(57)【要約】  基板の結晶性を向上し、結晶状態の劣化が少なく、光学損失の少ない、高出力化および高効率化に耐え得る半導体発光素子を提供する。  基板の結晶成長面の上に半導体層が積層された半導体発光素子の製造方法であって、前記基板の裏面に結晶品質改善層を形成させる工程を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
2010032829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の結晶成長面の上に半導体層が積層された半導体発光素子の製造方法であって、
（Ｂ）前記基板の裏面に結晶品質改善層を形成させる工程を有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記（Ｂ）工程の前に、
（Ａ）前記結晶成長基板の裏面を加工する工程を有する
請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記（Ｂ）工程の後に、
（Ｃ）前記結晶品質改善層を除去する工程を有する
請求項１または２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記（Ｂ）工程は、窒素原料として少なくともアンモニアを含有するガス種を用いて前記結晶品質改善層を形成することを含む
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記（Ｂ）工程は、酸素原料として少なくともＮ２Ｏを含有するガス種を用いて前記結晶品質改善層を形成することを含む
請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記（Ｂ）工程は、水素原子の濃度が１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下となるように前記結晶品質改善層を形成することを含む
請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記（Ｂ）工程は、プラズマＣＶＤ法によって前記結晶品質改善層を形成することを含む
請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記基板が、窒化物または酸化物である
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記結晶品質改善層は、窒化物、酸化物、酸窒化物のいずれか１以上を含む
請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記窒化物、酸化物、酸窒化物は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、またはＷのいずれか１種またはそれ以上の元素を含む
請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記結晶品質改善層は、終端効果を発現する元素を含む
請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記終端効果を発現する元素が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓのいずれか１種以上である
請求項１１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
基板の結晶成長面の上に半導体層が積層された半導体発光素子であって、
前記基板の裏面に結晶品質改善層を有する
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１４】
前記半導体層が、バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層がこの順番に積層されたものである
請求項１３に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記半導体発光素子が、前記第一導電型半導体層および前記第二導電型半導体層にそれぞれ電流を注入するための第一導電型側電極および第二導電型側電極を有し、前記第一導電型側電極および第二導電型側電極が共に、前記バッファ層に対峙して、かつ同じ側に配置されているフリップチップ型構造を有する
請求項１３または１４に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記半導体発光素子が、前記第一導電型半導体層および前記第二導電型半導体層にそれぞれ電流を注入するための第一導電型側電極および第二導電型側電極を有し、前記第一導電型側電極および第二導電型側電極の一方が前記半導体層上に配置され、他方が前記基板面上に接して配置されている上下導通型構造を有する
請求項１３または１４に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は窒化物半導体である
請求項１３から１６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。 
【請求項１８】
前記窒化物半導体は、Ｉｎ、Ｇａ、ＡｌおよびＢの少なくとも１種の元素を含有する
請求項１７に記載の半導体発光素子。 
【請求項１９】
前記活性層構造内から発せられる光の中心波長λ（ｎｍ）が下記式を満たす
請求項１３から１８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。 
３００（ｎｍ）≦λ≦４３０（ｎｍ） 
【請求項２０】
前記結晶品質改善層における水素原子の濃度が１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である
請求項１３から１９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
前記基板が窒化物または酸化物である
請求項１３から２０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
前記結晶品質改善層は、窒化物、酸化物、酸窒化物のいずれか１以上を含む
請求項１３から２１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。 
【請求項２３】
前記窒化物、酸化物、酸窒化物は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、またはＷのいずれか１種またはそれ以上の元素を含む
請求項２２に記載の半導体発光素子。 
【請求項２４】
前記結晶品質改善層は、終端効果を発現する元素を含む
請求項１３から２１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。 
【請求項２５】
前記終端効果を発現する元素が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓのいずれか１種以上である
請求項２４に記載の半導体発光素子。
【請求項２６】
前記結晶品質改善層が除去された
請求項１３から２５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子に関する。 
さらに詳しくは、本発明は、結晶成長基板の裏面のダメージの軽減された、光取り出し効率に優れた半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子（以下、単に発光素子と称することがある。）の開発が盛んに行なわれている。 
また最近では、青色光を発する発光素子とこれによって励起される黄色蛍光体とを組み合わせた発光源が、白色光を発する照明装置の光源として実用化されている。しかし、この発光源は、発光素子から発せられた青色光と黄色蛍光体から発せられる黄色光との混色によって白色光を得るものであるため、演色性があまり高くない。 【０００３】
そこで、より演色性の高い白色照明を得るため、青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体の３色の蛍光体を発光素子と組み合わせた発光源が検討されている。この発光源では、発光素子として、例えば近紫外光を発する発光素子が用いられる。青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体は、発光素子から発せられた近紫外光によって励起され、近紫外光をそれぞれ青色光、緑色光および赤色光に波長変換する。波長変換によって得られた３色の光が混色されることによって、演色性の高い白色光が得られる。 【０００４】
しかし、一般に、近紫外光を発する発光素子は青色光を発する発光素子よりも発光効率が低い。そのため、近紫外光を発する発光素子には、さらなる高出力化および高効率化が求められている。 
発光素子の高出力化および高効率化に有効な構造として、フリップチップマウント構造（フリップチップ型構造）が知られている。この構造では、基板上に所定の半導体層を堆積し、基板と反対側に電流注入用のｎ側電極およびｐ側電極を形成し、電極が形成されていない基板側または基板側面を主たる光取り出し方向とする。このため、発光素子から出る光が遮られず、また電極を光の反射面として使用可能であるために、光の取り出し効率が向上する。 【０００５】
このようなフリップチップ型構造を有する発光素子において、基板は、結晶成長により半導体層の積層構造を形成した後、裏面から研磨などにより加工され、光取り出し面とすることがある。この研磨などの加工は、通常、研磨、ダイシング、またはブラスト処理などの機械的処理や、ドライエッチング、光電気化学エッチング（Photo-electrochemical etching）などの各種エッチング処理により実施される。しかしながら、このような機械的処理やエッチング処理は、基板裏面に物理的または化学的ダメージを与えうるために、基板の結晶状態が劣化することがある。結晶状態の劣化は、基板の光学損失を増大し、光取り出し効果を減少させるため、全放射束などの特性が低下する。従って、基板の結晶状態の劣化が少ない発光素子が求められる。なお、前記光学損失の増大は、特に中心波長が４３０ｎｍ以下の波長において顕著であるため、中心波長が４３０ｎｍ以下の発光素子においては、結晶状態の劣化を解消する要求は特に大きい。【０００６】
また、発光素子の高出力化、高効率化を進めるために、導電性を有する基板の上に所望の発光素子構造をエピタキシャル成長し、基板に一方の電極を形成し、当該エピタキシャル成長層に対してさらに一方の電極を形成する事で、エピタキシャル成長方向に電流を流す、いわゆる上下導通型の発光素子の構造が提案されている。
このような上下導通型の構造においては、基板の厚みが過度に厚い場合には、発光素子の通過抵抗が増加することとなる。さらには上下導通型の発光素子構造においては、薄膜化プロセスに披瀝した結晶面が電極形成面となるため、この部分の接触抵抗の増加を避ける必要がある。従って、いわゆる上下導通型の発光素子の構成をとった場合においても、フリップチップ型の発光素子と同様に、基板裏面の機械処理やエッチング処理による物理的または化学的ダメージを回復させる必要がある。【０００７】
前述の様に、近年の高出力化および高効率化に耐え得る発光素子を提供する上で、かかる結晶状態の劣化が少ないことは極めて重要である。
一方、従来のサファイア基板上に形成していた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における格子不整合や熱膨張率の問題を解消すべく、単結晶ＧａＮなどの窒化物基板上に発光素子を形成する技術が開発されている。しかしながら、ＧａＮ単結晶基板においては、前記機械処理やエッチング処理を行った場合、サファイア基板と比較して、特に基板表面のダメージが大きいという問題があった。【０００８】
これに対して、例えば特許文献１では、ＧａＮ基板の裏面に、前記機械的研磨処理を施した後に、化学機械研磨処理（ケミカルメカニカルポリッシング又はＣＭＰ）を行う技術が開示されている。
また、特許文献２では、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を構成する分子のイオン性結合を切断するための十分な化学ポテンシャルを有する物質を含むスラリーでＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を研磨する方法が開示されている。【０００９】
また、特許文献３では、ＧａＮ基板のＮ側表面のダメージを除去する技術として、塩基（例えばＫＯＨまたはＮａＯＨ）の水溶液または酸（例えばＨＦ，Ｈ２ＳＯ４またはＨ３ＰＯ４）の水溶液中で、水溶液の沸点未満の温度にてマイルドエッチングする技術が開示されている。
また、特許文献４では、ＧａＮ等の結晶成長基板を裏面から研磨などの処理をする形状加工工程と、ＲＩＥやＩＣＰなどによるドライエッチングなどにより仕上げ処理する加工面仕上工程を有する、青紫光、紫光、紫外光などの発光波長の短い発光ダイオードに有用な製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０９９０５７パンフレット
【特許文献２】日本国特開２００８−９８１９９号公報
【特許文献３】日本国特開２００４−５３０３０６号公報
【特許文献４】日本国特開２００５−３０２８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ＣＭＰによるダメージ除去の方法などの方法は、半導体発光素子を内在するウエハーを専用の治具に貼り付ける等の前準備が必要であって手間がかかる。また、ＣＭＰの実施は数時間を要するため、結果として高コストとなるため、製造工程上は必ずしも好ましくない。
また、ドライエッチングなどにより加工面仕上げを施した場合であっても、基板裏面のダメージを十分に軽減させるには至っていなかった。特に、ＧａＮ基板からの光取り出し効率を十分に確保したいフリップチップ型構造や、導電性基板の接触抵抗の増加を抑制したい上下導通型構造を有する発光素子として、実用に耐える程度に基板裏面を処理する有効な方法は見出せていなかった。 【００１２】
本発明の目的は、研磨等によりダメージを受けた基板裏面の品質改善を図り、光取り出し効率を高め、さらなる高出力化および高効率化に耐え得るようにする発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の要旨は以下の〔１〕〜〔２６〕に存する。
〔１〕基板の結晶成長面の上に半導体層が積層された半導体発光素子の製造方法であって、
（Ｂ）前記基板の裏面に結晶品質改善層を形成させる工程を有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
〔２〕前記（Ｂ）工程の前に、
（Ａ）前記結晶成長基板の裏面を加工する工程を有する
前記〔１〕の半導体発光素子の製造方法。
〔３〕前記（Ｂ）工程の後に、
（Ｃ）前記結晶品質改善層を除去する工程を有する
前記〔１〕または〔２〕の半導体発光素子の製造方法。
〔４〕前記（Ｂ）工程は、窒素原料として少なくともアンモニアを含有するガス種を用いて前記結晶品質改善層を形成することを含む
前記〔１〕〜〔３〕の半導体発光素子の製造方法。 
〔５〕前記（Ｂ）工程は、酸素原料として少なくともＮ２Ｏを含有するガス種を用いて前記結晶品質改善層を形成することを含む
前記〔１〕〜〔４〕の半導体発光素子の製造方法。 
〔６〕前記（Ｂ）工程は、水素原子の濃度が１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下となるように前記結晶品質改善層を形成することを含む
前記〔１〕〜〔５〕の半導体発光素子の製造方法。 
〔７〕前記（Ｂ）工程は、プラズマＣＶＤ法によって前記結晶品質改善層を形成することを含む
前記〔１〕〜〔６〕の半導体発光素子の製造方法。 
〔８〕前記基板が、窒化物または酸化物である
前記〔１〕〜〔７〕の半導体発光素子の製造方法。
〔９〕前記結晶品質改善層は、窒化物、酸化物、酸窒化物のいずれか１以上を含む
前記〔１〕〜〔８〕の半導体発光素子の製造方法。 
〔１０〕前記窒化物、酸化物、酸窒化物は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、またはＷのいずれか１種またはそれ以上の元素を含む
前記〔９〕の半導体発光素子の製造方法。
〔１１〕前記結晶品質改善層は、終端効果を発現する元素を含む
前記〔１〕〜〔８〕の半導体発光素子の製造方法。
〔１２〕前記終端効果を発現する元素が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓのいずれか１種以上である
前記〔１１〕の半導体発光素子の製造方法。
〔１３〕基板の結晶成長面の上に半導体層が積層された半導体発光素子であって、
前記基板の裏面に結晶品質改善層を有する
ことを特徴とする半導体発光素子。
〔１４〕前記半導体層が、バッファ層、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層がこの順番に積層されたものである
前記〔１３〕の半導体発光素子。
〔１５〕前記半導体発光素子が、前記第一導電型半導体層および前記第二導電型半導体層にそれぞれ電流を注入するための第一導電型側電極および第二導電型側電極を有し、前記第一導電型側電極および第二導電型側電極が共に、前記バッファ層に対峙して、かつ同じ側に配置されているフリップチップ型構造を有する
前記〔１３〕または〔１４〕の半導体発光素子。
〔１６〕前記半導体発光素子が、前記第一導電型半導体層および前記第二導電型半導体層にそれぞれ電流を注入するための第一導電型側電極および第二導電型側電極を有し、前記第一導電型側電極および第二導電型側電極の一方が前記半導体層上に配置され、他方が前記基板面上に接して配置されている上下導通型構造を有する
前記〔１３〕または〔１４〕の半導体発光素子。
〔１７〕前記第一導電型半導体層、前記活性層構造および前記第二導電型半導体層は窒化物半導体である
前記〔１３〕〜〔１６〕の半導体発光素子。 
〔１８〕前記窒化物半導体は、Ｉｎ、Ｇａ、ＡｌおよびＢの少なくとも１種の元素を含有する
前記〔１７〕の半導体発光素子。 
〔１９〕前記活性層構造内から発せられる光の中心波長λ（ｎｍ）が下記式を満たす
前記〔１３〕〜〔１８〕に記載の半導体発光素子。 
３００（ｎｍ）≦λ≦４３０（ｎｍ） 
〔２０〕前記結晶品質改善層における水素原子の濃度が１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である
前記〔１３〕〜〔１９〕の半導体発光素子。
〔２１〕前記基板が窒化物または酸化物である
前記〔１３〕〜〔２０〕の半導体発光素子。
〔２２〕前記結晶品質改善層は、窒化物、酸化物、酸窒化物のいずれか１以上を含む
前記〔１３〕〜〔２１〕の半導体発光素子。 
〔２３〕前記窒化物、酸化物、酸窒化物は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、またはＷのいずれか１種またはそれ以上の元素を含む
前記〔２２〕の半導体発光素子。 
〔２４〕前記結晶品質改善層は、終端効果を発現する元素を含む
前記〔１３〕〜〔２１〕の半導体発光素子。 
〔２５〕前記終端効果を発現する元素が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓのいずれか１種以上である
前記〔２４〕の半導体発光素子。
〔２６〕前記結晶品質改善層が除去された
前記〔１３〕〜〔２５〕の半導体発光素子。 
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板裏面に結晶品質改善層を形成することで、基板の結晶性を向上し、結晶状態の劣化が少なく、光学損失の少ない、高出力化および高効率化に耐え得る半導体発光素子を提供することができる。また、導電性基板においては接触抵抗の少ない、高出力化および高効率化に耐え得る半導体発光素子を提供することができる。
よって、本発明の発光素子は、特に、前記フリップチップ型構造や上下導通型構造を有する発光素子において特に有用である。 【００１５】
また、本発明の発光素子の製造方法は、前準備などの手間が少なく短時間で実施できるため、製造コストを低減することができる。
また、特許文献４に記載される様に、基板の加工による物理的または化学的ダメージは、発光波長が４７０ｎｍ未満の比較的短い波長の光（青色光、青紫色光、紫色光、近紫外光、紫外光など）を比較的吸収しやすくする。特に、前述のように、中心波長が４３０ｎｍ以下の紫色光、近紫外光、紫外光においてこの吸収は顕著である。本発明における効果は、特にこのような発光波長や中心波長を有する場合において顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図４】本発明の一実施形態（フリップチップ型構造）による発光素子の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態（上下導通型構造）による発光素子の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態（上下導通型構造）による発光素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内であれば種々に変更して実施することができる。
本明細書において、「積層」または「重なる」の表現は、もの同士が直接接触している状態に加え、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに接触していなくても、一方を他方に投影した際に空間的に重なる状態をも指す場合がある。また、「〜の上（〜の下）」の表現も、もの同士が直接接触して一方が他方の上（下）に配置されている状態に加え、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに接触していなくても、一方が他方の上（下）に配置されている状態にも使用する場合がある。さらに、「〜の後（前、先）」との表現は、ある事象が別の事象の直後（前）に発生する場合にも、ある事象が別の事象との間に第三の事象を挟んだ後（前）発生する場合にも、どちらにも使用する。また、「接する」の表現は、「物と物が直接的に接触している場合」に加えて、本発明の趣旨に適合する限りにおいて、「物と物が直接的には接触していなくても、第三の部材を介して間接的に接している場合」、「物と物が直接的に接触している部分と、第三の部材を介して間接的に接している部分が混在している場合」などを指す場合もある。
【００１８】
さらに、本発明において、「薄膜結晶成長」とは、いわゆる、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）、プラズマアシストＭＢＥ、ＰＬＤ(Pulsed Laser Deposition)、ＰＥＤ(Pulsed Electron Deposition)、ＰＳＤ(Pulsed sputtering Deposition)、ＶＰＥ(Vapor Phase Epitaxy)、ＬＰＥ(Liquid Phase Epitaxy)法等の結晶成長装置内における薄膜層、アモルファス層、微結晶、多結晶、単結晶、あるいはそれらの積層構造の形成に加えて、その後の薄膜層の熱処理、プラズマ処理等によるキャリアの活性化処理等も含めて薄膜結晶成長と記載する。 
【００１９】
［１］半導体発光素子の製造方法
本発明の半導体発光素子の製造方法は、前述の通り、 
（Ｂ）基板の裏面に結晶品質改善層を形成させる工程
を有することを必須要件とする。
従来の機械処理にＣＭＰやＲＩＥなどの処理を加えて表面の凹凸を小さくする方法とは全く異なり、基板の結晶品質を改善する物質を形成することにより、基板の結晶性を向上し、結晶状態の劣化が少なく、光学損失の少ない、または、導電性基板においては接触抵抗の少ない、高出力化および高効率化に耐え得る半導体発光素子を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様は、
（Ａ）基板の裏面を加工する工程、および
（Ｂ）前記基板の裏面に結晶品質改善層を形成させる工程
を有する。
また、本発明の更に好ましい態様は、
（Ａ）基板の裏面を加工する工程、
（Ｂ）前記基板の裏面に結晶品質改善層を形成させる工程、および
（Ｃ）前記結晶品質改善層を除去する工程
を有する。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様として、前記（Ａ）〜（Ｃ）工程の前後または間に、半導体層を積層する工程を設けて良い。また、前記（Ｂ）工程の前に、前記（Ａ）工程で処理された基板の裏面をエッチングする工程を任意に設けることもできる。
以下、本発明の好ましい態様を例に挙げて、工程順に沿って詳述する。 
［１−１］  半導体層を積層する工程
本発明において、半導体層を積層する工程は、前記（Ａ）〜（Ｃ）工程の前後または間に適宜設けることができるが、通常（Ａ）工程の前に設ける。
【００２２】
以下、半導体を積層する工程の１例を、フリップチップ構造を有する半導体発光素子において説明する。図１に示すように、まず基板２１を用意し、その表面にバッファ層２２、第一導電型クラッド層２４、活性層構造２５および第二導電型クラッド層２６を薄膜結晶成長により順次成膜する。これらの薄膜結晶層の形成には、ＭＯＣＶＤ法が望ましく用いられる。しかし、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、ＰＳＤ法、ＶＰＥ法、ＬＰＥ法なども全部の薄膜結晶層、あるいは一部の薄膜結晶層を形成するために用いることが可能である。これらの層構成は、素子の目的等に合わせて適宜変更が可能である。また、薄膜結晶層の形成後には、絶縁膜の形成など、各種の処理を実施してもかまわない。なお、本明細書では、薄膜結晶層の成長後の熱処理等も含めて、「薄膜結晶成長」と記載している。 
【００２３】
薄膜結晶層成長の後、図１に示すように、第二導電型側電極２７を形成することが好ましい。即ち、予定されている第二電流注入領域３５に対する第二導電型側電極２７の形成が、第一導電型側電極２８の形成よりも、早く実施されることが望ましい。これは、望ましい形態として第二導電型がｐ型である場合において、表面に露出しているｐ型クラッド層の表面に対して各種プロセスを経た後にｐ側電極を形成すると、ＧａＮ系材料では比較的活性化率の劣るｐ型クラッド層中の正孔濃度をプロセスダメージによって低下させてしまうからである。このため、薄膜結晶成長の後には第二導電型側電極２７の形成が他のプロセス工程（たとえば後述する第一導電型側電極形成工程など）よりも先に実施されることが望ましい。 
【００２４】
また、第二導電型側電極２７が形成される層が、第二導電型コンタクト層である場合にも同様に、第二導電型半導体層に対してのプロセスダメージを低減することができる。 
第二導電型側電極２７の形成には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、所望の形状とするためには、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適宜使用可能である。 
【００２５】
第二導電型側電極２７を形成した後、図２に示すように、第一導電型クラッド層２４の一部を露出させる。この工程は、第二導電型クラッド層２６、活性層構造２５、さらには第一導電型クラッド層２４の一部をエッチングにより除去することが好ましい。このエッチングは、後述する第一導電型側電極が第一導電型のキャリアを注入する半導体層を露出することが目的であるので、薄膜結晶層に他の層、たとえば、クラッド層が２層からなる場合や、あるいはコンタクト層がある場合には、その層を含んでエッチングしてもかまわない。 
【００２６】
前記エッチングは、ＳｉＮxのような窒化物やＳｉＯx等の酸化物、ＳｉＯxＮy等の酸窒化物をエッチングマスクとして、Ｃｌ2等を用いたプラズマエッチング法による公知のドライエッチングを使用することができる。
次に、図３に示すように、第一導電型側電極２８を形成する。
電極材料としては、第一導電型がｎ型であるとすると、Ｔｉ、Ａｌ、ＡｇおよびＭｏのいずれかから選択される材料、またはすべてを構成元素として含むことが望ましい。電極材料の成膜には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、電極形状とするためには、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適宜使用可能である。 
【００２７】
第一導電型側電極２８は、この例では、第一導電型クラッド層２４に接して形成されるが、第一導電型側コンタクト層が形成されるときはそれに接するように形成することができる。 
以上、半導体を積層する工程を、フリップチップ型構造を有する半導体発光素子の製造方法の一例において説明したが、半導体を積層する工程は、半導体発光素子の構造により適宜異なることはいうまでもない。
【００２８】
［１−２］（Ａ）基板の裏面を加工する工程
次に、基板からの光取り出し効果を得る目的で、または基板を薄くする目的で、前記半導体を積層した面と反対側の基板面（裏面）を、研磨処理、ダイシング、またはブラスト処理などの機械的処理や、ドライエッチング、光電気化学エッチングなどの各種エッチング処理により加工する。
【００２９】
［１−２−１］機械的処理
研磨処理、ダイシング、ブラスト処理などの機械的処理は、公知の方法を用いることができる。
例えば、研磨処理の場合は以下の手順で研磨する。半導体を積層した面に、レジストなどの保護膜を形成し、研磨装置のウエハー貼り付け板にワックスを用いて貼り付ける。次に、直径０．１〜５０μｍ程度のダイヤモンドなどのスラリーを用いて、研磨盤により、基板の裏面を研磨する。この際に、適宜基板を所望の厚み、粗さに加工することができる。その後、研磨装置のウエハー貼り付け板からウエハーを外して洗浄し、貼り付け時のワックスや保護膜を除去し、乾燥させる。
【００３０】
ダイシングの場合は、基板裏面の表層をダイサーにより切り込むことにより、基板裏面に粗面化や各種の形状を形成（texturing）することができる。また、個々の発光素子に分離するための割溝を形成することもできる。この場合、切断に用いるブレードを適宜選定し、基板裏面への食い込み量を適宜設定することができる。
ブラスト処理は、微粒子粉体を基板裏面に高圧で吹き付け、基板裏面の表層を削る方法である。微粒子粉体は、基板裏面が、望ましくない化学的な影響を受けない化合物などが好ましく、通常アルミナ、炭化珪素などを用いることができる。微粒子粉体の粒子径は、通常１０以上１００μｍ程度である。ブラスト圧力は通常０．３〜０．７ＭＰａ程度である。照射時間は通常５〜２０秒程度である。前記微粒子粉体の種類、粒子径、ブラスト圧力、および照射時間は、目標とする基板厚み、または粗面化の程度により適宜設定することができる。
【００３１】
［１−２−２］エッチング処理
エッチング処理は、前記機械的処理の代わりに用いることができるが、前記機械的処理を行った後で実施することもできる。即ち、本発明の半導体発光素子においては、（Ｂ）工程における結晶品質改善層形成前に、予め基板裏面の物理的ダメージをある程度軽減させ、より精密な加工を行うために、前記加工工程の後に、エッチングにより表面の凹凸を小さくする工程を任意に設けることができる。
【００３２】
エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれを用いても良いが、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などを用いたドライエッチングや、光電気化学エッチングが好適である。
ＲＩＥは、より精密な基板裏面の加工を行う上で好ましい。ＲＩＥを行う際には、容量結合性のプラズマ励起方法であるＣＣＰ型の装置、誘導結合性のプラズマ励起方法であるＩＣＰ型の装置のいずれを用いてもよい。プラズマ励起方法は適宜選択可能であるが、ＧａＮやサファイア等の比較的硬質な基板材料を加工する際には、プラズマ密度が高く、反応性に富むプラズマ種を励起可能な、ＩＣＰ型装置によるドライエッチングが好ましい。
【００３３】
ドライエッチングに使用するプラズマ種の元となる原料ガスは、加工したい対象材料によって適宜選択が可能であるが、例えばＧａＮ基板を加工する場合には、Ｃｌを構成元素として含むガス種を用いるか、複数の混合ガスの中にＣｌ２ガスを含む構成とする事が好ましい。Ｃｌを構成元素として含むガス種としてはＣＣｌ４、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４，ＳｉＦ２Ｃｌ２などを挙げることができる。複数の混合ガスの中にＣｌ２ガスを含む構成の例としてはＣｌ２とＡｒの混合ガスなどを挙げることができる。また、これらの構成をさらに複合してもよい。
【００３４】
ウェットエッチングは、さらに精密な基板裏面の加工を行うために好適である。ウェットエッチングは、対象となる基板によって適宜エッチャントを選択する事が可能であるが、例えばＧａＮ等のＮ面を粗面加工する場合には、光電気化学エッチングなどの手法を用いることができる。光電気化学エッチングは、例えばＫＯＨ、ＨＣｌ、ＨＦなどを用いて、紫外線（ＵＶ）などのバンドギャップ以上のエネルギーを有する光を照射しながらエッチングを行う方法である。
【００３５】
［１−２−３］基板準備時における加工
なお、一般に基板は、バルク結晶からワイヤーソーなどで切り出す工程を経て準備される。この切り出し工程において、通常、半導体を積層する面は十分な結晶品質が確保されるように準備される。これに対して、基板裏面は基板作成時の各種加工ダメージが残存したままになっていることが多い。すなわち、基板は、前述の基板からの光取り出し効果を得る目的で、または基板を薄くする目的で加工をしなくとも、その裏面にはダメージが内在していることが多い。したがって、このような基板をそのまま準備する場合も、切り出しなどの加工を行っているため、本発明においては（Ａ）工程が含まれているとする。
ただし、基板を製品として製造する場合、半導体を積層する面だけでなく、基板裏面においても各種加工ダメージを完全に除去する処理を行うことがある。この場合は、本発明が期待する結晶品質改善効果の余地がなく、かかる処理は（Ａ）工程に定義する「加工」には含まれない。
【００３６】
［１−３］（Ｂ）前記基板の裏面に結晶品質改善層を形成させる工程
次に、基板の裏面に結晶品質改善層を形成させる。結晶品質改善層とは、少なくとも以下の（ａ）又は（ｂ）のいずれかの機能を備える層をいう。
（ａ）基板裏面の結晶性の向上機能
（ｂ）加工処理などによるダメージを回復させる機能
また、結晶品質改善層は、更に（ｃ）プロセス途上における保護層としての機能、も果たすことができる。
結晶品質改善層は、少なくとも上記（ａ）または（ｂ）のいずれかの機能を有するものであれば特に限定はないが、その結晶品質改善メカニズムは、例えば以下に示されるものが考えられる。
（ｉ）基板のダメージの原因の一つであるミクロにみた化学量論的組成とのズレを抑制し、その結晶性を改善する。
（ｉｉ）ダメージを受けた基板裏面を構成する元素のダングリングボンド（未結合手）を終端させることで（終端効果）、結晶品質改善効果を発現する。
例えば、このような基板裏面の化学量論的組成の状態や、ダングリングボンドの終端状態は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法；Ｘ−ｒａｙ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により確認することができる。例えば、基板がＧａＮであって、結晶品質改善層として薄膜のＳｉＮｘを当該基板裏面に形成した場合などは、ＳｉＮｘ層を分析に適した薄さにした後にＸＰＳを測定するとＧａとＮの組成比、ＧａやＮの結合状態を確認することができる。
【００３７】
この結晶品質改善層の改善効果のメカニズムに限定はないが、例えば以下の様に、結晶品質改善層の材質を適宜選択することで、本発明の目的を達成することができる。
［１−３−１］窒化物、酸化物、酸窒化物を含む品質改善層
基板は、前記加工処理などにより、基板を構成する元素の中で蒸気圧の高い元素が脱離することがある。例えば、ＧａＮやＡｌＮなどの窒化物基板の裏面に加工処理などを施した場合は、基板裏面から窒素抜けが生じ、これが品質ダメージの原因となることがある。
【００３８】
そこで、結晶品質改善層としては、その形成時において、基板を構成する元素の中で蒸気圧の高い元素をプラズマ化するなどの方法で活性化して、供給する事が好ましいと考えられる。
例えば、結晶品質改善層は、それ自体が窒素を含有する場合には、比較的活性な窒素が基板裏面に供給されるため、さまざまな素子作製工程に起因する窒素抜けが生じた基板裏面に対しての窒素供給源となり、ミクロにみた化学量論的組成とのズレを抑制し、その結晶性を改善すると考えられる。さらには、この結晶性の改善は、基板裏面のみならず、発光素子作製途上で、素子構造の側壁、表面などに意図せず導入される各種のダメージに対して、場所を問わずに期待され、その効果は、基板またはその上に形成された薄膜結晶層のＰＬ（Photo Luminescence）発光強度の改善、基板側から出射される薄膜結晶層のＥＬ（Electro Luminescence）発光強度の改善、キャリア濃度の改善等に顕著に現れる。また、結晶品質改善層は、それそのものがプロセス途上における保護層としての機能も果たすことができる。
【００３９】
例えば基板が窒化物である場合、結晶品質改善層が上記のような役割を果たすためには、結晶品質改善層は、窒素および水素を含有していることが好ましく、結晶品質改善層の形成時に原料として比較的活性な窒素と水素を、共に供給して形成する事が好ましい。
このような観点から、結晶品質改善層の材料は、基板に応じて適宜変更することができ、通常窒化物、酸化物、酸窒化物を含むことが好ましく、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、またはＷのいずれか１種またはそれ以上の元素を含む窒化物、酸化物、酸窒化物を含むことが更に好ましい。このような、窒化物、酸化物、酸窒化物としては、ＡｌＮx、ＡｌＯxＮy、ＳｉＮx、ＳｉＯxＮy、ＴｉＮx、ＴｉＯxＮy、ＣｒＮx、ＣｒＯxＮyなどを挙げることができる。中でもＳｉＮxやＳｉＯxＮyは非常に好ましい。なお、ｘ、ｙは任意の正数を示す。
【００４０】
上記のように、例えば結晶品質改善層が窒化物や酸窒化物を含む場合は、窒素抜けの生じた基板裏面に対して窒素の供給源となり、基板裏面の結晶性を向上させることができると考えられる。しかも、窒素の供給源が層として形成されているので、例えば薄膜結晶層の表面にアンモニア処理を施すことなどによって窒素抜けを補うようにする方法を基板裏面に応用した場合と比較しても、長期間にわたって安定して基板裏面の結晶性を向上させる機能を維持することができると考えられる。
【００４１】
同様に、基板にＡｌ２Ｏ３やＬｉＡｌＯ３などの酸化物を用いた場合は、例えば酸化物を含む結晶品質改善層を形成することにより、酸素の供給源として基板裏面の結晶性を向上させることができると考えられる。
なお、ＧａＮなどの六方晶においては、その結晶面によって、構成元素の中で蒸気圧の高い元素が最表面に露出する割合が異なるが、結晶品質改善層を形成する効果は、構成元素の中で蒸気圧の高い元素が最表面に露出しているほど、大きいと考えられる。例えば、ＧａＮ基板を用いた場合、蒸気圧の高い元素である窒素が最表面に露出している割合が大きい結晶面ほど結晶品質改善効果が大きい。従って、ｃ−面、ｍ面、ｃ＋面の順にその効果が期待されるものと考えられる。
【００４２】
［１−３−２］終端効果を発現する元素を含む品質改善層
また、基板は、前記加工処理などにより、被加工最表面に高密度に存在するダングリングボンド（未結合手）の終端によって、基板の光学損失等が低減しているとも考えられる。このような場合には、結晶品質改善層としては、終端効果が顕著に発現する元素が含まれている事が好ましい。終端効果を発現する元素としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓなどを挙げることができる。中でもＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓが好ましく、Ｓｉは更に好ましい。
【００４３】
結晶品質改善層が、前記元素を単体として含む場合には、終端効果を発現する元素そのものもある程度のダングリングボンドを有していて、加工された基板表面に存在する基板側のダングリングボンドと結合しやすい形態となっていることが好ましい。従って、元素単体である場合には、多結晶であっても、単結晶であってもその効果はある程度発現すると考えられるが、アモルファスであることが最も好ましい。
【００４４】
終端効果を発現する元素を含む品質改善層は、基板の結晶面に関係なくその効果が期待されると考えられる。
［１−３−３］結晶品質改善層の形成方法
結晶品質改善層を形成するためには、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、イオンビームスパッタ法などの各種成膜方法を使用する事が可能である。以下、窒化物または酸窒化物を結晶品質改善層に用いる場合について詳述する。
【００４５】
結晶品質改善層を形成する際の原料は、窒素原料としては、少なくともアンモニアを含有するガス種を用いることが好ましく、酸素原料としては、少なくともＮ２Ｏを含有するガス種を用いることが好ましい。
結晶品質改善層は、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、イオンビームスパッタ法などの各種成膜方法を使用する事が可能である。結晶品質改善層の形成時に比較的活性な原料として供給しうる方法が好ましい。 
【００４６】
本明細書中における活性な原料とは、原料そのものが、ラジカル化、プラズマ化、イオン化、場合によっては原子状化しており、分子状の、化学的に安定な状況でないことを総称して使用している。
たとえば、プラズマＣＶＤ法では、アンモニア（ＮＨ3）を原料ガスとして用い、ＳｉＮxを形成する事が望ましい。ここでは、ＮＨ3はプラズマ化され、比較的活性な窒素と水素を供給しつつ結晶品質改善層が形成される。また、イオンアシスト蒸着法においてもＳｉ原料を蒸着しつつ、イオン銃によってＮＨ3等をプラズマ化してＳｉＮxを作製する事が可能である。イオンビームスパッタ法においては、たとえばＳｉターゲットをＡｒやＮ2でスパッタしつつイオン銃によってＮＨ3等をプラズマ化してＳｉＮxを作製する事が可能である。また、ＲＦスパッタ法においても、たとえばＳｉＮxターゲットをＡｒやＮ2でスパッタしつつイオン銃によってＮ2とＨ2を独立にプラズマ化して供給しつつ、ＳｉＮxを作製する事も可能である。 
【００４７】
これらの、比較的活性な窒素と水素を共に原料として供給しつつ結晶品質改善層を形成する方法の中でも、プラズマＣＶＤ法は最も好ましい。これは他の成膜方法に比較してステップカバレッジも良好であって、かつ、膜中のストレス制御も容易なため、発光素子構造の所望の部分を被覆するのに好都合であるからである。 
なお、窒素を含有し比較的水素が少ない膜は、Ｎ2ガスを導入し、ＳｉターゲットをＡｒ等でスパッタして、Ｎ2あるいはＡｒプラズマ中でＳｉＮx膜を形成する反応性スパッタ法などでも形成することができるが、基板裏面の品質を改善する効果、すなわち、基板裏面の光学損失を抑制するなどの効果はほとんどない。一方、ＮＨ3等を原料として導入してプラズマＣＶＤ法などで作成した膜、Ｈ2とＮ2プラズマを独立に供給して形成した膜では、水素原子の濃度が高くなっている。これは、基板裏面の光学損失を抑制する効果を奏すると考えられる活性な窒素が基板や品質改善層に取り込まれることにより、ＮＨ3由来の活性な水素も同時に取り込まれることに起因する。活性な水素の直接的な効果は必ずしも明らかではないが、各種プロセスによって汚染された基板裏面をクリーニングする効果、基板裏面に存在するダングリングボンドを終端する効果、膜の過度な内部応力を低減する効果などがあると思われる。
【００４８】
本発明者らの実験によれば、比較的活性な窒素と水素のいずれかを原料として供給しない方法、例えば、Ｎ2ガスを導入し、ＳｉターゲットをＡｒガスでスパッタする、反応性スパッタ法などにおいては、さまざまな成膜方法、成膜条件において実験を繰り返し、成膜されたＳｉＮx膜の水素原子の濃度を測定したところ、いずれの膜からも１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3オーダーの水素しか検出されなかった。これは、成膜環境中に残留している水分に由来する水素と考えられる。
【００４９】
一方、比較的活性な窒素と水素を共に原料として供給する、例えば、ＮＨ3等を原料として導入するプラズマＣＶＤ法によって成膜されたＳｉＮx膜においても、また、Ｎ2とＨ2を独立にプラズマ化して供給し成膜したＳｉＮx膜においても、さまざまな成膜条件において実験を繰り返し、ＳｉＮx膜の水素原子の濃度を測定した。この結果、成膜条件を変化させても、水素原子の濃度は常に、１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であって、かつ、１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であった。これは原料のひとつであるＮＨ3、あるいはＨ2とＮ2がプラズマ化され、その中に比較的活性な窒素と水素を共に含んでおり、この比較的活性な水素が成膜中に原料として使用された証として、当該ＳｉＮx膜中に取り込まれたものと考えられる。 
【００５０】
よって、結晶品質改善層における水素原子の濃度は特に限定されないが、好ましくは１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上、１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の範囲、より好ましくは２×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上、７×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の範囲である。最も好ましくは３×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上、５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の範囲である。水素原子と同様、結晶品質改善層における窒素原子の濃度も特に限定されないが、好ましくは３０ａｔｏｍｉｃ％以上、６０ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲、より好ましくは４０ａｔｏｍｉｃ％以上、５０ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲である。 
【００５１】
なお、膜中の水素原子の濃度はＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、窒素原子の濃度は、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定しており、その測定誤差は、ＳＩＭＳの場合、±２０％程度、ＸＰＳの場合、±３０％程度と考えられる。いずれの方法でも、低エネルギーのイオンミリングを併用し、膜の深さ方向に対するプロファイルを測定し、これらの結果から濃度を得ている。
【００５２】
この膜中の水素原子の濃度等に違いによって、結晶品質改善層として使用可能なＳｉＮx膜の特徴はその屈折率にも現れる。先ず、比較的活性な窒素と水素を共に原料として供給し、結晶品質改善層として使用可能なＳｉＮx膜を形成した。具体的には、ＮＨ3を原料として導入するプラズマＣＶＤ法などによって成膜する際に、さまざまな、製造方法、成膜条件において実験を繰り返し、ＳｉＮx膜の屈折率を測定した。この結果、製造条件、成膜条件を変化させても、屈折率は、４０５ｎｍの波長において１．８０以上２．００以下、６３３ｎｍの波長において１．７５以上１．９５以下であった。これは原料のひとつであるＮＨ3がプラズマ化され、その中に比較的活性な窒素と水素を共に含んでおり、この比較的活性な水素が成膜中に原料として使用された証として、当該ＳｉＮx膜中に水素が取り込まれ、活性な水素を含まない場合に比較して低屈折率をもつ膜になっているものと考えられる。 
【００５３】
一方、前記のとおり、比較的活性な窒素と水素のいずれかを原料として供給しない方法、例えば、Ｎ2ガスを導入し、ＳｉターゲットをＡｒガスでスパッタする、反応性スパッタ法などにおいて形成したＳｉＮx膜は結晶品質改善層としては機能しないが、このような膜を、さまざまな成膜方法、成膜条件において実験を繰り返し、成膜されたＳｉＮx膜の屈折率を測定した。この結果、ＳｉＮx膜の屈折率は４０５ｎｍの波長においては、２．００より大きく２．１５以下、６３３ｎｍの波長においては１．９５より大きく２．１０以下であった。 
【００５４】
よって、結晶品質改善層の屈折率は、特に以下の数字に限定はされないが、好ましくは４０５ｎｍの波長における屈折率が１．８０以上２．００以下であって、また６３３ｎｍの波長においては、屈折率が１．７５以上１．９５以下である。
【００５５】
結晶品質改善層の形成温度は特に限定されないが、その下限は、１５０℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましく、２５０℃以上が最も好ましい。また、その上限は４５０℃以下が好ましく、４００℃以下がより好ましく、３５０度以下が最も好ましい。これは、温度が低すぎると必要な反応が誘起されにくくなり、一方で温度が高すぎると期待しない副次的な反応が過剰となるためである。
［１−４］（Ｃ）前記結晶品質改善層を除去する工程
本発明においては、基板裏面に結晶品質改善層を形成させたまま、半導体発光素子を実用に供することができるが、一旦前記結晶品質改善層を形成すると、これを除去した場合でも基板裏面の結晶品質は改善される。したがって、結晶品質改善層を除去する工程をさらに設けることができる。結晶品質改善層が透明でない場合や、基板と結晶品質改善層との間の屈折率差により取り出し効率が悪化する場合は、結晶品質改善層は除去する方が好ましい。
【００５６】
結晶品質改善層の除去は、全部であっても一部であっても良く、結晶品質改善機能以外の機能（絶縁性、保護膜としての機能など）を考慮しつつ、適宜設定されうる。
結晶品質改善層の除去方法は、特に限定はないが、選択された結晶品質改善層の材質によって、ドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング手法が選択可能である。
例えば、ＳｉＮｘの結晶品質改善層においては、フッ酸水溶液または、フッ酸水溶液およびフッ化アンモニウム水溶液の混合溶液を用いたウェットエッチングが好適である。
【００５７】
［１−５］  発光素子分離工程
次に、各発光素子を１つ１つ分離するために、装置間分離溝１３が形成された位置で、基板２１に対してダイヤモンドスクライブによる傷入れ、レーザスクライブによる基板材料の一部のアブレーションなどが実施される。 
傷入れ（スクライブ）が終了した後には、発光素子はブレーキング工程において個々の装置に分割され、好ましくはハンダ材料等によってサブマウントに搭載される。 
【００５８】
［２］半導体発光素子
本発明の半導体発光素子は、基板の結晶成長面の上に半導体層が積層された半導体発光素子であって、前記基板の裏面の一部または全部に結晶品質改善層を有するか、結晶品質改善層が一旦形成された後、一部または全部が除去されたものであることを必須要件とする。即ち、本発明は、基板裏面を加工した後に、当該裏面を結晶品質改善層が形成された経歴をもつ半導体発光素子が該当する。本発明が前記の要件を有することにより、基板の結晶性を向上し、結晶状態の劣化が少なく、光学損失の少ない、または、導電性基板においては接触抵抗の少ない、高出力化および高効率化に耐え得る特性を有することができる。  なお、結晶品質改善層とは、少なくとも以下の（ａ）または（ｂ）のいずれかの機能を備える層をいう。
（ａ）基板裏面の結晶性の向上機能
（ｂ）加工処理などによるダメージを回復させる機能
好ましくは、前記［１−３］に記載の結晶品質改善層の特徴を有するものである。
【００５９】
以下、本発明の半導体発光素子について、好ましい態様を例に挙げて詳述する。なお、本発明の半導体発光素子は、以下の態様に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲における改良型をその範囲に含むものとする。
[２−１]フリップチップ構造を有する半導体発光素子
本発明の一実施形態による半導体発光素子（以下、単に発光素子という）は、図４に示すように、基板２１と、基板２１の片面に積層された化合物半導体薄膜結晶層（以下、単に薄膜結晶層ともいう）とを有する。化合物半導体薄膜結晶層は、バッファ層２２、第一導電型クラッド層２４を含む第一導電型半導体層、活性層構造２５、および第二導電型クラッド層２６を含む第二導電型半導体層が基板２１側からこの順番に積層されて構成されている。本発明においては基板２１の裏面、即ち前記薄膜結晶層と反対側の面の一部または全部に結晶品質改善層３０を有することが特徴である。なお、結晶品質改善層３０は、形成後、一部または全部が除去されていてもよい。なお、全部が除去されている場合であっても、前述の様に、顕著な結晶品質改善効果が奏されているため、従来の半導体発光素子とは異なる別個の発明といえる。
【００６０】
第二導電型クラッド層２６の表面の一部に、電流注入用の第二導電型側電極２７が配置されており、第二導電型クラッド層２６と第二導電型側電極２７の接触している部分が、第二導電型半導体層に電流を注入する第二電流注入領域３５となっている。また、化合物半導体薄膜結晶層の一部が、その厚さ方向において第二導電型クラッド層２４側から第一導電型クラッド層２４の途中まで除去されており、除去された箇所に露出する第一導電型クラッド層２４に接して、電流注入用の第一導電型側電極２８が配置されている。第一導電型クラッド層２４と第一導電型側電極２８の接触している部分が、第一導電型半導体層に電流を注入する第一電流注入領域３６となっている。 
【００６１】
第二導電型側電極２７および第一導電型側電極２８が上記のように配置されることによって、両者はバッファ層２２に対峙して、かつ同じ側に配置され、発光素子１０はフリップチップ型の発光素子１０として構成されている。 
第二導電型側電極２７および第一導電型側電極２８は、サブマウント４０上の金属層４１に、金属ハンダ４２を介してそれぞれ接続されている。 
【００６２】
第一導電型側電極２８および前記第二導電型側電極２７は、互いに空間的に重なりを有していない。これは、図４に示すように、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を基板面に対して投影したときに、影が重ならないことを意味する。 
化合物半導体薄膜結晶層は、少なくとも第二導電型半導体層の第二導電型側電極２７との接触部を除く部分が、絶縁膜によって覆われていてもよい。図４に示す例では、バッファ層２２の一部、第一導電型半導体層の第一電流注入領域３６を除く部分、活性層構造２５、および第二導電型半導体層の第二電流注入領域３５を除く部分が、絶縁膜３１によって覆われている。つまり、バッファ層２２、第一導電型半導体層、活性層構造２５および第二導電型半導体層を有する化合物半導体薄膜結晶層の側壁の少なくとも一部が絶縁膜３１で覆われている。 
【００６３】
絶縁膜３１は、発光素子をフリップチップマウントした際に、マウント用のハンダや導電性ペースト材等が、「第二導電型側電極と第一導電型側電極の間」、「活性層構造などの薄膜結晶層の側壁」等に回りこんで、意図しない短絡が発生しないようにする機能をも有する。
絶縁膜３１は上記のように少なくとも第二導電型半導体層を覆っている部分を有していればよいが、本形態ではさらに、第二導電型側電極２７は第二導電型半導体層との対向面全体が第二導電型半導体層と接しており、かつ、このようにして第二導電型半導体層と接して配置された第二導電型側電極２７の一部をも、絶縁膜３１は覆っている。このような構造は、第二導電型クラッド層２６上に第二導電型側電極２７を形成した後に、絶縁膜３１を形成することによって得ることができる。
【００６４】
さらに本形態では、第一導電型側電極２８は、第一導電型半導体層との対向面の一部のみが第一導電型半導体層と接しており、第一導電型半導体層と第一導電型側電極２８との間に絶縁膜３１の一部が介在している。このような構造は、第一導電型クラッド層２４上に絶縁膜３１を形成した後に、第一導電型側電極を形成することによって得ることができる。 
【００６５】
絶縁膜と各電極とのこのような位置関係により、プロセスダメージの少ない工程により発光素子１０を製造することが可能である。本形態では、以上のように、プロセスダメージ、フリップチップマウントを実施した際の放熱性、絶縁性等が総合的に考慮された絶縁膜３１の配置となっている。 
絶縁膜３１で覆われていないバッファ層２２の部分は、ドーピングされていないアンドープ層であることが好ましい。露出している部分が絶縁性の高い材料であれば、ハンダの回り込みによる短絡等のおそれがなく、信頼性の高い発光素子となる。 
【００６６】
以下に、装置を構成する各部材と構造についてさらに詳細に説明する。 
＜基板＞ 
基板２１は、光学的に発光素子１０の発光波長に対しておおよそ透明であれば好ましいが、材料等は特に限定されない。ここでおおよそ透明とは、発光波長に対する吸収が無いか、あるいは、吸収が存在しても、その基板２１の吸収によって光出力が５０％以上低減しないものである。
【００６７】
基板２１は、発光素子１０がフリップチップ型の場合は、電気的には絶縁性であることが好ましい。これは、発光素子１０をマウントした際に、たとえハンダ材などが基板２１の周辺に付着しても、発光素子１０への電流注入には影響を与えないからである。一方、発光素子１０が後述する上下導通型の場合は、基板２１は導電性を有することが好ましい（図５）。
【００６８】
具体的な材料としては、例えばＩｎＡｌＧａＮ系発光材料またはＩｎＡｌＢＧａＮ系材料をその上に薄膜結晶成長させるためには、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＬｉＧａＯ2、ＬｉＡｌＯ３、ＺｎＯ、ＳｃＡｌＭｇＯ4、ＮｄＧａＯ3、およびＭｇＯから選ばれることが望ましい。本発明において、結晶品質改善効果を期待しやすいものとしては窒化物、酸化物が好ましく、窒化物の中では、ＧａＮやＡｌＮが好ましく、ＧａＮが更に好ましい。ＧａＮは屈折率がサファイア等と比較して圧倒的に大きいため、本発明により基板からの光の取り出し効率向上に影響しやすく、非常に好ましい。 
【００６９】
基板２１は、ＭＯＣＶＤやＭＢＥ等の結晶成長技術を利用して発光素子１０を製造するために、あらかじめ化学エッチングや熱処理等を施しておいてもよい。また、後述するバッファ層２２との関係で、基板２１のバッファ層２２が積層される面に意図的に凹凸加工をしておき、これによって、薄膜結晶層と基板２１との界面で発生する貫通転移を発光素子の活性層近傍に導入しないようにすることも可能である。
【００７０】
基板２１の厚みは、通常１００μｍ以上３０００μｍ以下である。基板の結晶品質改善効果が期待できる本発明においては、基板２１の厚さは、従来とは異なり厚いものでもよい。このような厚みのある基板を用いる場合には、基板を薄膜化した発光素子と比較して、側壁の面積が実効的に増加するため、たとえ全放射束が同じ程度であっても、光取り出し効果を効果的に機能させることができる。すなわち、基板側壁の結晶品質改善効果が期待できれば、側壁からの光取り出し量を増加させることができるため好ましい。このような形態の発光素子においては、基板２１の厚みとしては、１５０μｍ以上が好ましく、２５０μｍ以上がより好ましい。
【００７１】
前述のように、本発明の基板２１は、薄膜結晶成長させる面と反対側の面、すなわち裏面の一部または全部に結晶品質改善層３０を有しているか、結晶品質改善層が一旦形成された後、一部または全部が除去されたものであることが必須である。結晶品質改善層３０は、さらに基板側壁に形成されていても良い。
結晶品質改善層３０については、前記［１−３］に記載の結晶品質改善層の特徴を有するものが好適である。
【００７２】
＜バッファ層＞ 
バッファ層２２は、基板２１上に薄膜結晶成長する上で、転移の抑制、基板結晶の不完全性の緩和、基板結晶と所望の薄膜結晶層との各種の相互不整合の軽減など、主に薄膜結晶成長のための目的のために形成される。 
バッファ層２２は、薄膜結晶成長で成膜され、本発明で望ましい形態であるＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＩｎＡｌＢＧａＮ系材料、ＩｎＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＧａＮ系材料などを異種基板上に薄膜結晶成長する際には、必ずしも基板２１との格子定数のマッチングが確保されないので、バッファ層２２は特に重要である。たとえば、薄膜結晶層を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で成長する際には、６００℃近傍の低温成長ＡｌＮ層をバッファ層２２に用いたり、あるいは５００℃近傍で形成した低温成長ＧａＮ層を用いたりすることも出来る。また、同種基板上に薄膜結晶成長する場合、例えばＧａＮ基板上にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの材料を成長する場合であっても、バッファ層２２は重要である。この場合はバッファ層２２として、８００℃から１０００℃程度の高温で成長したＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＢＧａＮなども使用可能である。これらの層は一般に薄く５〜４０ｎｍ程度である。 
【００７３】
バッファ層２２は必ずしも単一の層である必要はなく、低温で成長したＧａＮバッファ層２２の上に、結晶性をより改善するために、ドーピングをほどこさない１０００℃程度の温度で成長したＧａＮ層を数μｍ程度有するようにしてもかまわない。実際には、このような厚膜バッファ層を有することが普通であって、その厚みは０．５〜７μｍ程度である。バッファ層２２は、Ｓｉ等でドーピングされていてもよいし、バッファ層内にドーピング層とアンドープ層を積層して形成することも可能である。 
【００７４】
また、バッファ層２２の形成に関しては、いわゆるマイクロチャネルエピタキシーの一種である横方向成長技術（ＥＬＯ）も使用可能であり、これによってサファイア等の基板とＩｎＡｌＧａＮ系材料の間で発生する貫通転移の密度を大幅に低減することも可能である。 
【００７５】
＜第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層＞ 
本発明の代表的形態では、図４に示すようにバッファ層２２に接して、第一導電型クラッド層２４が存在する。第一導電型クラッド層２４は、後述する活性層構造２５に対して、後述する第二導電型クラッド層２６と共に機能して、キャリアを効率よく注入し、かつ、活性層構造からのオーバーフローも抑制し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。また、あわせて活性層構造近傍への光の閉じ込めにも寄与し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。第一導電型半導体層は、上記のクラッド機能を有する層に加えて、コンタクト層のように装置の機能向上のため、または製造上の理由により、第一導電型にドープされた層を含むものである。広義には、第一導電型半導体層の全体を第一導電型クラッド層２４と考えてもよく、その場合にはコンタクト層等は、第一導電型クラッド層２４の一部と見ることもできる。 
【００７６】
一般的に第一導電型クラッド層２４は、後述する活性層構造２５の平均的屈折率より小さな屈折率を有する材料で、かつ、後述する活性層構造２５の平均的なバンドギャップよりも大きな材料で構成される事が望ましい。さらに、第一導電型クラッド層２４は、活性層構造２５内の特にバリア層との関係において、いわゆるタイプＩ型のバンドラインナップとなる材料で構成されるのが一般的である。このような指針の元で、第一導電型クラッド層２４の材料としては、所望の発光波長を実現するために準備される基板２１、バッファ層２２、活性層構造２５等に鑑みて、適宜選択することができる。 
【００７７】
例えば、基板２１としてｃ＋面ＧａＮを使用し、バッファ層２２として高温成長したＧａＮを使用する場合には、第一導電型クラッド層２４としてＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料、ＩｎＡｌＢＧａＮ系材料、もしくはその多層構造を用いることができる。
第一導電型クラッド層２４のキャリア濃度としては、下限としては１×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上がより好ましく、１×１０18ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限としては５×１０19ｃｍ-3以下が好ましく、１×１０19ｃｍ-3以下がより好ましく、７×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。また、ここでは、第一導電型がｎ型の場合、ドーパントとしては、Ｓｉが最も望ましい。 
【００７８】
また、本発明においては、第一導電型クラッド層２４の厚みは、適宜選択することができ、通常１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、さらに好ましくは４μｍ以上である。また通常１０μｍ以下、好ましくは８μｍ以下、さらに好ましくは７μｍ以下である。第一導電型クラッド層２４が厚すぎると、薄膜結晶層の結晶品質が低下する。第一導電型クラッド層２４が薄すぎると、十分に活性層構造にキャリアを閉じこめることができない。
【００７９】
第一導電型クラッド層２４の構造は、図４の一例では単一の層からなる第一導電型クラッド層２４を示すが、第一導電型クラッド層２４は、２層以上の層からなるものであってもよい。この場合には、たとえばＧａＮ系材料とＡｌＧａＮ系材料、ＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＩｎＡｌＢＧａＮ系材料を使用することも可能である。また第一導電型クラッド層２４の全体を異種材料の積層構造として超格子構造とすることもできる。さらに、第一導電型クラッド層２４内において、前述のキャリア濃度を変化させることも可能である。 
【００８０】
第一導電型クラッド層２４の第一導電型側電極２８と接触している部分においては、そのキャリア濃度を意図的に高くして、当該電極との接触抵抗を低減することも可能である。 
第一導電型クラッド層２４の一部はエッチングされており、かつ、第一導電型クラッド層２４の露出した側壁、エッチングされた部分などは、後述する第一導電型側電極２７との接触を実現する第一電流注入領域３６を除いて、すべて絶縁膜３１で覆われている構造が望ましい。 
【００８１】
第一導電型クラッド層２４に加えて、第一導電型半導体層として、必要によりさらに異なる層が存在してもよい。例えば、電極との接続部にキャリアの注入を容易にするためのコンタクト層が含まれていてもよい。また、各層を、組成または形成条件等の異なる複数の層に分けて構成してもよい。
【００８２】
＜活性層構造＞ 
第一導電型クラッド層２４の上には、活性層構造２５が形成されている。活性層構造２５とは、前述の第一導電型クラッド層２４と、後述する第二導電型クラッド層２６から注入される、電子と正孔（あるいは正孔と電子）が再結合して発光する層である量子井戸層を含み、かつ、量子井戸層に隣接して配置される、あるいは、量子井戸層とクラッド層間に配置されるバリア層をも含む構造を指す。ここで、発光素子１０の高出力化、高効率化を実現するためには、活性層構造中の量子井戸層の層数をＷ、バリア層の層数をＢとすると、Ｂ＝Ｗ＋１を満たすことが望ましい。すなわち、クラッド層２４、２６と活性層構造２５の全体の層の関係は、「第一導電型クラッド層、活性層構造、第二導電型クラッド層」と形成され、活性層構造２５は、「バリア層、量子井戸層、バリア層」、あるいは、「バリア層、量子井戸層、バリア層、量子井戸層、バリア層」のように形成されることが、高出力化のために望ましい。 
【００８３】
ここで、量子井戸層においては量子サイズ効果を発現させて、発光効率を高めるために、その層厚はド・ブロイ波長と同程度にうすい層である。このため、高出力化を実現するためには、単層の量子井戸層のみではなく、複数の量子井戸層を設けてこれを分離して活性層構造とすることが望ましい。この際に各量子井戸層間の結合を制御しつつ分離する層がバリア層である。また、バリア層は、クラッド層と量子井戸層の分離のためにも存在することが望ましい。たとえば、クラッド層がＡｌＧａＮからなり、量子井戸層がＩｎＧａＮからなる場合には、この間にＧａＮからなるバリア層が存在する形態が望ましい。これは結晶成長の最適温度が異なる場合の変更も容易にできるので、薄膜結晶成長の観点からも望ましい。また、クラッド層が、最もバンドギャップの広いＩｎＡｌＧａＮからなり、量子井戸層が最もバンドギャップの狭いＩｎＡｌＧａＮからなる場合は、バリア層にその中間のバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮを用いることも可能である。さらに、一般にクラッド層と量子井戸層との間のバンドギャップの差は、バリア層と量子井戸層の間のバンドギャップの差よりも大きく、量子井戸層へのキャリアの注入効率を考えても、量子井戸層はクラッド層に直接隣接しないことが望ましい。 
【００８４】
量子井戸層は意図的なドーピングは実施しないほうが望ましい。一方、バリア層には、ドーピングを施して、系全体の抵抗を下げるなどのことを実施するのが望ましい。特に、バリア層にはｎ型のドーパント、特にＳｉをドーピングするのが望ましい。これは、ｐ型のドーパントであるＭｇはデバイス内では拡散しやすく、高出力動作時においては、Ｍｇの拡散を抑制することが重要となる。このために、Ｓｉは有効であって、バリア層にはＳｉがドーピングされていることが望ましい。但し量子井戸層とバリア層との界面においては、ド−ピングを実施しないほうが望ましい。 
【００８５】
＜第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層＞ 
第二導電型クラッド層２６は、前述の活性層構造２５に対して、前述の第一導電型クラッド層２４と共に、キャリアを効率よく注入し、かつ、活性層構造２５からのオーバーフローも抑制し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。また、あわせて活性層構造近傍への光の閉じ込めにも寄与し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。第二導電型半導体層は、上記のクラッド機能を有する層に加えて、コンタクト層のように装置の機能向上のため、または製造上の理由により、第二導電型にドープされた層を含むものである。広義には、第二導電型半導体層の全体を第二導電型クラッド層２６と考えてもよく、その場合にはコンタクト層等は、第二導電型クラッド層２６の一部と見ることもできる。 
【００８６】
一般的に第二導電型クラッド層２６は、前述の活性層構造２５の平均的屈折率より小さな屈折率を有する材料で、かつ、前述の活性層構造２５の平均的なバンドギャップよりも大きな材料で構成される事が望ましい。さらに、第二導電型クラッド層２６は、活性層構造２５内の特にバリア層との関係において、いわゆるタイプＩ型のバンドラインナップとなる材料で構成されるのが一般的である。このような指針の元で、第二導電型クラッド層２６の材料としては、所望の発光波長を実現するために準備される基板２１、バッファ層２２、活性層構造２５等に鑑みて、適宜選択することができる。例えば、基板２１としてｃ＋面サファイアを使用し、バッファ層２２としてＧａＮを使用する場合には、第二導電型クラッド層２６としてＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料、ＡｌＧａＢＩｎＮ系材料等を用いることができる。また、上記材料の積層構造であってもかまわない。また、第一導電型クラッド層２４と第二導電型クラッド層２６は同じ材料で構成することも可能である。 
【００８７】
第二導電型クラッド層のキャリア濃度としては、下限としては１×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、４×１０17ｃｍ-3以上がより好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上がさらに好ましく７×１０17ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限としては７×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下がより好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。また、ここでは、第二導電型がｐ型の場合ドーパントとしては、Ｍｇが最も望ましい。 
【００８８】
第二導電型クラッド層２６の構造は、図４の一例では単一の層で形成された例を示しているが、第二導電型クラッド層２６は、２層以上の層からなるものであってもよい。この場合には、たとえばＧａＮ系材料とＡｌＧａＮ系材料を使用することも可能である。また第二導電型クラッド層２６の全体を異種材料の積層構造からなる超格子構造とすることもできる。さらに、第二導電型クラッド層２６内において、前述のキャリア濃度を変化させることも可能である。
【００８９】
一般に、ＧａＮ系材料においてはｎ型ドーパントがＳｉであって、かつ、ｐ型ドーパントがＭｇである場合には、ｐ型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＡｌＩｎＧａＮの結晶性は、ｎ型ＧａＮ、ｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮにはそれぞれ及ばない。このため、素子作製においては、結晶性の劣るｐ型クラッド層を活性層構造２５の結晶成長後に実施することが望ましく、この観点で、第一導電型がｎ型で、第二導電型がｐ型である場合が望ましい。 
【００９０】
また、結晶性の劣るｐ型クラッド層（これは、望ましい形態をとった場合の第二導電型クラッド層２６に相当する）の厚みは、ある程度薄いほうが望ましい。但し、極端に薄い場合には、キャリアの注入効率が低下してしまうため、最適値が存在する。第二導電型側クラッド層２６の厚みは、適宜選択可能であるが、０．０５μｍから０．３μｍが望ましく、０．１μｍから０．２μｍが最も望ましい。 
【００９１】
第二導電型クラッド層２６の第二導電型側電極２７と接触している部分においては、そのキャリア濃度を意図的に高くして、当該電極との接触抵抗を低減することも可能である。 
第二導電型クラッド層２６の露出した側壁は、後述する第二導電型側電極２７との接触を実現した第二電流注入領域３５を除いて、すべて絶縁膜３１で覆われている構造であることが望ましい。 
【００９２】
さらに、第二導電型クラッド層２６に加えて、第二導電型半導体層として、必要によりさらに異なる層が存在してもよい。例えば、電極と接する部分にキャリアの注入を容易にするためのコンタクト層が含まれていてもよい。また、各層を、組成または形成条件等の異なる複数の層に分けて構成してもよい。 
第二導電型半導体層の表面には、少なくともＭｇおよびＨが含有されていてもよい。 
【００９３】
尚、本発明の要旨に反しない限り、薄膜結晶層として、必要により上述のカテゴリに入らない層を形成してもよい。 
＜第二導電型側電極＞ 
第二導電型側電極２７は、第二導電型の窒化物化合物半導体と良好なオーム性接触を実現し、かつ、フリップチップマウントした際に、ハンダ材などによるサブマウント４０などとの良好な接着を実現するものである。本目的のためには、適宜材料選択が可能であり、第二導電型側電極２７は単一の層であっても、複数の層からなる場合でもかまわない。一般には、電極に要請される複数の目的を達するために、複数の層構成をとるのが普通である。 
【００９４】
また、第二導電型がｐ型で第二導電型側クラッド層２６の第二導電型側電極２７側がＧａＮである場合には、第二導電型側電極２７を構成する材料として、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ａｕのいずれか、またはそれらの２種以上の元素を含む材料が好ましい。この電極は、多層構造であってもよく、少なくとも１層は上記元素を含む材料で形成され、好ましくは各層が上記元素を含み構成成分（種類および／または比率）が異なる材料で構成される。電極構成材料は、好ましくは単体金属または合金である。 
【００９５】
第二導電型側電極２７は、第二導電型のキャリアを注入可能であれば、薄膜結晶層のどの層と接してもよく、例えば第二導電型側コンタクト層が設けられるときは、それに接するように形成される。 
＜第一導電型側電極＞ 
第一導電型側電極２８は、第一導電型の窒化物化合物半導体と良好なオーム性接触を実現し、かつ、フリップチップマウントした際に、ハンダ材等によるサブマウント４０などとの良好な接着を実現するものであって、本目的のためには、適宜材料選択が可能である。第一導電型側電極２８は単一の層であっても、複数の層からなる場合でもかまわない。一般には、電極に要請される複数の目的を達するために、複数の層構成をとるのが普通である。 
【００９６】
第一導電型がｎ型であるとすると、ｎ側電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏのいずれか、またはそれらの２種以上の元素を含む材料が好ましい。この電極は、多層構造であってもよく、少なくとも１層は上記元素を含む材料で形成され、好ましくは各層が上記元素を含み構成成分（種類および／または比率）が異なる材料で構成される。電極構成材料は、好ましくは単体金属または合金である。これらは、これらの金属の仕事関数の絶対値が小さいためである。 
【００９７】
本発明においては、第一導電型側電極２８は第一電流注入領域３６の大きさよりも大きな面積に形成され、かつ、第一導電型側電極２８と第二導電型側電極２７は、空間的に重なりを有さないことが望ましい。これは、発光素子１０をハンダなどでフリップチップマウントした際に、サブマウント４０などとの十分な密着性を確保するに十分な面積を確保しつつ、第二導電型側電極２７と第一導電型側電極２８との間のハンダ材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。 
【００９８】
第一導電型側電極２８は、第一導電型のキャリアを注入可能であれば、薄膜結晶層のどの層と接してもよく、例えば第一導電型側コンタクト層が設けられるときは、それに接するように形成される。 
また、前述の様に、基板の加工による物理的または化学的ダメージは、特に、発光波長が４７０ｎｍ未満の比較的短い波長の光（青色光、青紫色光、紫色光、近紫外光、紫外光など）を比較的吸収しやすくする。特に、前述のように、中心波長が４３０ｎｍ以下の紫色光、近紫外光、紫外光においてこの吸収は顕著である。本発明における効果は、発光素子１０が、特にこのような発光波長を有する場合において顕著である。この意味では、発光素子１０は、活性層構造２５内から発せられる光の中心波長をλ（ｎｍ）としたとき、以下の式１を満たすことが望ましく、この場合に、本発明の基板の光学損失の低減効果がより効果的に発現しうる。 
【００９９】
３００ｎｍ≦λ≦４３０ｎｍ・・・（式１） 
また、例えばＧａＮ基板の場合は、そのバンドギャップに相当する光よりも波長の短い光（中心波長λが３６３ｎｍよりも波長の短い光）を、物理的または化学的ダメージによらずに吸収する本来的な特性がある。一方、中心波長λが３６３ｎｍよりも波長の長い光は、その波長が長くなるほどＧａＮ基板は透明になるので、物理的または化学的ダメージ等の外因的吸収が相対的に大きくなる傾向があり、中心波長λが３９０ｎｍ以上でその傾向が強く表れる。従って、本発明の光学損失の低減効果をさらに効果的に発現しうるのは、光の中心波長λ（ｎｍ）が、以下の式２を満たすことが望ましく、以下の式３を満たすことがさらに望ましい。
【０１００】
３６３ｎｍ≦λ≦４３０ｎｍ・・・（式２） 
３９０ｎｍ≦λ≦４３０ｎｍ・・・（式３） 
＜サブマウント＞ 
サブマウント４０は、金属層を有し、フリップチップマウントをした発光素子１０への電流注入と放熱の機能を併せ持つものである。サブマウント４０の母材は、金属、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＢＮ、ＣｕＷのいずれかであることが望ましい。これら材料は、放熱性に優れ、高出力の発光素子１０に不可避である発熱の問題を効率よく抑制できて望ましい。またＡｌ2Ｏ3、Ｓｉ、ガラス等も安価であってサブマウント４０の母材として利用範囲が広く好ましい。なお、サブマウントの母材を金属から選択する際には、その周りを耐エッチング性のある誘電体等で覆うことが望ましい。 
【０１０１】
発光素子１０は各種ハンダ材、ペースト材によってサブマウント４０上の金属層に接合される。発光素子１０の高出力動作と高効率な発光のために放熱性を十分に確保するためには、特に金属ハンダによって接合されることが望ましい。金属ハンダとしては、Ｉｎ、ＩｎＡｇ、ＰｂＳｎ、ＳｎＡｇ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅおよびＡｕＳｉ等を挙げることができる。これらハンダは安定であって、使用温度環境等に照らして適宜選択可能である。 
【０１０２】
なお、サブマウントの表面は発光素子の発光波長領域の光に対して高反射特性となっていることが好ましい。 
［２−２］上下導通型構造を有する半導体発光素子
本発明のその他の実施形態による発光素子は、図５に示すように、基板２１と、基板２１の一方に積層された化合物半導体薄膜結晶層（以下、単に薄膜結晶層ともいう）とを有する。化合物半導体薄膜結晶層は、バッファ層２２、第一導電型クラッド層２４を含む第一導電型半導体層、活性層構造２５、第二導電型クラッド層２６を含む第二導電型半導体層、およびコンタクト層２３が基板２１側からこの順番に積層されて構成されている。       
【０１０３】
コンタクト層２３の表面の一部に、電流注入用の第二導電型側電極２７が配置されており、コンタクト層２３と第二導電型側電極２７の接触している部分が、第二導電型半導体層に電流を注入する第二電流注入領域３５となっている。
また、基板２１の前記薄膜結晶層と反対側の面、即ち裏面には結晶品質改善層３０が配置され、その上に第一導電型側電極２８が配置されている。結晶品質改善層３０は、導電性を有する場合は、残っていても良いが、ＳｉＯｘやＳｉＮｘなどの絶縁性を有する場合は、形成後、第一導電型側電極２８が配置される前に、その一部または全部が除去されている方が好ましい。なお、全部が除去されている場合であっても前述の様に、顕著な結晶品質改善効果が奏されているため、従来の半導体発光素子とは異なる別個の発明といえる。
【０１０４】
なお、上下導通型構造を有する発光素子１０において、その一部に結晶品質改善層３０を形成する場合、またはその一部を除去する場合においては、図６に示すように、第二導電型側電極２７の直下に相当する領域に当該結晶品質善層３０を配置することが好ましい。これは、以下のメカニズムによる。
図６の発光素子１０は、第二導電型側電極２７の直下に相当する領域に結晶品質改善層３０が配置されており、第二導電型側電極２７の直下に相当する領域以外の部分は、結晶品質改善層３０が形成されていないか、除去されている。
【０１０５】
この場合、第二導電型側電極２７からの正孔と第一導電型側電極２８からの電子が、第二導電型側電極２７の直下に存在する活性層構造３６Ｓには注入されにくいため、当該活性層構造３６Ｓは発光しにくい。この活性層構造３６Ｓからの発光は、第二導電型側電極によって遮蔽されており、光取り出し効果が期待しにくい部分であるため、かかる部分が発光しにくいことは、発光素子１０にとってデメリットになりにくいと考えられる。一方、光取り出し効果が期待される、第二導電型側電極２７の直下に相当する領域以外の領域３７では、第二導電型側電極２７からの正孔と第一導電型側電極２８からの電子が当該領域３７に注入されるため、電流が集中することとなる。よって、図６の構造では、この活性層構造３７からの光を効率的に取り出すことができる。
【０１０６】
第二導電型側電極２７および第一導電型側電極２８が上記のように配置されることによって、両者は基板２１を挟んで、反対側に配置され、発光素子１０は、いわゆる上下導通型の発光素子１０として構成されている。 
上下導通型の発光素子は、上下から第一導電型側電極および第二導電型側電極をそれぞれ取り出すことができ、第一導電型側電極を設けるために積層した半導体層の一部をエッチングなどにより除去する必要がなく、製造工程を簡便化することができる。
【０１０７】
装置を構成する各部材については、前述の［２−１］（フリップチップ型構造）に記載の部材を適宜変更して用いればよいが、 基板裏面に第一導電型側電極を設けるため、基板２１およびバッファ層２２が、通常第一導電型である必要があり、例えば、第一導電型をｎ型とした場合は、基板２１およびバッファ層２２がｎ型ドーパントによりドープされていることが好ましい。
【０１０８】
素子作製においては、結晶性の劣るｐ型クラッド層を活性層構造２５の結晶成長後に実施することが望ましく、この観点で、第一導電型がｎ型で、第二導電型がｐ型である場合が望ましい。
［２−３］その他の半導体発光素子
本発明の結晶品質改善層は、加工された基板裏面に形成する事によってその効果を発現するものであるが、応用例として、例えば、レーザリフトオフ法によって、基板を剥離した後の薄膜結晶層の面に電極を形成する前処理として用いることもできる。
【０１０９】
さらに、前記薄膜結晶層を支持用金属基板上に搭載し、上下導通型デバイスにした際の光取り出し面側の光学損失の低減等に利用する事も可能である。
【実施例】
【０１１０】
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
（実施例１）
半導体を積層する面は十分な結晶品質が確保されるように準備され、基板裏面は基板作成時の加工ダメージが残存したままになっているｃ＋面ＧａＮ基板を用意し、ＭＯＣＶＤ法により、近紫外ＬＥＤ構造を有するエピタキシャル層を形成した。次に、リフトオフ法によりｐ側電極を形成し、アロイ化処理を行ってｐ側電極を完成させた。次に、ドライエッチング法を用いて一部にｎ側電極を形成させるためのｎ−ＧａＮ層を露出させた。次に、リフトオフ法によりパターニングしたｎ側電極を形成した。【０１１１】
次に、エピタキシャル層を形成した面に、保護膜としてレジスト層を形成し、研磨装置のウエハー貼り付け板にワックスを用いて貼り付けた。次に、重量平均粒子径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて、銅製研磨盤により、基板の裏面を研磨した。研磨装置のウエハー貼り付け板からウエハーを外して洗浄し、貼り付け時のワックスや保護膜を除去し、乾燥させた。研磨後の基板厚みは３０３μｍであった。また、発光ピーク波長を測定したところ、４１５．３ｎｍであった。このときの５０ｍＡの電流を注入した際の部分放射束を測定したところ、１．７５ｍＷであった。【０１１２】
次いで、前記ＧａＮ基板のｃ−面（裏面）に、プラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＮxからなる結晶品質改善層を形成（成膜）した。このときの基板加熱温度２００℃とした。ＳｉＮxの成膜条件は、ＳｉＨ4流量５ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１３ｓｃｃｍ、Ｎ2流量２２５ｓｃｃｍとして、圧力４５Ｐａに調節し、ＲＦパワー２５０Ｗとした。成膜時間は１７分３６秒とした。結晶品質改善層形成後の部分放射束を形成前と同様に測定したところ、結晶品質改善層を形成する前に比べて２７．６％の増加が確認された。【０１１３】
次いで、フッ化水素４９重量％含有フッ酸水溶液および４０重量％フッ化アンモニウム水溶液の比が１：５（重量比）の溶液に３０分間浸漬し、結晶品質改善層を除去した。その後、部分放射束を測定したところ、結晶品質改善層を形成する前（裏面研磨後）に比べて２４．８％の増加が確認され、結晶品質改善層を形成した際の改善効果をほとんど維持する結果となった。【０１１４】
（実施例２）
研磨後の基板厚みを４０４μｍとし、エピタキシャル層を形成する条件を変更した以外は、実施例１と同様にして半導体発光素子を作製し、部分放射束を測定したところ、１．７２ｍＷであった。また、発光ピーク波長を測定したところ、３９８．８ｎｍであった。
実施例１と同様の方法にてＳｉＮxからなる結晶品質改善層を形成し、除去した。このときの部分放射束を測定したところ、結晶品質改善層を形成する前に比べて１１．１％の増加が確認された。【０１１５】
（実施例３）
実施例２と同様にして半導体発光装置を作成し、部分放射束を測定したところ、１．７３ｍＷであった。また、発光ピーク波長を測定したところ、４００．８ｎｍであった。次に、以下の条件にてプラズマＣＶＤ法によってＳｉＮxからなる結晶品質改善層を形成した。即ち、基板加熱温度２００℃とし、ＳｉＨ4流量５ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量５０ｓｃｃｍ、Ｎ2流量１００ｓｃｃｍとして、圧力４５Ｐａに調節し、ＲＦパワー２５０Ｗとした。成膜時間は１７分３６秒とした。結晶品質改善層形成後の部分放射束を形成前と同様に測定したところ、ＳｉＮxからなる結晶品質改善層を形成する前に比べて９．８％の増加が確認された。【０１１６】
実施例１と同様にして前記結晶品質改善層を除去した。このときの部分放射束を測定したところ、結晶品質改善層を形成する前に比べて５．７％の増加が確認された。
（実施例４）
半導体を積層する面は十分な結晶品質が確保されるように準備され、基板裏面は基板作成時の加工ダメージが残存したままになっているｃ＋面ＧａＮ基板を用意し、ＭＯＣＶＤ法により、近紫外ＬＥＤ構造を有するエピタキシャル層を形成した。次に、リフトオフ法によりｐ側電極を形成し、アロイ化処理を行ってｐ側電極を完成させた。次に、ドライエッチング法を用いて一部にｎ側電極を形成させるためのｎ−ＧａＮ層を露出させた。次に、リフトオフ法によりパターニングしたｎ側電極を形成した。基板の裏面は、購入したｃ＋面ＧａＮ基板の裏面を研磨等することなく、そのままで発光素子を完成させた。発光ピーク波長を測定したところ、４１５．３ｎｍであった。このときの５０ｍＡの電流を注入した際の部分放射束を測定したところ、１．９２ｍＷであった。【０１１７】
次いで、前記ＧａＮ基板のｃ−面（裏面）に、プラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＮxからなる結晶品質改善層を形成（成膜）した。このときの基板加熱温度３００℃とした。ＳｉＮxの成膜条件は、ＳｉＨ4流量４ｓｃｃｍ、ＮＨ3流量１２ｓｃｃｍ、Ｎ2流量２２０ｓｃｃｍとして、圧力４５Ｐａに調節し、ＲＦパワー２５０Ｗとした。成膜時間は１７分３６秒とした。結晶品質改善層形成後の部分放射束を形成前と同様に測定したところ、結晶品質改善層を形成する前に比べて１０．６％の増加が確認された。【０１１８】
次いで、フッ化水素４９重量％含有フッ酸水溶液および４０重量％フッ化アンモニウム水溶液の比が１：５（重量比）の溶液に５分間浸漬し、結晶品質改善層を除去した。その後、部分放射束を測定したところ、結晶品質改善層を形成する前（裏面研磨後）に比べて９．８％の増加が確認され、結晶品質改善層を形成した際の改善効果をほとんど維持する結果となった。【０１１９】
（比較例１）
実施例２と同様にして半導体発光装置を作成し、部分放射束を測定したところ、１．７２ｍＷであった。また、発光ピーク波長を測定したところ、３９８．８ｎｍであった。次に、以下の条件にてプラズマＣＶＤ装置の中で、ＮＨ３プラズマに曝した。即ち、基板加熱温度２００℃とし、ＮＨ3流量１００ｓｃｃｍにおいて、圧力４５Ｐａ、ＲＦパワー１００Ｗとした。処理時間は５分であった。【０１２０】
このときの部分放射束を測定したところ、ＮＨ３プラズマ処理前に比べて有意な差は確認されなかった。即ち、結晶品質改善層を形成しない、単なるＮＨ３プラズマ処理では、ほとんど改善効果を奏しないことが認められた。
（比較例２）
半導体を積層する面、および基板裏面共に十分な結晶品質が確保されるように準備されたｃ＋面ＧａＮ基板を用い、基板の裏面の研磨処理を行わなかった以外は実施例１と同様にして半導体発光装置を作成し、ＳｉＮx層を形成した。このＳｉＮx層形成前の部分放射束を測定した。また、発光ピーク波長を測定したところ、４１３．５ｎｍであった。【０１２１】
ＳｉＮx層形成後の部分放射束を測定したところ、ＳｉＮx層を形成する前に比べて有意な差は確認されず、ほとんど改善効果を奏しないことが認められた。
このように、比較例２で形成されたＳｉＮx層は、十分な結晶品質が確保されるよう準備された基板裏面上に形成されているので、（ａ）基板裏面の結晶性の向上機能、および（ｂ）加工処理などによるダメージを回復させる機能のいずれの機能ももたない層であり、本発明の結晶品質改善層には該当しない。
以上により、本発明は、実施例１〜４のような、研磨などのダメージを受けた基板について、顕著な効果を奏することが確認された。【０１２２】
本出願は、２００８年９月１９日出願の日本特許出願（特願２００８−２４１０５２）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０    発光素子 
２１    基板 
２２    バッファ層 
２３    コンタクト層
２４    第一導電型クラッド層 
２５    活性層構造 
２６    第二導電型クラッド層 
２７    第二導電型側電極 
２８    第一導電型側電極 
３０    結晶品質改善層
３１    絶縁膜
４０    サブマウント
【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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【国際調査報告】
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