との間で絶縁性のある層を反射層３２ａとして用いることができる。例えば、反射率の高い誘電体の多層構造として、ＳｉＯ２／Ａｌ／ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ／Ａｉ２Ｏ３、（ＨｆＯ２／ＳｉＯ２）ｎ／ＨｆＯ２／（Ｓｃ２Ｏ３／ＳｉＯ２）ｎ／Ｓｃ２Ｏ３（ここで、ｎは積層サイクル数、例えばｎ＝５）、等、電気抵抗に関わらず反射率の高い層を用いることができる。
【００２７】
あるいは、反射下地層３２ｂを用いた図３に示される構成とすることもできる。この場合、反射下地層３２ｂは局所的に除去され、その中にｎ側オーミック電極３１が形成される。反射下地層３２ｂとしては、光の透過率が高い各種の材料を用いることができるが、少なくとも反射層３２側においては前記と同様の誘電体層が設けられていることが、反射率を高めるという観点では好ましい。また、反射下地層として、後述するバッファ層（例えばＡｌＮ）を用いることもできる。
【００２８】
上記の発光素子１０は、以下に説明する製造方法で高い歩留まりで製造することができる。図４、５は、この発光素子１０の製造方法を示す工程断面図である。この製造方法においては、半導体層２０の基板として、第１の基板（成長基板）、第２の基板（転写用基板）、第３の基板（支持基板）の３種類が用いられる。ここで、第１の基板と第２の基板は製造工程の途中においてのみ用いられ、その後除去される。第３の基板は前記の支持基板１００であり、製造後の発光素子１０においてもそのまま用いられる。ここでは、単一の支持基板１００を用いて前記の発光素子１０が２個製造される場合について記載する。
【００２９】
ここでは、まず、図４（ａ）に示されるように、第１の基板（成長基板）５０の上に、リフトオフ層５１、バッファ層５２を介して、ｎ型層２１、発光層２２、ｐ型層２３を順次成長させる（成長工程）。
【００３０】
ここ、第１の基板（成長基板）５０としては、リフトオフ層５１、バッファ層５２を介して、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物半導体（ＧａＮ等）からなるｎ型層２１をエピタキシャル成長させることのできるものが用いられ、例えばサファイア基板（（０００１）基板）を用いることができる。その厚さは、例えば４３０μｍ程度である。
【００３１】
リフトオフ層５１としては、半導体層２０をこの上に結晶成長でき、かつ化学的エッチング可能な材料であり、半導体層２０を後でケミカルリフトオフによって成長基板５０から剥離できる材料が用いられる。この材料としては、例えばスカンジウム（Ｓｃ）を用いることができ、スパッタリング法、真空蒸着法等によって成長基板５０上に形成することができる。なお、その後、アンモニア雰囲気で熱処理を行うことによってリフトオフ層５１を窒化し、窒化スカンジウム（ＳｃＮ）層とする。窒化スカンジウムに代わり、結晶化したハフニウム、ジルコニウム、または、窒化クロム（ＣｒＮ）を用いてもよい。
【００３２】
次に、良好な結晶性の半導体層２０を形成するための下地となるバッファ層５２をリフトオフ層５１の上にまず形成する。バッファ層５２としては、用途に応じてＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮを用いることができるが、ＡｌＮが好ましい。その後、ｎ型層２１（ｎ型ＧａＮ層）、発光層２２（ｎ型ＡｌＧａＮ層等）、ｐ型層２３（ｐ型ＧａＮ層やｐ型ＡｌＧａＮ層）を順次形成する。これらはいずれもＭＯＣＶＤ法等によって形成することができ、反応ガスや温度を適宜切り替えることによって、同一の反応炉において連続的にこれらを成長させることができる。バッファ層５２、ｎ型層２１、ｐ型層２３の厚さはそれぞれ２０ｎｍ、２５００ｎｍ、３００ｎｍ程度とされる。発光層２２は、良好な発光特性が得られる単量子井戸、多量子井戸構造等をもち、その厚さはその構造に応じて適宜設定される。ここで、ｐ型層２３はｎ型層２１よりも薄くされる。この構成についても、特許文献２等に記載の一般的な構成と同様である。
【００３３】
次に、図４（ｂ）に示されるように、発光領域（発光素子１０における半導体層２０）となるべき箇所にＳｉＯ２層５３を形成する。このためには、まずＳｉＯ２層５３をｐ型層２３の表面全体にＣＶＤ法等によって形成し、その後でフォトリソグラフィを用いて、発光領域となるべき箇所にフォトレジストパターンを形成する。その後、このフォトレジストパターンをマスクとしてエッチング（ウェットエッチング、ドライエッチング）を行うことによって、発光領域となるべき箇所以外におけるＳｉＯ２層５３を除去した後でフォトレジスト層を除去すればよい。
【００３４】
その後、図４（ｃ）に示されるように、このＳｉＯ２層５３をマスクとしてｐ型層２３からリフトオフ層５１までのドライエッチングを行う（素子分離工程）。この際、エッチングされる各層に応じてエッチングガスを適宜切り替えてエッチングを行うことが可能である。なお、この時点で前記のフォトレジスト層を残存させておいてもよい。例えばサファイアが成長基板５０として用いられた場合においては、サファイアは難エッチング材料であるため、このエッチングは成長基板５０の表面で停止し、ｐ型層２３、発光層２２、ｎ型層２１、バッファ層５２、リフトオフ層５１の側面が露出する。
【００３５】
次に、図４（ｄ）に示されるように、ＳｉＯ２層５３の上に、塗布や印刷等の方法によってポリイミド層（介在層）５４を形成する。図４（ｄ）においてはポリイミド層５４はＳｉＯ２層５３の全面を覆って形成されている。その厚さは、０．３μｍ〜５μｍであることが好ましく、より好ましくは１μｍ〜５μｍであり、例えば２μｍ程度とすることができる。厚さが０．３μｍ未満では接合に必要な量が不足するおそれがあり、厚さが５μｍを超えるとポリイミド層の柔軟性と高い熱膨張性（約２５×１０−６／Ｋ）があるために、第１の基板と第２の基板とを後述のように熱膨張係数差が小さいまたは同一の材料とした場合であっても、リフトオフ時の第１の基板５０と半導体層２０の間の内部応力を相殺できず、リフトオフ時に半導体層にクラックが入りやすい。ポリイミド層５４は、塗布や印刷によって形成された後で、例えば２２５℃程度の温度でキュアされる。
【００３６】
このように、介在層には第２の基板の熱膨張係数による内部応力相殺の効果を得るための接着力と硬さが求められる。なお、介在層の材料としては、ポリイミド系樹脂が最も好ましい。ポリイミド系よりもより柔らかい樹脂や耐熱性の低い樹脂、例えばシリコン系やレジストなどでは、同様に製造を行うことが可能ではあるものの、その厚さにかかわらず半導体層にクラックが入りやすい。
【００３７】
一方、図４（ｅ）に示されるように、上記の構造とは別に、第２の基板（転写用基板）６０を準備する。第２の基板６０は、その主体となる第２の基板主体６１上にポリイミド層（介在層）６２が形成されたものを用いることができる。第２の基板主体６１としては、半導体層２０を機械的に支持できる構成のものであり、かつ、第１の基板５０およびＩＩＩ族窒化物半導体の半導体層２０との熱膨張係数差が小さい材料（例えば４×１０−６〜７×１０−６／Ｋの材料）であれば任意の材料のものを用いることができるが、成長基板５０と同じ材料（サファイアなど）が特に好ましく用いられる。
【００３８】
次に、図４（ｆ）に示されるように、図４（ｄ）の構造と第２の基板６０とを、ポリイミド層５４とポリイミド層６２が接するように熱圧着して接合する（第１接合工程）。この際の温度は、前記のキュア温度よりも高いが、完全なイミド化が行なわれない範囲である２５０〜３００℃とする。これによって、ポリイミド層５４とポリイミド層６２が接合されて固化した状態となる。
【００３９】
この状態で、図４（ｇ）に示されるように、リフトオフ層５１を塩酸、硝酸等を用いてウェットエッチングすることによって除去し、成長基板５０を剥離する（第１剥離工程）。この工程は、特許文献２に記載のケミカルリフトオフと同様である。なお、図４（ｇ）以降では半導体層２０の上下方向が図２（ｄ）までとは逆転して示されている。
【００４０】
次に、図４（ｈ）に示されるように、バッファ層５２をドライエッチングによって除去する。これによって図４（ａ）中のｎ型層２１における成長基板５０側だった表面が露出する。この際、図４（ｇ）においてバッファ層５２直下のｎ型層２１もエッチングされるが、エッチング時間を制御することによって、ｎ型層２１のエッチング量を小さくすることが可能である。また、ドライエッチング条件を調整してエッチング面を粗面化すると高出力化することが可能である。なお、この際に、露出したポリイミド層６２もエッチングされる場合もある。また、前記の反射下地層３２ｂとしてバッファ層５２を用いる場合には、バッファ層５２を全面にわたり除去することは不要であり、この後に形成するｎ側オーミック電極３１を設ける箇所のみにおいてのみ局所的に除去すればよい。
【００４１】
その後、図４（ｉ）に示されるように、露出したｎ型層２１の表面に、メッシュ状またはドット状のｎ側オーミック電極３１を形成する（ｎ側オーミック電極形成工程）。ｎ側オーミック電極３１としては、ｎ型層２１に対してオーミック接触をし、接触抵抗が小さなＴｉ／Ａｌ／Ｃｒ（ｎ型層２１側から順にＴｉ層、Ａｌ層、Ｃｒ層とした積層構造）が用いられる。この構成の電極は、ｎ型層２１との間の電気的接触をとるという点においては有効であるが、半導体層２０が発した光を反射させるという点においては、その反射率は高くない。なお、ｎ側オーミック電極３１のパターンはメッシュ状やドット状である必要はなく、ｎ型層２１との間の接触抵抗が低くかつｎ型層２１がこれによって覆われる面積を小さくできる限りにおいて、その形状は任意である。ｎ側オーミック電極３１は、例えばフォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後に、上記の材料を真空蒸着等の方法によって成膜し、その後でレジストパターンを除去することによって形成することができる。
【００４２】
次に、図４（ｊ）に示されるように、ｎ側オーミック電極３１を含んだｎ型層２１の表面を覆って反射層３２、半導体層側接合層３３を形成する（反射層形成工程）。反射層３２の材料としては、前記のｎ側オーミック電極３１と異なり、ｎ型層２１に対する電極特性としては劣るが半導体層２０が発した光に対する反射率が高い導電性材料として、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属材料を用いることができる。あるいは、図２における反射層３２ａのように導電性が要求されない場合には、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等からなる誘電体層を含む多層膜構造のものを用いることができる。
【００４３】
また、反射層３２を多層構造とした場合には、その中に、ハンダの構成元素である錫（Ｓｎ）等の拡散に対してバリア性のある層を挿入することによって、ハンダが半導体層２０に与える悪影響をより低減することができる。このバリア性のある層を構成する材料としては、例えばクロム（Ｃｒ）や上記の誘電体材料を用いることができる。
【００４４】
半導体層側接合層３３としては、ハンダを用いて容易かつ強固に接合が可能であるＡｕが特に好ましく用いられる。
【００４５】
なお、図４（ｊ）においては、反射層３２、半導体層側接合層３３はｎ型層２１の全面を覆っているが、充分な発光面積が確保できる限りにおいて、全面を覆う必要はない。また、後述する第２接合工程以降において半導体層側接合層３３がなくとも充分な接合強度が得られる場合においては、半導体層側接合層３３は不要である。
【００４６】
次に、図５（ｋ）に示されるように、上記の構造とは別に、支持基板（第３の基板）１００の上に支持基板側接合層１０１を形成した構造を作成する。支持基板１００としては、導電性の材料で構成されかつ充分な機械的強度をもったものを用いることができる。支持基板側接合層１０１としては、半導体層側接合層３３と同様にＡｕを用いることができる。ただし、支持基板側接合層１０１と支持基板１００との間の密着性を高めるために、これらの間に適宜他の金属材料からなる層を挿入してもよい。
【００４７】
その後、図５（ｌ）に示されるように、図４（ｊ）の構造と図５（ｋ）の構造とを、半導体層側接合層３３と支持基板側接合層１０１とを接合することによって、一体化する（第２接合工程）。この接合には、例えばハンダを用いることができる。ハンダの材料としては、例えば金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金を用いることができる。
【００４８】
次に、図５（ｍ）に示されるように、ポリイミド層（介在層）５４、６２を、アルカリ性のトリメチルアンモニウムハイドライド：ＴＭＡＨ）や希硫酸、硫酸過水等を用いてウェットエッチングする。これによって、第２の基板６０（第２の基板主体６１）を半導体層２０等から再び剥離することができる（第２剥離工程）。なお、図５（ｍ）以降では、半導体層２０の上下方向は再び図４（ａ）〜（ｄ）と同じ方向として示されている。
【００４９】
その後。図５（ｎ）に示されるように、露出したＳｉＯ２層５３をウェットエッチングよって除去する。これによって、ｐ型層２３の表面が露出する。
【００５０】
その後、図５（ｏ）に示されるように、露出したｐ型層２３の表面にｐ側オーミック電極４１を形成する（ｐ側オーミック電極形成工程）。ｐ側オーミック電極４１を構成する材料としては、光透過率が充分高くなる程度に薄い、もしくは、微細な開口部を複数有するＮｉ／Ａｕ層（ｐ型層２３に近い側からニッケル（Ｎｉ）層、金（Ａｕ）層が順次形成された多層構造）またはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＭＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）等の酸化導電膜を用いることができる。このため、半導体層２０が発した光はｐ側オーミック電極４１を透過することができる。一方、ｐ側オーミック電極４１の上にワイヤボンディング等を施すことは困難である。なお、図５（ｏ）ではｐ側オーミック電極４１はｐ型層２３の全面を覆っているが、前記の反射層３２等と同様に、充分な発光特性（電流拡散性）が確保できる限りにおいて、全面を覆う必要はない。また、ｐ側オーミック電極４１を構成する材料は、発光波長に応じて適宜設定することができ、例えば可視光の発光をするＬＥＤの場合には、ＩＴＯ等の酸化導電膜が特に有効である。
【００５１】
次に、図５（ｐ）に示されるように、外部接続用のｐ側電極４２をｐ側オーミック電極４１の上に局所的に形成する（ｐ側電極形成工程）。ｐ側電極４２としては、抵抗率の小さなＴｉ／Ａｕ層等を充分厚く形成したものを用いることができる。その形成方法は、前記のｎ側オーミック電極３１と同様である。半導体層２０が発した光はｐ側電極４２を透過できないために、これによって遮光されるが、この面積を小さくすることによって、充分な発光面積を確保することができる。また、ｐ側電極４２を充分厚くすることにより、この上にワイヤボンディングを施すことができる。
【００５２】
以上により、図１の構成の発光素子１０が２個製造される。これらの分離が必要であれば、図５（ｐ）における２つの半導体層２０間において露出した支持基板１００を切断すればよい。３個以上の発光素子１０を製造する場合においても、それぞれ単一の成長基板（第１の基板）５０、第２の基板６０、支持基板（第３の基板）１００を用いて、同様に製造することができる。
【００５３】
この製造方法においては、成長基板（第１の基板）５０を剥離する第１剥離工程（図４（ｇ））、第２の基板（転写用基板）６０を剥離する第２剥離工程（図５（ｍ））の２回において、ウェットエッチングを用いて基板を剥離する工程が行われる。ここで、特に第１剥離工程は、特許文献２に記載されたケミカルリフトオフと同様の工程である。
【００５４】
特許文献１に記載されるレーザーリフトオフや特許文献２に記載されるケミカルリフトオフにおいては、一般的には、成長基板上に半導体層を成長させ、半導体層の成長基板と反対側（他方の主面側）に他の基板をハンダ等を用いて強固に接合し、その後で成長基板を剥離して半導体層の一方の主面側を露出させる。この際、成長基板としては、良好な特性の半導体層が得られるという観点から、前記と同様にサファイアが用いられる場合が多い。一方、他の基板としては、ｐ型層への配線としても使用できるように、導電性のものが用いられる場合が多い。このため、一般的には、他の基板は成長基板と異なる材料で構成される場合が多い。こうした場合には、両者の熱膨張係数の差に起因した応力が発生し、レーザーリフトオフやケミカルリフトオフを行う際に、半導体層にクラックが生ずる場合があった。
【００５５】
これに対して、上記の製造方法の第１剥離工程においては、成長基板（第１の基板）５０と第２の基板６０の主体（第２の基板主体６１）を同じ材料（サファイア）とすることができる。このため、同じようにレーザーリフトオフやケミカルリフトオフを用いた場合においても、これらの間における熱膨張係数の差は無い。更に、半導体層２０と第２の基板主体６１とは、接合を維持できる適度な厚さのポリイミド層（介在層）５４、６２を介して接合されている。このため、クラックは発生しにくい。第２剥離工程においては、第２の基板主体６１と支持基板（第３の基板）１００とは異なる材料となるが、ポリイミド層（介在層）５４、６２を介してこれらが接合されているため、半導体層２０の内部応力はリフトオフ層を介する場合に比べて小さく、やはりクラックは発生しにくい。
【００５６】
すなわち、上記の製造方法においては、第１剥離工程、第２剥離工程のどちらにおいても、半導体層２０にクラックが発生しにくい。このため、高い歩留まりで発光素子１０を製造することができる。
【００５７】
なお、上記の例においては、第１剥離工程においてケミカルリフトオフを使用したが、その代わりに特許文献１等に記載のレーザーリフトオフを用いることもできる。いずれの場合においても、成長基板５０、第２の基板主体６１は剥離後に再使用できるため、特にこれらの材料として高価なサファイアが使用される場合には、上記の製造方法によって製造コストを低下させることができる。
【００５８】
上記の製造方法の変形例となる製造方法の工程断面図を図６、７に示す。この製造方法においては、ｐ側オーミック電極４１を初期の段階でｐ型層２３の上に形成する。これによって、発光を取り出す面となるｐ型層２３の表面が製造工程の途中でｐ側オーミック電極４１によって保護される。
【００５９】
まず、図６（ａ）に示されるように、ｐ型層２３までの形成（図４（ａ））に引き続き、ｐ側オーミック電極４１もこの上に形成し、オーミック接合形成のための熱処理をする（ｐ側オーミック電極形成工程）。
【００６０】
その後、ＳｉＯ２層５３の形成（図６（ｂ））、素子分離工程（図６（ｃ））、ポリイミド層５４の形成（図６（ｄ））、第２の基板６０側の準備（図６（ｅ））、第１接合工程（図６（ｆ））、第１剥離工程（図６（ｇ））、バッファ層５２の除去（図６（ｈ））、ｎ側オーミック電極形成工程と反射層形成工程（図６（ｉ））、第２接合工程（図６（ｊ））、第２剥離工程（図６（ｋ））、ＳｉＯ２層５３の除去（図７（ｌ））、ｐ側電極形成工程（図７（ｍ））、のそれぞれが、前記と同様に行われる。ただし、素子分離工程（図６（ｃ））においては、初めにｐ側オーミック電極４１をエッチングした後でｐ型層２３以下のエッチングが行われる。ｐ側オーミック電極４１とｐ型層２３等とは材料が大きく異なるために、これらのドライエッチングを行なう際にはガスを切り替えて行う必要がある。ｐ側オーミック電極４１を薄く構成すれば、そのエッチングは特に容易である。
【００６１】
このように、図６、７に記載の製造方法によっても上記の発光素子１０を製造することができる。
【００６２】
また、上記の製造方法を用いて、横型の発光素子を製造することもできる。ここで、横型の発光素子とは、前記の発光素子１０とは異なり、半導体層における同じ側から外部接続用のｐ側電極と外部接続用のｎ側電極の両方を取り出す構成とされた発光素子である。ここでは、支持基板は半導体層の一方の主面側に接合され、外部接続用のｐ側電極と外部接続用のｎ側電極の両方は他方の主面側に設けられる。図８（ａ）〜（ｋ）は、この場合の製造方法を示す工程断面図である。ここで、第１剥離工程までの工程（図４（ａ）〜（ｇ）に対応）については、前記の製造方法と同様であるため、説明は省略する。図８（ａ）は、この第１剥離工程直後の形態を示している。
【００６３】
図８（ｂ）に示されるように、リフトオフ層５１が除去された後のバッファ層５２の表面に、反射層３２、半導体層側接合層３３を形成する。ここでは、成長基板５０が存在した側のｎ型層２１の表面からｎ型層２１への電気的接続をとる必要はなく、かつ半導体層２０が発する光はバッファ層５２を透過するため、バッファ層５２は除去してもしなくても良い。また、この際の露出面を粗面化処理すると高出力化が図れる。ただし、この場合においても、成長基板５０が存在した側で光を反射させることが必要となるため、反射層３２を図４（ｊ）と同様に形成する。また、反射層３２が形成された側を支持基板１００に接合するために、図４（ｊ）と同様に半導体層側接合層３３を形成する。ただし、図４（ｊ）と異なり、ｎ側オーミック電極３１はここでは形成しない。
【００６４】
次に、図７（ｃ）に示されるように、支持基板（第３の基板）１００の上に支持基板側接合層１０１を形成した構造を作成する。この工程は図５（ｋ）と同様である。
【００６５】
次に、図８（ｄ）に示されるように、図８（ｂ）の構造と図８（ｃ）の構造とを、半導体層側接合層３３と支持基板側接合層１０１とを接合することによって一体化する（第２接合工程）。その後、図８（ｅ）に示されるように、ポリイミド層５４、６２を除去することによって、第２の基板６０を半導体層２０等から再び剥離する（第２剥離工程）。これらの工程は、図５（ｌ）、図５（ｍ）と同様である。
【００６６】
次に、図８（ｆ）に示されるように、ＳｉＯ２層５３を、発光領域の形状となるように再度パターニングする。この工程は、図４（ｂ）におけるパターニングと同様に行うことができる。
【００６７】
次に、図８（ｇ）に示されるように、ＳｉＯ２層５３が除去された領域におけるｐ型層２３、発光層２２をエッチングして図中におけるｎ型層２１の上面を露出させる（半導体層エッチング工程）。このエッチングは、図４（ｃ）におけるエッチングと同様に行うことができるが、今回は、ｎ型層２１は残存した状態とする。
【００６８】
次に、図８（ｈ）に示されるように、ＳｉＯ２層５３を除去する。この工程は、図５（ｎ）と同様に行うことができる。
【００６９】
次に、図８（ｉ）に示されるように、露出したｐ型層２３の表面にｐ側オーミック電極４１を形成した（ｐ側オーミック電極形成工程）後で、図８（ｊ）に示されるように、ｐ側電極４２を形成する（ｐ側電極形成工程）。これらの工程は、図５（ｏ）（ｐ）と同様である。
【００７０】
次に、図８（ｋ）に示されるように、露出したｎ型層２１の表面（図中の上側の面）に、ｎ側オーミック電極３１を形成する。この発光素子においては、前記の例と異なり、ｎ型層２１が形成された面から発光は取り出されない。このため、ｎ側オーミック電極３１は、透光性の高いメッシュ状やドット状である必要はなく、例えばこの上にワイヤボンディングが可能である形状、大きさとすることができる。
【００７１】
このように、同様に第１接合工程、第１剥離工程、第２接合工程、第２剥離工程を用いて、横型の発光素子を製造することもできる。この場合においても、特に第１剥離工程（リフトオフ層の除去）の際に、半導体層にクラックが生じにくいため、高い歩留まりでこの発光素子を製造することができる。また、発光を取り出さない側である図８（ｋ）における下側に高い反射率をもつ反射層３２が形成されるため、高い発光効率を得ることができる。なお、ｐ側オーミック電極形成工程を成長工程の後に行うことができる点についても、前記の縦型の発光素子の場合と同様である。
【００７２】
また、反射層３２とｎ型層２１との間がオーミック接触する場合には、半導体層エッチング工程（図８（ｇ））において、露出したｎ型層２１、バッファ層５２を完全に除去して反射層３２を主面側（図中の上側）に局所的に露出させ、ここにｎ側電極を形成して横型の発光素子とすることもできる。あるいは、更に反射層３２も除去して半導体層側接合層３３を主面側に露出させ、ここにｎ側電極を形成して横型の発光素子とすることもできる。すなわち、横型の発光素子の場合には、ｎ側電極の取り出し方法としては、各種のものを用いることができる。
【００７３】
なお、更に発光効率を高めるために、ｐ型層２３の表面に様々な処理を施すこともできる。この処理としては、例えば細かな凹凸を形成する、ｐ型層２３の表面に他の膜を形成する、等がある。これらの処理は、上記のそれぞれの製造方法において、例えば図４（ｂ）の直前又は図５（ｏ）の直前、図６（ａ）の直前、図８（ｉ）の直前、において行うことが可能である。
【００７４】
また、前記の通り、第１剥離工程においては、従来より知られるケミカルリフトオフ、レーザーリフトオフを用いることができ、例えば成長基板（第１の基板）５０としてサファイアを用いた場合において、これを剥離することは容易である。一方、第２の基板主体６１としては、第１の基板５０と同じ材料を用いることが好ましいが、同じ材料を主体とし、これに第２剥離工程を容易とするための構造を設けたものを使用することもできる。特に、半導体層の成長基板である第１の基板や発光素子における最終的な支持基板となる第３の基板と異なり、第２の基板は、製造工程の途中において一時的に半導体層等を支持する目的のみのために用いられるため、その構造に対する自由度が高い。このため、第２剥離工程が容易となるような構造を適宜選択して用いることができる。
【００７５】
図９は、この一例である第２の基板１６０の構成を示す断面図である。この場合の第２の基板１６０の主体はサファイア基板１６１となる。その表面の周辺端部以外の領域には、リフトオフ層５１と同様にクロム（Ｃｒ）やスカンジウム（Ｓｃ）からなる第２リフトオフ層１６２が形成される。更に、この周辺端部を含めた全面を覆ってポリイミド層１６３が形成される。
【００７６】
第２剥離工程（図４（ｅ））においては、前記の通り、ポリイミド層（介在層）５４、６２は、例えばアルカリ性のトリメチルアンモニウムハイドライド：ＴＭＡＨ）や希硫酸、硫酸過水等を用いてウェットエッチングでき、これによって第２の基板主体６１を剥離することができる。しかしながら、ポリイミドのこれらの薬液によるエッチング速度は高くないため、第２の基板主体６１が剥離されるまでには長時間を要する。これに対して、図７に示された第２の基板１６０を用いた場合には、ポリイミド層１６３の端部のみがエッチングされれば、中の第２リフトオフ層１６２の端部が露出する。その後に、第１剥離工程（図４（ｇ））と同様に、塩酸、硝酸等を用いて第２リフトオフ層１６２を除去することができ、第２の基板主体１６１は剥離される。この際、第２リフトオフ層１６２のエッチング速度は、ポリイミド層１６２のエッチング速度よりも高い。このため、この第２の基板１６０を用いることにより、第２剥離工程の処理速度を高めることができる。
【００７７】
なお、この場合においても、ポリイミド層（介在層）５４、１６３によって、半導体層２０が第２の基板主体１６１と接合されている点については、前記の例と同様である。このため、第１剥離工程において半導体層２０にクラックが発生しにくいことは同様である。
【００７８】
（実施例１）
実際に、図６、７の製造方法によって縦型のＬＥＤを製造し、その発光特性を調べた。ここで、成長基板（第１の基板）５０としては、厚さ４３０μｍの（０００１）サファイアの上に厚さ１．０μｍのＡｌＮテンプレート層が形成された基板を用いた。その上に、リフトオフ層５１として厚さ２０ｎｍのＳｃ層を形成し、アンモニア雰囲気で窒化処理を行った。この上に、高温で厚さ０．８μｍのＡｌＮ単結晶からなるバッファ層５２を成長させ、ＭＯＣＶＤ法を用いて、半導体層２０となるｎ型層（ｎ型ＡｌＧａＮ層：厚さ０．８μｍ）、発光層２２（ＩｎＡｌＧａＮ層：厚さ３４０ｎｍ）、ｐ型層（ｐ型ＡｌＧａＮ層：厚さ３０ｎｍ）を順次形成した。ｐ型ＡｌＧａＮ層上のｐ側オーミック電極４１として、合計厚が５０ｎｍであり開口率が２０％とされたＮｉ／Ａｕ層が用いられた。
【００７９】
図６（ｅ）における第２の基板主体６１としては、成長基板（第１の基板）５０と同一のサファイア基板が用いられた。ポリイミド層５４、６２としては、厚さ２μｍのものが用いられ、これらを接合する第１接合工程（図６（ｆ））は２８０℃で行われた。第１剥離工程（図６（ｇ））は、リフトオフ層５１であるＳｃ層（ＳｃＮ層）を、塩酸を用いてウェットエッチングすることによって行われた。その後、バッファ層５２（ＡｌＮ）をエッチングした後に露出したｎ型ＡｌＧａＮ層（ｎ型層２１）表面に、ｎ側オーミック電極３１として、１０μｍφ、１００μｍピッチのＴｉ／Ａｌ／Ｃｒ層（厚さ２０ｎｍ／１００ｎｍ／５０ｎｍ）を形成した。この上に、反射層３２、半導体層側接合層３３として、Ｒｕ／Ｃｒ／Ａｕ層（厚さ５０ｎｍ／５０ｎｍ／３００ｎｍ）を形成した（図６（ｉ））。
【００８０】
支持基板（第３の基板）１００としては、Ｓｉ基板が用いられ、支持基板側接合層１０１としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕ層（厚さ２０ｎｍ／２００ｎｍ／１００ｎｍ／２００ｎｍ／７００ｎｍ）が用いられた。第２接合工程（図６（ｊ））においては、上記Ａｕ／Ｓｎ／Ａｕにより構成されるハンダを用いて半導体層側接合層３３と支持基板側接合層１０１を２８０℃で接合した。
【００８１】
第２剥離工程（図６（ｋ））においては、ＴＭＡＨを用いてポリイミド層（介在層）５４、６２を除去した。その後、ＳｉＯ２層５３を除去してから電極のオーミック化のために４００℃の熱処理を行った後、露出したｐ側オーミック電極４１の端部に局所的に外部接続用のｐ側電極４２としてＴｉ／Ａｕ層を厚く形成した。これによって、図１に示された構造のＬＥＤが製造された。
【００８２】
このＬＥＤの特性を測定したところ、光出力ＰＯ＝１．５ｍＷ、順方向電圧Ｖｆ＝４．３５Ｖ、順電流Ｉｆ＝２０ｍＡであった。また、発光も均一であり、１０個のＬＥＤにおいて、発光異常が観測されたものはなかった。すなわち、良好な特性の縦型ＬＥＤが高い歩留まりで得られた。
【００８３】
（比較例１）
上記の実施例１における第２の基板として、前記の支持基板１００と同様のＳｉ基板を用い、これを介在層（ポリイミド層）ではなく、ハンダを用いてｐ型層側に接合した後に、成長基板を第１剥離工程と同様に剥離してｎ型層を露出させ、ｎ側オーミック電極としてＴｉ／Ａｌ／Ｃｒ層、ｎ側オーミック電極の上の外部接続用のｎ側電極として上記のｐ側電極と同様のＴｉ／Ａｕ層を局所的に形成した。これにより、実質的な発光面積を実施例１と同一とし、半導体層からの発光は実施例１と反対側から取り出される構成とした。
【００８４】
その結果、Ｐｏ、Ｖｆ、Ｉｆについては実施例１と同様の特性が得られた。しかしながら、発光異常は１０チップ中２チップで観測された。この原因は、ハンダからの不純物拡散によると考えられる。
【００８５】
（比較例２）
実施例１において局所的に形成されたｎ側オーミック電極３１の代わりに、全面に厚いＴｉ／Ａｌ／Ｃｒ層を形成し、反射層を形成しない構造を作成した。その結果、Ｖｆ＝４．２０Ｖ、Ｉｆ＝２０ｍＡであり、ダイオード特性としては良好であったものの、ｎ層側の反射層がないために、Ｐｏは０．６ｍＷと低い値となった。
【００８６】
（実施例２）
実施例１におけるポリイミド層５４、６２を７μｍと厚くして、他は実施例１と同様とした。その結果、同様の特性のＬＥＤを得ることができた。ただし、半導体層の一部にクラックが発生しているのが確認された。
【００８７】
（実施例３）
実施例１と成長基板、リフトオフ層、半導体層等を同様とし、図８の製造方法を用いて横型のＬＥＤを製造した。ＳｉＯ２層の厚さは１μｍとした。ここで、図８（ｂ）における反射層３２として厚さ５０ｎｍのＭｏ層、半導体層側接合層３３として実施例１と同様のＴｉ／Ａｕ層を形成した。支持基板１００、支持基板側接合層１０１としては、実施例１と同様として、ハンダ及びその接合温度も同様とした。ただし、転写用基板（第２の基板）６０と窒化アルミニウム焼結基板を用いた。その後、第２剥離工程（図８（ｅ））後に露出したＳｉＯ２層５３を成形してから（図８（ｆ））、エッチングを行うことによってｎ型層２１を露出させた（図８（ｇ））。その後、ＳｉＯ２層５３を除去した（図８（ｈ））後に、露出したｐ型層２３の上に実施例１と同様のｐ側オーミック電極４１、外部接続用のｐ側電極４２を形成した。その後、露出したｎ型層２１の上にｎ側オーミック電極３１として、実施例１と同様であるがパターン化されていないＴｉ／Ａｌ／Ｃｒ層を形成した。これにより、横型のＬＥＤが製造された。
【００８８】
このＬＥＤの特性を測定した結果、Ｐｏ＝１．０ｍＷ、Ｖｆ＝４．５Ｖ、Ｉｆ＝２０ｍＡとなった。すなわち、横型のＬＥＤである実施例３においても、良好な特性が得られることが確認された。なお、反射層３２として、上記のＭｏ層の代わりに、厚さ１００ｎｍのＡｌ層と厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２層の積層構造を用いた場合であっても同様の結果が得られた。
【符号の説明】
【００８９】
１０  発光素子
２０  半導体層
２１  ｎ型ＧａＮ層（ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層：ｎ型層）
２２  発光層
２３  ｐ型ＧａＮ層（ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層：ｐ型層）
３１  ｎ側オーミック電極
３２、３２ａ  反射層
３２ｂ  反射下地層
３３  半導体層側接合層（接合層）
４１  ｐ側オーミック電極
４２  ｐ側電極
５０  成長基板（第１の基板）
５１  リフトオフ層
５２  バッファ層
５３  ＳｉＯ２層
５４、６２、１６３  ポリイミド層（介在層）
６０、１６０  転写用基板（第２の基板）
６１、１６１  第２の基板主体
１００  支持基板（第３の基板）
１０１  支持基板側接合層（接合層）  
１６２  第２リフトオフ層
【図１】
2014135433.tif 000003
【図２】
2014135433.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014135433.tif 000006
【図５】
2014135433.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014135433.tif 000009
【図８】
2014135433.tif 000010
【図９】
2014135433.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月28日(2014.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が支持基板に接合層を介して接合された構成を具備する発光素子の製造方法であって、
第１の基板上にリフトオフ層を介して前記積層構造を、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記発光層、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の順に形成する成長工程と、
前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側を、ポリイミド系の樹脂材料で構成された介在層を介して前記第１の基板と同一の材料で構成された第２の基板に接合する第１接合工程と、
前記リフトオフ層を除去して前記第１の基板を前記積層構造から剥離する第１剥離工程と、
前記積層構造における前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側に、ｎ側オーミック電極を局所的に形成し、かつ、前記発光層が発する光を反射させる反射層を形成する反射層形成工程とを有し、
前記反射層に接合層を介して前記支持基板を接合する第２接合工程と、
前記介在層を除去して前記第２の基板を前記半導体層から剥離する第２剥離工程と、
を具備することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２の基板の室温での熱膨張係数が４×１０−６〜７×１０−６／Ｋの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の基板及び前記第２の基板の主体をサファイアとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記介在層の厚さを０．３μｍ以上５．０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１剥離工程と前記反射層形成工程の間に、露出した前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に局所的にｎ側オーミック電極を形成するｎ側オーミック電極形成工程を具備し、
前記反射層形成工程において、前記反射層を、少なくとも前記ｎ側オーミック電極が形成されない前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に形成することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記反射層形成工程において、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層との間に反射下地層を介在させて前記反射層を形成することを特徴とする請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記成長工程において、前記リフトオフ層と前記積層構造との間に単結晶のＡｌＮバッファ層を介在させ、
前記反射層形成工程において、前記ＡｌＮバッファ層が局所的に除去された領域に前記ｎ側オーミック電極を局所的に形成することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記成長工程と前記第１接合工程の間において、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側にｐ側オーミック電極を形成することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２剥離工程の後において、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側から前記積層構造を局所的にエッチングすることによって前記主面側において前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかを局所的に露出させる半導体層エッチング工程と、
前記主面側において局所的に露出した前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかの表面にｎ側電極を形成するｎ側電極形成工程と、
を具備することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の発光素子の製造方法は、ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層とが含まれる積層構造をもち、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層が支持基板に接合層を介して接合された構成を具備する発光素子の製造方法であって、第１の基板上にリフトオフ層を介して前記積層構造を、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記発光層、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の順に形成する成長工程と、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側を、ポリイミド系の樹脂材料で構成された介在層を介して前記第１の基板と同一の材料で構成された第２の基板に接合する第１接合工程と、前記リフトオフ層を除去して前記第１の基板を前記積層構造から剥離する第１剥離工程と、前記積層構造における前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側に、ｎ側オーミック電極を局所的に形成し、かつ、前記発光層が発する光を反射させる反射層を形成する反射層形成工程とを有し、前記反射層に接合層を介して前記支持基板を接合する第２接合工程と、前記介在層を除去して前記第２の基板を前記半導体層から剥離する第２剥離工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第２の基板の室温での熱膨張係数が４×１０−６〜７×１０−６／Ｋの範囲であることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第１の基板及び前記第２の基板の主体をサファイアとすることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記介在層の厚さを０．３μｍ以上５．０μｍ以下とすることを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第１剥離工程と前記反射層形成工程の間に、露出した前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に局所的にｎ側オーミック電極を形成するｎ側オーミック電極形成工程を具備し、前記反射層形成工程において、前記反射層を、少なくとも前記ｎ側オーミック電極が形成されない前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の表面に形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記反射層形成工程において、前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層との間に反射下地層を介在させて前記反射層を形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記成長工程において、前記リフトオフ層と前記積層構造との間に単結晶のＡｌＮバッファ層を介在させ、前記反射層形成工程において、前記ＡｌＮバッファ層が局所的に除去された領域に前記ｎ側オーミック電極を局所的に形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記成長工程と前記第１接合工程の間において、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側にｐ側オーミック電極を形成することを特徴とする。
本発明の発光素子の製造方法は、前記第２剥離工程の後において、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体層の主面側から前記積層構造を局所的にエッチングすることによって前記主面側において前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかを局所的に露出させる半導体層エッチング工程と、前記主面側において局所的に露出した前記ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層、前記反射層、前記接合層、のいずれかの表面にｎ側電極を形成するｎ側電極形成工程と、を具備することを特徴とする。