(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇａリッチ面とその反対側のＮリッチ面とを有する窒化物半導体基板の該Ｇａリッチ面上に窒化物半導体からなる発光構造を有する窒化物系ＬＥＤであって、
該基板の該Ｎリッチ面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は、その水平断面積が頂部に近づくにつれて減少しており、
該発光構造で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される、
ことを特徴とする窒化物系ＬＥＤ。
【請求項２】
Ｇａリッチ面とその反対側のＮリッチ面とを有する窒化物半導体基板と、該基板の該Ｇａリッチ面上に積層された多層膜構造の窒化物半導体からなる発光部と、を含む窒化物半導体積層体を有する窒化物系ＬＥＤであって、
該積層体の該Ｎリッチ面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は、その水平断面積が頂部に近づくにつれて減少しており、
該発光構造で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される、
ことを特徴とする窒化物系ＬＥＤ。
【請求項３】
ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を含む複数の窒化物半導体層が、Ｇａリッチ面とその反対側のＮリッチ面とを有する第１の窒化物半導体層の該Ｇａリッチ面上に積層されており、
該第１の窒化物半導体層の該Ｎリッチ面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は、その水平断面積が頂部に近づくにつれて減少しており、
該活性層で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される、
ことを特徴とする窒化物系ＬＥＤ。
【請求項４】
前記粗化領域では、前記複数の突起が、いずれのひとつに対しても他の少なくとも４つが間隔なしで接するように配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系ＬＥＤ。
【請求項５】
前記Ｎリッチ面が｛２０−２１｝面または｛１０−１１｝面である、請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物系ＬＥＤ。
【請求項６】
Ｇａリッチ面とその反対側のＮリッチ面とを有する窒化物半導体基板であって、  窒化物半導体からなる発光構造が該Ｇａリッチ面上に形成された窒化物半導体基板の該Ｎリッチ面に、粗化領域を設ける第１ステップを有し、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は、その水平断面積が頂部に近づくにつれて減少しており、
該第１ステップでは該基板をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【請求項７】
Ｇａリッチ面とその反対側のＮリッチ面とを有する窒化物半導体基板と、該基板の該Ｇａリッチ面上に積層された多層膜構造の窒化物半導体からなる発光部と、を含む窒化物半導体積層体を準備する第１ステップと、
該積層体の該基板側の面に粗化領域を設ける第２ステップと、を有し、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は、その水平断面積が頂部に近づくにつれて減少しており、
該第２ステップでは、該窒化物半導体積層体をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【請求項８】
ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を含む複数の窒化物半導体層が、Ｇａリッチ面とその反対側のＮリッチ面とを有する第１の窒化物半導体層の該Ｇａリッチ面上に積層された多層構造を準備する第１ステップと、
該第１の窒化物半導体層の該Ｎリッチ面に粗化領域を設ける第２ステップと、を有し、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は、その水平断面積が頂部に近づくにつれて減少しており、
該第２ステップでは、該第１の窒化物半導体層をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【請求項９】
前記粗化領域では、前記複数の突起が、いずれのひとつに対しても他の少なくとも４つが間隔なしで接するように配置されている、請求項６〜８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｎリッチ面が｛２０−２１｝面または｛１０−１１｝面である、請求項６〜９のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される窒化物半導体で形成された発光構造を有する窒化物系発光ダイオード素子（以下、窒化物系ＬＥＤともいう）に関する。窒化物半導体は、III族窒化物系半導体あるいは窒化物系III−Ｖ族化合物半導体などと呼ばれることもある。また、窒化物半導体は（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎと表される場合がある。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮのような窒化物半導体を用いた半導体素子が実用化されている。代表的な素子は、窒化物半導体でダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を構成した、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子である。特に、ｃ面サファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長された発光構造を有する窒化物系ＬＥＤは、バックライトや照明のための光源として大量に生産されている。
【０００３】
発光素子に用いられる窒化物半導体の結晶は、六方晶のウルツ鉱型構造を有している。上述の、ｃ面サファイア基板を用いた窒化物系ＬＥＤは、発光構造を構成するｎ型層、活性層およびｐ型層がｃ軸方向に積層された発光構造を有しているために、発光効率を低下させるピエゾ電界が活性層内部に形成されるといわれている。この問題を解決するために提案されているのが、無極性または半極性のＧａＮ基板上に発光構造をホモエピタキシャル成長させることにより得られる、無極性または半極性の窒化物系ＬＥＤである（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４）。
【０００４】
ここで、無極性のＧａＮ基板とは、ｃ面から９０度傾いた面（ｍ面、ａ面など。無極性面と呼ばれる。）を主面とするＧａＮ基板のことである。また、半極性のＧａＮ基板とは、ｃ面からの傾斜が無極性面よりも小さいかまたは大きい面（半極性面と呼ばれる。）を主面とするＧａＮ基板のことである。ただし、主面のｃ面からの傾斜が僅かであるＧａＮ基板は、通常、オフ角が付されたｃ面基板として取り扱われる。窒化物半導体基板に付与されるオフ角は、通常は１０度以内である。
【０００５】
ｃ面ＧａＮ基板のＧａ極性面（ｃ＋面）上に発光構造を有する窒化物系ＬＥＤにおいて、光取出し面として利用する基板の裏面（Ｎ極性面；ｃ−面）を光電気化学（ＰＥＣ）エッチングのようなウェットエッチング加工で粗くして、光取出し効率を改善する試みが行われている。一方、無極性または半極性のＧａＮ基板を用いた窒化物系ＬＥＤにおいては、ウェットエッチング加工により基板の裏面を粗くすることができないという問題が指摘されている（非特許文献５）。そこで、かかる窒化物系ＬＥＤについては、基板の裏面を粗く加工するための手段として、ドライエッチングを用いた方法が検討されている（特許文献１、非特許文献５、非特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０７０８０９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】A. Chakraborty, B. A. Haskell, S. Keller, J. S. Speck, S. P.DenBaars, S. Nakamura and U. K. Mishra: Japanese Journal of Applied Physics 44(2005) L173
【非特許文献２】K. Okamoto, H. Ohta, D. Nakagawa, M. Sonobe, J. Ichiharaand H.Takasu: Japanese Journal of Applied Physics 45 (2006) L1197
【非特許文献３】R. B. Chung, Y-D. Lin, I.Koslow, N. Pfaff, H. Ohta, J. Ha, S. P.DenBaarsand S. Nakamura: Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 070203
【非特許文献４】I. L. Koslow, J. Sonoda, R. B. Chung, C-C. Pan, S. Brinkley, H.Ohta, S. Nakamura and S. P. DenBaars: Japanese Journal of Applied Physics 49(2010) 080203
【非特許文献５】H. Zhong, A. Tyagi, N. Pfaff, M. Saito, K. Fujito, J. S. Speck, S.P. DenBaars and S. Nakamura: Japanese Journal of Applied Physics 48 (2009)030201
【非特許文献６】Y. Zhao, J. Sonoda, C-C. Pan, S. Brinkley, I. Koslow, K. Fujito, H.Ohta, S. P. DenBaars and S. Nakamura: Applied Physics Express 3 (2010) 102101
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明のひとつの側面における目的は、光取出し効率および軸上光度の両方または少なくとも一方が改善された窒化物系ＬＥＤと、その製造方法を提供することにある。
本発明の他の側面における目的は、半極性の窒化物半導体基板または半極性の窒化物半導体層の上に形成された発光構造を有し、光取出し効率および軸上光度の両方または少なくとも一方が改善された窒化物系ＬＥＤと、その製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の側面における目的は、窒化物半導体基板のおもて面上に発光構造を有し、該基板の裏面に粗化領域が設けられた窒化物系ＬＥＤを用いた発光装置の改良を提供することであり、より具体的にいえば、該粗化領域に含まれる粗化面の変形や破壊に起因する発光特性の変動が防止された発光装置を提供することである。
なお、本発明の目的は上記に限定して解釈されるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面によれば、以下に記載する窒化物系ＬＥＤおよび窒化物系ＬＥＤの製造方法が提供される。
（Ａ１）窒化物半導体基板のおもて面上に窒化物半導体からなる発光構造を有する窒化物系ＬＥＤであって、
該基板の裏面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は各々が円錐または円錐台である複数の突起を有しており、
該粗化領域を平面視したときの該複数の突起の各々の外周形状は多角形であり
該発光構造で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される、
ことを特徴とする窒化物系ＬＥＤ。
【００１０】
（Ａ２）窒化物半導体基板と、該基板上に積層された多層膜構造の窒化物半導体からなる発光部と、を含む窒化物半導体積層体を有する窒化物系ＬＥＤであって、
該積層体の該基板側の面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は各々が円錐または円錐台である複数の突起を有しており、
該粗化領域を平面視したときの該複数の突起の各々の外周形状は多角形であり
該発光部で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される、
ことを特徴とする窒化物系ＬＥＤ。
【００１１】
（Ａ３）ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を含む複数の窒化物半導体層が第１の窒化物半導体層の一方の面上に積層されており、
該第１の窒化物半導体層の他方の面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は各々が円錐または円錐台である複数の突起を有しており、
該粗化領域を平面視したときの該複数の突起の各々の外周形状は多角形であり、
該活性層で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される窒化物系ＬＥＤ。
【００１２】
（Ａ４）上記粗化領域を平面視したときの上記複数の突起の各々の外周形状が六角形である、上記（Ａ１）〜（Ａ３）のいずれかの窒化物系ＬＥＤ。
【００１３】
（Ａ５）上記粗化領域を平面視したときの上記複数の突起の各々の外周形状が正六角形である、上記（Ａ４）の窒化物系ＬＥＤ。
【００１４】
（Ａ６）上記複数の突起の各々が三角格子の格子位置に配置されており、かつ、上記複数の突起の各々の高さは該三角格子のピッチの０．４〜１．５倍である、上記（Ａ５）の窒化物系ＬＥＤ。
【００１５】
（Ａ７）上記複数の突起の各々の高さが１〜８μｍである、上記（Ａ１）〜（Ａ６）のいずれかの窒化物系ＬＥＤ。
【００１６】
（Ａ８）窒化物半導体からなる発光構造がおもて面上に形成された窒化物半導体基板の裏面に、粗化領域を設ける第１ステップを有し、
該粗化領域は各々が円錐または円錐台である複数の突起を有しており、かつ、該粗化領域を平面視したときの該複数の突起の各々の外周形状が多角形であり、
該第１ステップでは該基板をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００１７】
（Ａ９）窒化物半導体基板と、該基板上に積層された多層膜構造の窒化物半導体からなる発光部と、を含む窒化物半導体積層体を準備する第１ステップと、
該積層体の該基板側の面に粗化領域を設ける第２ステップと、を有し、
該粗化領域は各々が円錐または円錐台である複数の突起を有しており、かつ、該粗化領域を平面視したときの該複数の突起の各々の外周形状が多角形であり、
該第２ステップでは該積層体をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００１８】
（Ａ１０）ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を含む複数の窒化物半導体層が第１の窒化物半導体層の一方の面上に積層された多層構造を準備する第１ステップと、
該第１の窒化物半導体層の他方の面に粗化領域を設ける第２ステップと、を有し、
該粗化領域は各々が円錐または円錐台である複数の突起を有しており、かつ、該粗化領域を平面視したときの該複数の突起の各々の外周形状が多角形であり、
該第２ステップでは該第１の窒化物半導体層をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００１９】
（Ａ１１）上記粗化領域を平面視したときの上記複数の突起の各々の外周形状が六角形である、上記（Ａ８）〜（Ａ１０）のいずれかの製造方法。
【００２０】
（Ａ１２）上記粗化領域を平面視したときの上記複数の突起の各々の外周形状が正六角形である、上記（Ａ１１）の製造方法。
【００２１】
（Ａ１３）上記複数の突起の各々が三角格子の格子位置に配置されており、かつ、上記複数の突起の各々の高さは該三角格子のピッチの０．４〜１．５倍である、上記（Ａ１２）の製造方法。
【００２２】
（Ａ１４）上記複数の突起の各々の高さが１〜８μｍである、上記（Ａ８）〜（Ａ１３）のいずれかの製造方法。
【００２３】
本発明の第２の側面によれば、以下に記載する窒化物系ＬＥＤおよび窒化物系ＬＥＤの製造方法が提供される。
（Ｂ１）窒化物半導体基板のおもて面上に窒化物半導体からなる発光構造を有する窒化物系ＬＥＤであって、
該基板の裏面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は頂点または頂面を有し、かつ、その水平断面が隣接する他の突起と接する部分を除いて円形であり、かつ、該水平断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少しており、
更に、該複数の突起は、いずれのひとつに対しても他の６つが接触するように配置されており、
該発光構造で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される、
ことを特徴とする窒化物系ＬＥＤ。
【００２４】
（Ｂ２）窒化物半導体基板と、該基板上に積層された多層膜構造の窒化物半導体からなる発光部と、を含む窒化物半導体積層体を有する窒化物系ＬＥＤであって、
該積層体の該基板側の面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は頂点または頂面を有し、かつ、その水平断面が隣接する他の突起と接する部分を除いて円形であり、かつ、該水平断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少しており、
更に、該複数の突起は、いずれのひとつに対しても他の６つが接触するように配置されており、
該発光部で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される、
ことを特徴とする窒化物系ＬＥＤ。
【００２５】
（Ｂ３）ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を含む複数の窒化物半導体層が第１の窒化物半導体層の一方の面上に積層されており、
該第１の窒化物半導体層の他方の面には粗化領域が設けられており、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は頂点または頂面を有し、かつ、その水平断面が隣接する他の突起と接する部分を除いて円形であり、かつ、該水平断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少しており、
更に、該複数の突起は、いずれのひとつに対しても他の６つが接触するように配置されており、
該活性層で生じる光が該粗化領域を通して外部に出射される、
ことを特徴とする窒化物系ＬＥＤ。
【００２６】
（Ｂ４）上記粗化領域を平面視したときの上記複数の突起の各々の外周形状が六角形である、上記（Ｂ１）〜（Ｂ３）のいずれかの窒化物系ＬＥＤ。
【００２７】
（Ｂ５）上記粗化領域を平面視したときの上記複数の突起の各々の外周形状が正六角形である、上記（Ｂ４）の窒化物系ＬＥＤ。
【００２８】
（Ｂ６）上記複数の突起の各々が三角格子の格子位置に配置されており、かつ、上記複数の突起の各々の高さは該三角格子のピッチの０．４〜１．５倍である、上記（Ｂ１）〜（Ｂ５）のいずれかの窒化物系ＬＥＤ。
【００２９】
（Ｂ７）上記複数の突起の各々の高さが１〜８μｍである、上記（Ｂ１）〜（Ｂ６）のいずれかの窒化物系ＬＥＤ。
【００３０】
（Ｂ８）窒化物半導体からなる発光構造がおもて面上に形成された窒化物半導体基板の裏面に、粗化領域を設ける第１ステップを有し、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は頂点または頂面を有し、かつ、その水平断面が隣接する他の突起と接する部分を除いて円形であり、かつ、該水平断面の水平断面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少しており、
更に、該複数の突起は、いずれのひとつに対しても他の６つが接触するように配置されており、
該第１ステップでは該基板をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００３１】
（Ｂ９）窒化物半導体基板と、該基板上に積層された多層膜構造の窒化物半導体からなる発光部と、を含む窒化物半導体積層体を準備する第１ステップと、
該積層体の該基板側の面に粗化領域を設ける第２ステップと、を有し、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は頂点または頂面を有し、かつ、その水平断面が隣接する他の突起と接する部分を除いて円形であり、かつ、該水平断面の水平断面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少しており、
更に、該複数の突起は、いずれのひとつに対しても他の６つが接触するように配置されており、
該第２ステップでは、該窒化物半導体積層体をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００３２】
（Ｂ１０）ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を含む複数の窒化物半導体層が第１の窒化物半導体層の一方の面上に積層された多層構造を準備する第１ステップと、
該第１の窒化物半導体層の他方の面に粗化領域を設ける第２ステップと、を有し、
該粗化領域は複数の突起を有しており、
該複数の突起の各々は頂点または頂面を有し、かつ、その水平断面が隣接する他の突起と接する部分を除いて円形であり、かつ、該水平断面の水平断面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少しており、
更に、該複数の突起は、いずれのひとつに対しても他の６つが接触するように配置されており、
該第２ステップでは、該第１の窒化物半導体層をドライエッチング法で加工することによって該粗化領域を形成する、
窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００３３】
（Ｂ１１）上記粗化領域を平面視したときの上記複数の突起の各々の外周形状が六角形である、上記（Ｂ８）〜（Ｂ１０）のいずれかの製造方法。
【００３４】
（Ｂ１２）上記粗化領域を平面視したときの上記複数の突起の各々の外周形状が正六角形である、上記（Ｂ１１）の製造方法。
【００３５】
（Ｂ１３）上記複数の突起の各々が三角格子の格子位置に配置されており、かつ、上記複数の突起の各々の高さは該三角格子のピッチの０．４〜１．５倍である、上記（Ｂ８）〜（Ｂ１２）のいずれかの製造方法。
【００３６】
（Ｂ１４）上記複数の突起の各々の高さが１〜８μｍである、上記（Ｂ８）〜（Ｂ１３）のいずれかの製造方法。
【００３７】
本発明の第３の側面によれば、以下に記載する窒化物系ＬＥＤおよび窒化物系ＬＥＤの製造方法が提供される。
（Ｃ１）半極性の窒化物半導体基板のＧａリッチ面上に窒化物半導体からなる発光構造を有し、
該基板のＮリッチ面には、頂点または頂面を有するとともにその高さ方向に直交する断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少する突起が、該基板をドライエッチング法により加工することによって形成されている、窒化物系ＬＥＤ。
【００３８】
（Ｃ２）半極性の窒化物半導体基板と、該基板のＧａリッチ面上に積層された多層膜構造の窒化物半導体からなる発光部と、を含む窒化物半導体積層体を有する窒化物系ＬＥＤであって、
該窒化物半導体積層体の該窒化物半導体基板側の面には、頂点または頂面を有するとともにその高さ方向に直交する断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少する突起が、該積層体をドライエッチング法により加工することによって形成されている、窒化物系ＬＥＤ。
【００３９】
（Ｃ３）ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を含む複数の窒化物半導体層が、Ｇａリッチ面とＮリッチ面とを有する第１の窒化物半導体層の該Ｇａリッチ面上に積層されており、
該第１の窒化物半導体層の該Ｎリッチ面には、頂点または頂面を有するとともにその高さ方向に直交する断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少する突起が、該第１の窒化物半導体層をドライエッチング法により加工することによって形成されている、窒化物系ＬＥＤ。
【００４０】
（Ｃ４）上記突起の高さが１〜８μｍである、上記（Ｃ１）〜（Ｃ３）のいずれかの窒化物系ＬＥＤ。
【００４１】
（Ｃ５）複数の上記突起の各々が三角格子の格子位置に配置されており、かつ、上記突起の各々の高さが該三角格子のピッチの０．４〜１．５倍である、上記（Ｃ１）〜（Ｃ４）のいずれかの窒化物系ＬＥＤ。
【００４２】
（Ｃ６）複数の上記突起が、いずれのひとつに対しても他の少なくとも４つが接触するように配置されている、上記（Ｃ１）〜（Ｃ５）のいずれかの窒化物系ＬＥＤ。
【００４３】
（Ｃ７）半極性の窒化物半導体基板のＮリッチ面に、頂点または頂面を有するとともにその高さ方向に直交する断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少する突起を、該基板をドライエッチング法により加工することによって形成するステップを有する、窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００４４】
（Ｃ８）半極性の窒化物半導体基板と、該基板のＧａリッチ面上に積層された多層膜構造の窒化物半導体からなる発光部と、を含む窒化物半導体積層体の該窒化物半導体基板側の面に、頂点または頂面を有するとともにその高さ方向に直交する断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少する突起を、該積層体をドライエッチング法により加工することによって形成するステップを有する、窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００４５】
（Ｃ９）ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を含む複数の窒化物半導体層が、Ｇａリッチ面とＮリッチ面とを有する第１の窒化物半導体層の該Ｇａリッチ面上に積層された積層構造を準備するステップと、
該第１の窒化物半導体層の該Ｎリッチ面に、頂点または頂面を有するとともにその高さ方向に直交する断面の面積が該頂点または頂面に近づくにつれて減少する突起を、該第１の窒化物半導体層をドライエッチング法により加工することによって形成するステップとを有する、窒化物系ＬＥＤの製造方法。
【００４６】
（Ｃ１０）上記突起の高さが１〜８μｍである、上記（Ｃ７）〜（Ｃ９）のいずれかの製造方法。
【００４７】
（Ｃ１１）複数の上記突起を、各々が三角格子の格子位置に配置されるように、かつ、各々の高さが該三角格子のピッチの０．４〜１．５倍となるように形成する、上記（Ｃ７）〜（Ｃ１０）のいずれかの製造方法。
【００４８】
（Ｃ１２）複数の上記突起を、いずれのひとつに対しても他の少なくとも４つが接触するように形成する、上記（Ｃ７）〜（Ｃ１１）のいずれかの製造方法。
【００４９】
本発明の第４の側面によれば、以下に記載する発光装置が提供される。
（Ｄ１）窒化物半導体基板のおもて面上に窒化物半導体からなる発光構造を有する窒化物系ＬＥＤが、支持部材に固定された発光装置であって、
該基板の裏面には粗化領域と平坦領域とが設けられており、
該粗化領域は該発光構造で生じる光を拡散させ、
該平坦領域は接合材料を介して該支持部材と面接触している、
発光装置。
【００５０】
（Ｄ２）上記基板の裏面には複数の上記平坦領域が設けられており、該複数の上記平坦領域の少なくともひとつは上記粗化領域に周囲を囲まれている、上記（Ｄ１）の発光装置。
【００５１】
（Ｄ３）上記支持部材は、上記窒化物系ＬＥＤが固定される部分に反射面を有する、上記（Ｄ１）または（Ｄ２）の発光装置。
【００５２】
（Ｄ４）上記反射面は、白色セラミック、セラミック粉が充填された白色樹脂、銀またはアルミニウムを含む反射材料で形成されている、上記（Ｄ３）の発光装置。
【００５３】
（Ｄ５）導電性を有する窒化物半導体基板のおもて面上に窒化物半導体からなる発光構造を有する窒化物系ＬＥＤが、支持部材に固定された発光装置であって、
該基板の裏面には粗化領域と平坦領域とが設けられ、該平坦領域上には上記発光構造と上記基板を介して電気的に接続された電極パッドが形成され、該粗化領域は該発光構造で生じる光を拡散させ、
該支持部材は表面に電極層を有しており、該電極パッドは導電性の接合材料を介して該電極層と面接触している、
発光装置。
【００５４】
（Ｄ６）上記基板の裏面には複数の上記平坦領域が設けられており、該複数の上記平坦領域の少なくともひとつは上記粗化領域に周囲を囲まれている、上記（Ｄ５）の発光装置。
【００５５】
（Ｄ７）上記窒化物系ＬＥＤと上記支持部材との隙間に、アンダーフィルが充填されている、上記（Ｄ１）〜（Ｄ５）のいずれかの発光装置。
【００５６】
（Ｄ８）上記粗化領域には複数の突起が形成されており、該複数の突起の各々の高さは２μｍ以下である、上記（Ｄ１）〜（Ｄ７）のいずれかの発光装置。
【発明の効果】
【００５７】
本発明のひとつの実施形態によれば、光取出し効率および軸上光度の両方または少なくとも一方が改善された窒化物系ＬＥＤと、その製造方法が提供される。
更に、本発明の他の実施形態によれば、半極性の窒化物半導体基板または半極性の窒化物半導体層の上に形成された発光構造を有し、光取出し効率および軸上光度の両方または少なくとも一方が改善された窒化物系ＬＥＤと、その製造方法が提供される。
更に、本発明の他の実施形態によれば、窒化物半導体基板のおもて面上に発光構造を有し、該基板の裏面に粗化領域が設けられた窒化物系ＬＥＤを用いた発光装置であって、該粗化領域に含まれる粗化面の変形や破壊に起因する発光特性の変動が防止された発光装置が提供される。
その他、本発明によれば、実施形態に応じて、本明細書に記載された効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図３】ＧａＮ基板の裏面において、粗化領域と平坦領域とがなすパターンを示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る発光装置の構造を示す断面図である。
【図５】ＧａＮ基板の裏面において、粗化領域と平坦領域とがなすパターンを示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る発光装置の構造を示す断面図である。
【図８】ＧａＮ基板をＲＩＥ加工により粗化するときに用いることのできるマスクパターンを示す。
【図９】マスクパターンの方向を説明するための図面である。
【図１０】ＲＩＥ加工されたｍ面ＧａＮ基板のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。
【図１１】ＲＩＥ加工されたｍ面ＧａＮ基板のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。
【図１２】ＲＩＥ加工されたｍ面ＧａＮ基板のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。
【図１３】ＲＩＥ加工されたｃ面ＧａＮ基板のｃ−面のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。
【図１４】ＲＩＥ加工されたｃ面ＧａＮ基板のｃ−面のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。
【図１５】ＲＩＥ加工されたｃ面ＧａＮ基板のｃ＋面のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。
【図１６】ＲＩＥ加工された半極性（２０−２１）ＧａＮ基板のＮリッチ面のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は斜視像である。
【図１７】ＲＩＥ加工された半極性（２０−２１）ＧａＮ基板のＧａリッチ面のＳＥＭ像（斜視像）である。
【図１８】ＲＩＥ加工された半極性（１０−１−１）ＧａＮ基板のＧａリッチ面のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は斜視像である。
【図１９】シミュレーションで仮定した粗化面Ａを示す斜視図である。
【図２０】シミュレーションで仮定した粗化面Ｂを示す斜視図である。
【図２１】ＲＩＥ加工されたｍ面ＧａＮ基板のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。
【図２２】ＲＩＥ加工されたｍ面ＧａＮ基板のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。
【図２３】ＲＩＥ加工された半極性（２０−２１）ＧａＮ基板のＮリッチ面のＳＥＭ像（平面視像）である。
【図２４】本発明の実施形態に係る窒化物系ＬＥＤが支持部材上にフリップチップ実装された発光装置の構造を示す断面図である。
【図２５】ＬＥＤの軸上光度を高くすることが、当該ＬＥＤを用いた発光装置の出力改善にとって好ましいことであることを説明するための図面（断面図）である。
【図２６】ＬＥＤの軸上光度を高くすることが、当該ＬＥＤを用いた発光装置の出力改善にとって好ましいことであることを説明するための図面（断面図）である。
【図２７】ＲＩＥ加工された半極性（１０−１−１）ＧａＮ基板のＮリッチ面のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は斜視像である。
【図２８】本発明の実施形態に係る窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図２９】本発明の実施形態に係る窒化物系ＬＥＤの構造を示す断面図である。
【図３０】本発明の実施形態に係る窒化物系ＬＥＤが支持部材上にフリップチップ実装された発光装置の構造を示す断面図である。
【図３１】ＧａＮ基板をＲＩＥ加工により粗化するときに用いることのできるマスクパターンを示す。
【図３２】ＲＩＥ加工された半極性（２０−２１）ＧａＮ基板のＧａリッチ面のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は斜視像である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本明細書においては、オフ角を有さないｃ面基板（ジャスト基板）およびオフ角が付されたｃ面基板を総称して「ｃ面基板」と呼んでいる。ｍ面基板、ｃ面窒化物半導体基板、ｍ面窒化物半導体基板などという場合も同様である。本明細書にいう「Ｇａリッチ面」、「Ｎリッチ面」については、Samantha C. Cruz et al., Journal of Crystal Growth 311 (2009)
3817-3823を参照されたい。
【００６０】
本明細書において、窒化物半導体基板の「おもて面」と「裏面」、ならびに、窒化物半導体基板上に発光構造を有する窒化物系ＬＥＤの「おもて側」と「裏側」は、次のように定めている。すなわち、窒化物系ＬＥＤに含まれる窒化物半導体基板が有する２つの主面のうち、発光構造を構成するエピタキシャル膜が形成されている側の主面を「おもて面」と呼ぶことにし、その反対側の主面を「裏面」と呼ぶことにしている。また、窒化物系ＬＥＤを「おもて側」から見たときには、発光構造を構成するエピタキシャル膜が基板よりも手前となり、窒化物系ＬＥＤを「裏側」から見たときには、該エピタキシャル膜よりも基板が手前となるものとして、窒化物半導体基板上に発光構造を有する窒化物系ＬＥＤの「おもて側」と「裏側」を定めている。
【００６１】
一方、発光構造を形成した後に、該発光構造を含むエピタキシャル膜に支持基板を接合するとともに、該エピタキシャル膜の成長に用いられた単結晶基板の一部または全部を該エピタキシャル膜から切り離す方法で製造される窒化物系ＬＥＤに関しては、特に「おもて側」と「裏側」とを定めないことにする。ただし、その製造過程で用いられる単結晶基板については、その２つの主面のうち、該エピタキシャル膜の成長に用いられる側の主面を「おもて面」と呼び、その反対側の主面を「裏面」と呼ぶことにする。
【００６２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ１００の構造を示す断面図である。
窒化物系ＬＥＤ１００は、ＧａＮ基板１１０のおもて面１１０ａ上に、窒化物半導体からなる多層エピタキシャル膜１２０を有している。多層エピタキシャル膜１２０は、ｎ型層１２１とｐ型層１２３とが活性層１２２を挟むダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を含んでいる。ＧａＮ基板１１０の裏面１１０ｂは、全体がＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって粗面に加工されている。ＧａＮ基板１１０がｃ面基板である場合、窒化物半導体のエピタキシャル成長が可能なのはｃ＋面上であるから、おもて面がｃ＋面、裏面がｃ−面となる。ＧａＮ基板１１０が半極性基板の場合には、Ｇａリッチ面上およびＮリッチ面上のいずれにも窒化物半導体のエピタキシャル成長が可能であるが、後述する理由から、おもて面がＧａリッチ面となるようにＬＥＤを構成する。
【００６３】
ｐ型層１２３の表面には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透光性電極１３０が形成されている。その透光性電極１３０上の一部に、ｐ電極パッド１４０が形成されている。ｐ型層１２３および活性層１２２が一部除去された部位に露出したｎ型層１２１の表面には、ｎ電極パッド１５０が形成されている。ＳｉＯ２からなるパッシベーション膜１６０が窒化物系ＬＥＤ１００のおもて側表面（ただし、電極パッドの表面を除く）を覆っている。ここで、ドーピングによりＧａＮ基板１１０に十分なｎ型導電性が付与されている場合には、ｎ電極パッド１５０をｎ型層１２１の表面に形成する代わりに、ＧａＮ基板の裏面１１０ｂ上の一部に形成することも可能である。
【００６４】
ＲＩＥ加工によって粗化されたＧａＮ基板の裏面１１０ｂには、多数の突起が規則的に配置されている。突起が規則的に配置された凹凸面は、周期的マスクパターンを用いたＲＩＥ加工により形成することができる。発光構造で生じる光が、ＧａＮ基板の粗化された裏面１１０ｂで拡散される結果、ＬＥＤ１００内部での多重反射が抑制され、光取出し効率が改善される。また、粗化されたＧａＮ基板の裏面１１０ｂは、発光構造側から入射する光に対する反射率が低くなることも、光取出し効率の改善に寄与する。
【００６５】
より高い改善効果を得るには、ＧａＮ基板の裏面１１０ｂにおける突起の密度を高くすることが望ましい。従って、最も好ましい規則的配置のひとつは三角格子配置、つまり、突起を三角格子の格子位置に置く配置である。
【００６６】
突起を三角格子配置した粗化面を得るには、例えば、図８に示すマスクパターンを用いてＧａＮ基板の裏面をＲＩＥ加工すればよい。このような、円形のエッチングマスクが三角格子の格子位置に配置されたパターンは、比較的精度の高いものを容易に製造できるという利点がある。ＧａＮ基板１１０がｃ面基板である場合、このマスクパターンを用いて裏面（ｃ−面）をＲＩＥ加工することにより、図１３や図１４に示すような、光取出し効率の改善効果が極めて高い粗化面を形成することができる。これらの図に示す粗化面では、それぞれが円錐形状または円錐台形状を呈する複数の突起が、間隔なしで形成されていることから、図１３（ａ）や図１４（ａ）に示すように、粗化面を平面視すると各突起の外周形状は正六角形となっている。
【００６７】
円錐形状または円錐台形状を呈する突起の各々の高さは、活性層１２２で生じる光のＧａＮ基板１１０の内部における波長と同等以上となるようにする。また、この高さは三角格子のピッチの０．４〜１．５倍となるようにすることが好ましい。ＧａＮ系ＬＥＤが発することのできる光の波長は紫外線から緑光までと範囲が広いが、突起の高さを１μｍ〜８μｍの範囲内に設定すれば、光取出し効率または軸上光度の少なくともいずれかを好ましく改善することができる。
【００６８】
発光装置を構成するには、電極が表面に設けられた支持部材（サブマウントなど）の上に窒化物系ＬＥＤ１００を固定する。好ましくは、図２４に例示するように、窒化物系ＬＥＤのおもて側が支持部材を向くように固定する。このような実装形式は、いわゆるフリップチップ実装と呼ばれるものである。
【００６９】
図２４において、支持部材Ｓ３は、セラミック製の絶縁基板Ｓ３１と、その表面に設けられた一対の上部電極層Ｓ３２ａ、Ｓ３２ｂと、その下面に設けられた一対の下部電極層Ｓ３３ａ、Ｓ３３ｂとを有している。上部電極層Ｓ３２ａと下部電極層Ｓ３３ａとは、絶縁基板に形成されたヴィアに充填された接続金属部Ｓ３４ａによって電気的に接続されている。上部電極層Ｓ３２ｂと下部電極層Ｓ３３ｂとは、絶縁基板に形成されたもうひとつのヴィアに充填された接続金属部Ｓ３４ｂによって電気的に接続されている。
【００７０】
窒化物系ＬＥＤ１００のｐ電極パッド１４０およびｎ側電極パッド１５０は、それぞれ、上部電極層Ｓ３２ａ、Ｓ３２ｂと導電性接合材料Ｃを用いて接合されている。導電性接合材料Ｃとして、ハンダ（例えばＡｕＳｎハンダ）、金属バンプ（例えばＡｕバンプ）、導電ペースト（例えばＡｇペースト）などが使用可能である。
【００７１】
ＧａＮ基板の裏面１１０ｂを図１３あるいは図１４に示す粗化面とすることにより、フリップチップ実装した窒化物系ＬＥＤ１００の軸上光度は著しく高いものとなる。ＬＥＤの軸上光度を高くすることは、当該ＬＥＤを用いた発光装置の出力改善にとって好ましいことである。
【００７２】
このことを図２５を用いて説明する。ＬＥＤを用いた発光装置では、指向性を高めるために、ＬＥＤから側方に放出される光ＬＳを軸上方向に向けて反射させるリフレクタがしばしば使用されるところであるが、軸上光度の高いＬＥＤを用いると、リフレクタの助けを借りずにＬＥＤから直接軸上に放出される光ＬＳが多くなる。従って、光Ｌｓがリフレクタで反射される際に生じる損失に起因する出力低下が小さくなる。ＬＥＤの軸上光度が十分に高い場合には、リフレクタを省略することすら可能となる。
【００７３】
軸上光度の高いＬＥＤは、複数のＬＥＤを一平面上に並べて配置するタイプの発光装置においても有利である。このタイプの発光装置では、図２６に示すように、ひとつのＬＥＤから側方に放出される光ＬＳが、他のＬＥＤによる吸収や散乱を受けるので、それによる出力低下が生じる。それに対して、ＬＥＤから直接軸上に放出される光ＬＡは他のＬＥＤの影響を受け難い。従って、軸上光度の高いＬＥＤを用いることによって、このような他のＬＥＤによる吸収や散乱による出力低下が低減された発光装置を得ることができる。
【００７４】
ところで、同じマスクパターンとＲＩＥ条件を用いて加工した場合であっても、ｃ面ＧａＮ基板のｃ＋面（Ｇａ極性面）とｃ−面（Ｎ極性面）では形状が全く異なる粗化面が形成される。図１４に示す粗化面を形成したときと同じエッチングマスクとＲＩＥ条件を用いて、ＧａＮ基板のｃ＋面を加工して得た粗化面（突起の高さ約６μｍ）のＳＥＭ像を図１５に示す。図１５（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。ｃ−面をＲＩＥ加工したときには、側壁が緩やかな斜面となった円錐形状の突起が形成されたのに対し、ｃ＋面では、細長い柱状の突起が形成されている。後述のシミュレーション結果が示すように、フリップチップ実装したＬＥＤの軸上光度は、基板の裏面に設けられた粗化領域の突起がこのような柱状であるときには、該突起が円錐であるときに比べて低くなる。
【００７５】
本発明者等は、ｃ面基板で観察されたのと類似の現象を、半極性のＧａＮ基板においても見出している。すなわち、Ｎリッチ面をＲＩＥ加工すると、側壁面に緩やかな斜面を含む突起が密に配置された粗化面が得られるのに対し、Ｇａリッチ面をＲＩＥ加工した場合には、細長い柱状の突起が間隔を置いて配置された粗化面が形成される傾向があった。以下に、このことを示すいくつかの具体例を挙げる。
【００７６】
図１６に示すのは、一方の主面が（２０−２１）面、他方の主面が（２０−２−１）面である半極性ＧａＮ基板の、Ｎリッチ面である（２０−２１）面を、図８に示すマスクパターンを用いてＲＩＥ加工することにより得た粗化面のＳＥＭ像である。使用したエッチングガスは塩素である。エッチングマスクはＳｉＯ２で形成しており、突起の高さは約６μｍである。平面視像である図１６（ａ）においては、上下方向がＧａＮのａ軸方向であるから、突起は、ａ軸に直交する方向の幅の方が、ａ軸方向の幅より広くなっている。ここでいう幅とは全幅をいい、以下においても、突起の幅に言及する場合は同様とする。斜視像である図１６（ｂ）が示すように、各突起は緩やかな傾斜面を側壁の一部に有している。
【００７７】
図１６（ａ）から判るように、各突起は周囲の４つの突起、すなわち、図中において右上、右下、左上および左下にそれぞれ位置する他の突起と、間隔なしで接している。また、同図中で左右方向に隣り合う突起同士の間、および、上下方向に隣り合う突起同士の間には、間隔が存在しているものの、これらの間隔は大きなものではない。
【００７８】
一方、図１７に示すのは、同じ半極性ＧａＮ基板のＧａリッチ面である（２０−２−１）面を、同じマスクパターンおよびＲＩＥ条件を用いて加工することにより得た粗化面（突起の高さ約６μｍ）のＳＥＭ像である。この粗化面には、細長い柱状の突起が相互間に大きな間隔を置いて配置されていることが判る。
【００７９】
また、図１８に示すのは、一方の主面が（１０−１−１）面、他方の主面が（１０−１１）面である半極性ＧａＮ基板のＧａリッチ面である（１０−１−１）面を、図８に示すマスクパターンを用いてＲＩＥ加工することにより得た粗化面のＳＥＭ像である。エッチングマスクはＳｉＯ２で形成しており、突起の高さは約６μｍである。平面視像である図１８（ａ）においては上下方向がＧａＮのａ軸方向であるから、突起は、ａ軸方向の幅の方が、ａ軸に直交する方向の幅より広くなっている。該図１８（ａ）および斜視像である図１８（ｂ）がそれぞれ示すように、突起は細長い柱状で、相互間に大きな間隔を置いて配置されている。
【００８０】
一方、図２７に示すのは、同じ半極性ＧａＮ基板のＮリッチ面である（１０−１１）面を、同じマスクパターンおよびＲＩＥ条件を用いて加工することにより得た粗化面（突起の高さ約６μｍ）のＳＥＭ像である。平面視像である図２７（ａ）から判るように、各突起は周囲の４つの突起、すなわち、図中において右上、右下、左上および左下にそれぞれ位置する他の突起と接している。また、同図中で左右方向に隣り合う突起同士の間、および、上下方向に隣り合う突起同士の間には間隔が存在しているものの、これらの間隔は大きなものではない。斜視像である図２７（ｂ）が示すように、各突起は緩やかな傾斜面を側壁の一部に含んでいる。
【００８１】
以上の観察結果と、後述するシミュレーション結果とを総合すると、フリップチップ実装したときの軸上光度の高いＬＥＤを半極性ＧａＮ基板を用いて作製するには、該基板のＧａリッチ面上に発光構造を設け、Ｎリッチ面をＲＩＥ加工して粗化面とすることが好ましいといえる。
【００８２】
無極性基板であるｍ面ＧａＮ基板の場合にはＧａリッチ面とＮリッチ面の区別がないが、ＲＩＥ加工に対する感受性に関しては、極性基板のＮ極性面や半極性基板のＮリッチ面と類似した性質を有していると考えられる。図８に示すマスクパターンを用いてＲＩＥ加工すると、極性基板のＮ極性面や半極性基板のＮリッチ面と同じように、側壁に緩やかな斜面を含む突起が、密に配置された粗化面が形成されるからである。
【００８３】
図８に示すマスクパターンを用いてｍ面ＧａＮ基板をＲＩＥ加工する場合、エッチング時間が短いと、突起は円柱に近い形状となり、突起間の間隔が広い粗化面が形成される。エッチング時間を長くすることによって、突起の形状が対称性の低いものに変化するとともに、突起間の間隔が狭くなる。突起の幅に関しては、ＧａＮ基板のｃ軸方向の幅が、ａ軸方向の幅よりも広くなる。
【００８４】
図８に示すマスクパターンを用いたＲＩＥ加工によりｍ面ＧａＮ基板に形成される突起の形状の一例を、図１０および図１２に示す。図１０の例（突起の高さ１．５μｍ）でも図１２の例（突起の高さ６μｍ）の例でも、突起のそれぞれは形状に回転対称性を有しておらず、側壁面の形状がｃ＋方向側とｃ−方向側とで全く異なっている。図１２の例では、突起のｃ−方向側（図中では右側）の側壁面の傾斜が基部では緩やかであるのに対し、上部では極めて急なものとなっている。
【００８５】
ｍ面基板の表面や半極性基板のＮリッチ面にマスクパターンを形成してＲＩＥ加工すると、側壁に緩やかな斜面を含む凹凸面が形成されるという傾向は、恐らくは、加工される半導体表面の性質によるものであり、エッチングマスクの形状や種類とは無関係である。すなわち、この傾向は、図８のパターンとは異なるマスクパターンを用いた場合や、ランダムエッチングマスク（意図的なパターニングを行わないマスク）を用いた場合であっても変わらないものと考えられる。ランダムエッチングマスクの一例には次のようなものがある：i）ミクロ相分離構造を有するブロックコポリマーを用いたマスク、ii）金属薄膜（例えば、Ａｕ膜、Ｐｔ膜）を加熱したときに表面張力によって生じる凝集現象（いわゆるボールアップ）を利用して被加工面上に形成される金属微粒子マスク、iii）コロイド分散液を塗布することにより被加工面上に分散させた無機または有機微粒子からなる微粒子マスク。
【００８６】
（実施形態１の第１変形例）
図２８は、実施形態１の第１変形例に係る窒化物系ＬＥＤ１０１の断面図である。構成要素のうち、実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ１００と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００８７】
窒化物系ＬＥＤ１０１は、ｎ電極パッド１５０をＧａＮ基板１１０の裏面上に有している。必須構成ではないが、ＧａＮ基板１１０とｎ電極パッド１５０との間には、接触抵抗の低減を図る目的で、Ｈｆ（ハフニウム）がｎ型不純物として添加された窒化物半導体薄膜１７０が設けられている。この薄膜１７０は、好ましくはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）で形成され、Ｈｆ濃度は好ましくは１×１０１９〜２×１０２１ｃｍ−３、より好ましくは１×１０２０ｃｍ−３〜２×１０２１ｃｍ−３とされ、厚さは１ｎｍ〜５μｍとされる。窒化物半導体薄膜１７０が特に有用となるのは、ＧａＮ基板１１０のキャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３以下のときである。
【００８８】
Ｈｆでドープされた窒化物半導体薄膜１７０の形成方法に特に限定はなく、ＭＯＶＰＥ法を用いることができる他、低温成膜に適したＰＬＤ（パルスレーザ蒸着：Pulsed Laser Deposition）法、ＰＳＤ（パルススパッタ堆積；Pulsed Sputtering Deposition）法、ＰＥＤ（パルス電子ビーム蒸着；Pulsed
Electron-beam Deposition）法などのいわゆるＰＸＤ（パルス励起堆積；Pulsed Excitation Deposition）法も好適に使用できる。ＰＸＤ法によれば、薄膜状の窒化物半導体結晶を７００℃以下の温度で成長させることができるので、ＧａＮ基板のおもて面１１０ａ側に発光構造を形成した後に、該発光構造に熱ダメージを殆ど与えることなく、窒化物半導体膜１７０を形成することが可能である。
【００８９】
窒化物系ＬＥＤ１０１では薄膜１７０がｎ電極パッド１５０の直下のみに設けられているが、ＧａＮ基板の裏面１１０ｂの全体を覆うように形成してもよい。Ｈｆでドープされた窒化物半導体薄膜は、高キャリア濃度でありながら、透明性が良好であるからである。この場合には、成膜温度などの調節によって、表面が自然に粗面となるように薄膜１７０を成長させることができる。
【００９０】
ＧａＮ基板１１０のキャリア濃度が低い場合には、その裏面１１０ｂの全体に、Ｈｆでドープされた窒化物半導体薄膜１７０を０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上の厚さに形成し、該薄膜１７０を導電経路として働かせることによって、ｎ電極パッド１５０からＬＥＤ素子に注入される電流を水平方向（ＧａＮ基板１１０の厚さ方向に直交する方向）に十分に拡散させることができる。
【００９１】
窒化物系ＬＥＤ１０１では、フリップチップ実装したときにｎ電極パッド１５０の直下となる領域では活性層１２２に電流が供給されないように、ｐ型層１２３上に設けられる透光性電極１３０は該ｎ電極パッド１５０に対応する部分に貫通孔を有している。また、ｐ電極パッド１４０は透光性電極１３０を覆うパッシベーション膜１６０の上に形成されており、パッシベーション膜１６０に設けられた貫通孔を通して透光性電極１３０と接触している。
【００９２】
（実施形態１の第２変形例）
図２９は、実施形態１の第２変形例に係る窒化物系ＬＥＤ１０２の断面図である。構成要素のうち、実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ１００と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００９３】
窒化物系ＬＥＤ１０２は、多層エピタキシャル膜１２０のｐ型層１２３側に接合された金属製の支持基板１８０を有している。この支持基板１８０は、導電性接合材料（図示せず）によってｐ電極パッド１４０と接着されている。ＧａＮ基板１１０は、多層エピタキシャル膜１２０を成長させるためのベースとして使用された基板である。
【００９４】
窒化物系ＬＥＤ１０２の製造過程では、多層エピタキシャル膜１２０の成長後、ＧａＮ基板１１０の大部分が裏面側からのグラインディング加工とそれに続くラッピング加工によって削り取られる。その後、かかる加工によって厚さが数μｍまで減じられたＧａＮ基板１１０の裏面にマスクパターンが形成され、ＲＩＥ加工による粗化が行われる。このＲＩＥ加工により形成される凹部の深さがＧａＮ基板１１０の厚さを超えると、該凹部の底部にｎ型層１２１が露出する。
【００９５】
ＧａＮ基板１１０はＳｉ、Ｏ（酸素）、Ｈｆ（ハフニウム）などでドープすることによってｎ型導電性とされており、ｎ電極パッド１５０は部分的に残存するＧａＮ基板１１０の裏面に形成されている。
【００９６】
（実施形態１の第３変形例）
図３０は、実施形態１の第３変形例に係る窒化物系ＬＥＤ１０３が支持部材Ｓ３上に固定された発光装置の断面図である。窒化物系ＬＥＤ１０３の構成要素のうち、実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ１００と共通する構成要素については同一の符号を付している。
【００９７】
多層エピタキシャル膜１２０は、そのｐ型層１２３側が導電性接合材料Ｃによって支持部材Ｓ３に結合されている。多層エピタキシャル膜１２０は、サファイア基板上にｎ型層１２１、活性層１２２、ｐ型層１２３を順次成長させることにより形成されたものであるが、そのサファイア基板は窒化物系ＬＥＤ１０３には含まれていない。製造過程においてこのサファイア基板は、多層エピタキシャル層１２０が支持部材Ｓ３に結合された後に、レーザリフトオフ技法によってｎ型層１２１から切り離される。サファイア基板のリフトオフ後、露出したｎ型層１２１の表面にマスクパターンが形成され、ＲＩＥ加工による粗化が行われる。
【００９８】
（その他のマスクパターン）
実施形態１およびその変形例に係る窒化物系ＬＥＤの製造過程において、ＧａＮ基板の裏面あるいはｎ型層の表面をＲＩＥ加工して粗化する際に使用可能なマスクパターンは、図８に示すマスクパターンに限定されるものではない。
【００９９】
一例では、図３１に示すように、エッチングマスクを正方格子の格子位置に配置したマスクパターンを使用することができる。この場合には、突起の頂点または頂面の中心が正方格子の格子位置に配置された凹凸面が形成される。また、図示しないが、エッチングマスクをペンローズ格子の格子位置に配置したマスクパターンを使用することもできる。この場合には、突起の頂点または頂面の中心がペンローズ格子の格子位置に配置された凹凸面が形成される。
【０１００】
（実施形態２）
一般に、窒化物系ＬＥＤを用いて発光装置を構成するに際しては、回路基板、絶縁基板、リードフレーム、セラミック板、金属板または金属スラグのような支持部材の上に、接合材料を用いて、窒化物系ＬＥＤを固定する。前述の実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ１００を用いて発光装置を構成する場合、素子の裏側を支持部材に接合させてもよい。しかし、窒化物系ＬＥＤ１００ではＧａＮ基板の裏面１１０ｂ全体が粗化面であることから、ＧａＮ基板と支持部材とが面接触しないので、接合強度が低くなる傾向がある。また、接合の際に該裏面１１０ｂを支持部材に対して強過ぎる力で押し当てると、粗化面の変形や破壊が生じるために、得られる発光装置の発光特性が変動する可能性がある。そこで、これらの問題を解決するために、実施形態２に係る窒化物系ＬＥＤでは、窒化物半導体基板の裏面の全体を粗面に加工しないで、一部のみを粗面に加工する。
【０１０１】
実施形態２に係る窒化物系ＬＥＤ２００の断面構造を図２に示す。窒化物系ＬＥＤ２００は、ＧａＮ基板２１０のおもて面２１０ａ上に、窒化物半導体からなる多層エピタキシャル膜２２０を有している。ＧａＮ基板の裏面２１０ｂには、粗化領域２１０ｂ−１と平坦領域２１０ｂ−２とが設けられている。粗化領域２１０ｂ−１では、ＧａＮ基板の裏面がエッチング加工により粗化されている。一方、平坦領域２１０ｂ−２では、ＧａＮ基板の裏面はラッピング、ポリッシングのような平坦化処理を受けたままの面である。
【０１０２】
多層エピタキシャル膜２２０は、ｎ型層２２１とｐ型層２２３とが活性層２２２を挟むダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を含んでいる。ｐ型層２２３の表面には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）のような透明導電性酸化物からなる透光性電極２３０が形成されている。その透光性電極２３０上の一部に、ｐ電極パッド２４０が形成されている。ｐ型層２２３および活性層２２２が一部除去された部位に露出したｎ型層２２１の表面には、ｎ電極パッド２５０が形成されている。ＳｉＯ２のような絶縁性酸化物からなるパッシベーション膜２６０が、電極パッドの表面を除いて、ＬＥＤ２００のおもて側表面を覆っている。
【０１０３】
窒化物系ＬＥＤ２００の製造過程では、ＧａＮ基板２１０の裏面全体を平坦化処理する平坦化工程の後、所定の領域のみをエッチング加工を施して粗化する粗化工程が行われる。この粗化工程で粗化された領域が粗化領域２１０ｂ−１となり、粗化されずに残された領域が平坦領域２１０ｂ−２となる。粗化工程で用いるエッチング加工の方法は、使用するＧａＮ基板２１０の種類に応じて適宜選択される。ＧａＮ基板２１０が極性基板（ｃ面基板）の場合には、ドライエッチングとウェットエッチングのいずれの方法も使用できる。ＧａＮ基板２１０が無極性または半極性の場合にはドライエッチング法を用いるべきである。ドライエッチングとウェットエッチングの併用は適宜行うことができる。
【０１０４】
粗化領域２１０ｂ−１の表面は、前述の実施形態１に係るＧａＮ系ＬＥＤ１００におけるＧａＮ基板の裏面１１０ｂと同様の、複数の突起を有する粗化面とすることができる他、複数の窪みを有する粗化面や、不規則な形状を有する粗化面とすることができる。
該粗化面における突起の高さ、あるいは窪みの深さは、活性層２２２で生じる光のＧａＮ基板２１０の内部における波長と同等以上とすれば、この光を拡散させることができる。この高さまたは深さは２μｍ程度もあれば十分な効果が得られ、それよりも高く、あるいは深くしても、光取出し効率の改善効果はそれ程大きくなることはない。
【０１０５】
ＧａＮ基板２１０の裏面２１０ｂに直接粗化領域と平坦領域とを設ける代わりに、ＧａＮ基板２１０の裏面に、Ｈｆを例えば１×１０１９ｃｍ−３以上の高濃度に添加した窒化物半導体層を成長させ、この層の表面に粗化領域と平坦領域を設けてもよい。Ｈｆを高濃度に含む窒化物半導体結晶は欠陥を多く含むので、マスクパターンを使用しないでも、その表面をウェットエッチングまたはドライエッチングすることによって自然な粗化面とすることができる。
【０１０６】
ＧａＮ基板の裏面２１０ｂにおいて粗化領域２１０ｂ−１と平坦領域２１０ｂ−２とがなすパターンを図３に示す。図３において、灰色の部分が粗化領域２１０ｂ−１、白色の部分が平坦領域２１０ｂ−２である。ＧａＮ基板の裏面２１０ｂは長方形をしており、その２つの短辺のそれぞれに沿って帯状の平坦領域２１０ｂ−２が設けられている。
【０１０７】
図４は、支持部材Ｓ１上に固定された窒化物系ＬＥＤ２００を有する発光装置の断面図である。窒化物系ＬＥＤ２００の裏側と支持部材Ｓ１との間には、接合材料（図示せず）が介在されている。接合材料には、ダイアタッチとして通常使用されている、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などをベースとする熱硬化性の接着剤を用いることができる。上記の製造プロセスから理解されるように、粗化領域２１０ｂ−１に形成された突起は、平坦領域２１０ｂ−２の表面よりも外側に突き出していないので、平坦領域２１０ｂ−２と支持部材Ｓ１とは接合材料を介して面接触することになる。ゆえに、窒化物系ＬＥＤ２００と支持部材Ｓ１は強固に接合される。そして、上述のように、２つの帯状の平坦領域２１０ｂ−２の間に粗化領域２１０ｂ−１が挟まれているために、固定後の窒化物系ＬＥＤ２００の姿勢は極めて安定している。また、平坦領域２１０ｂ−２を支持部材Ｓ１に強く押し当てたとしても、粗化領域２１０ｂ−１が変形したり破壊されることがない。
【０１０８】
ＧａＮ基板２１０の裏面において粗化領域２１０ｂ−１と平坦領域２１０ｂ−２とがなすパターンは、図３に示すものに限定されず、任意に設定することができる。該パターンの一例を図５（ａ）〜（ｄ）に示す。図５（ａ）では、ＧａＮ基板の裏面が長方形であり、その２つの長辺のそれぞれに沿って帯状の平坦領域２１０ｂ−２が設けられている。図５（ｂ）では、ＧａＮ基板の裏面が矩形であり、その縁部に沿って環をなす帯状の平坦領域２１０ｂ−２が、粗化領域２１０ｂ−１を取り囲んでいる。図５（ｃ）では、ＧａＮ基板の裏面が矩形であり、その四隅のそれぞれに平坦領域２１０ｂ−２が設けられている。図５（ｄ）では、粗化領域２１０ｂ−１に周囲を囲まれたドット状（この例では矩形ドット状）の平坦領域２１０ｂ−２が、ＧａＮ基板の裏面に複数配置されている。
【０１０９】
窒化物系ＬＥＤ２００の駆動時に多層エピタキシャル膜２２０内で生じる熱を、効果的に支持部材Ｓ１に逃がすためには、ＧａＮ基板の裏面において粗化領域と平坦領域とがなすパターンを、図５（ｄ）に示すパターンとすることが望ましい。つまり、粗化領域に周囲を囲まれたドット状の平坦領域が、複数設けられたパターンである。この場合、ドット状の平坦領域の形状や配置は図５（ｄ）の例に限定されず、様々に設定することができる。例えば、ドット状の平坦領域の形状は、矩形以外の多角形（三角形、六角形など）、円形、楕円形などとし得る。また、複数のドット状の平坦領域が、図５（ｄ）の例では四角格子の格子位置に配置されているが、三角格子または六角格子の格子位置に配置することもできる。
【０１１０】
支持部材Ｓ１は、少なくとも窒化物系ＬＥＤ２００が固定される部分を、反射率の高い材料で構成することが望ましい。特に好ましい高反射率材料として、白色セラミック、白色樹脂、銀、アルミニウムなどが挙げられる。白色セラミックの好適例はアルミナセラミックである。白色樹脂とは、白色顔料が透明なベース樹脂に充填されてなる、白色を呈する樹脂である。白色顔料の好適例はアルミナ粉、チタニア粉などであり、ベース樹脂の好適例はシリコーン樹脂、ポリアミド樹脂などである。最も好適な白色樹脂は、アルミナ粉が充填されたシリコーン樹脂である。銀、アルミニウムは近紫外〜可視の波長域における反射率の高い金属の典型例である。このような金属を鏡面仕上げしたうえ、透明な誘電体薄膜でコーティングして得られる表面は、高い反射率を示す。
【０１１１】
（実施形態３）
上述の実施形態２に係る窒化物系ＬＥＤにおいて、ＧａＮ基板としてケイ素、酸素、ハフニウムなどでドープすることにより十分なｎ型導電性が付与されたＧａＮ基板を使用する場合には、ｎ電極パッドをエピタキシャル膜に含まれるｎ型層の表面に形成する代わりに、ＧａＮ基板の裏面にｎ電極パッドを形成することができる。このように構成した窒化物系ＬＥＤ３００の断面構造を図６に示す。
【０１１２】
窒化物系ＬＥＤ３００は、ＧａＮ基板３１０のおもて面３１０ａ上に、窒化物半導体からなる多層エピタキシャル膜３２０を有している。ＧａＮ基板の裏面３１０ｂには、粗化領域３１０ｂ−１と平坦領域３１０ｂ−２とが設けられている。粗化領域３１０ｂ−１では、ＧａＮ基板の裏面がエッチング加工により粗化されている。一方、平坦領域３１０ｂ−２では、ＧａＮ基板の裏面はラッピング、ポリッシングのような平坦化処理を受けたままの面である。
【０１１３】
多層エピタキシャル膜３２０は、ｎ型層３２１とｐ型層３２３とが活性層３２２を挟むダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を含んでいる。ｐ型層３２３の表面には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）のような透明導電性酸化物からなる透光性電極３３０が形成されている。その透光性電極３３０上の一部に、ｐ電極パッド３４０が形成されている。ＧａＮ基板の裏面の平坦領域３１０ｂ−２上には、ｎ電極パッド３５０が形成されている。ｎ電極パッド３５０とｎ型層３２１は、ＧａＮ基板３１０を介して電気的に接続されている。ＳｉＯ２のような絶縁性酸化物からなるパッシベーション膜３６０が、電極パッドの表面を除いて、ＬＥＤ３００のおもて側表面を覆っている。
【０１１４】
窒化物系ＬＥＤ３００は、ｎ電極パッド３５０をＧａＮ基板の裏面３１０ｂに形成することの他は、前述の実施形態２に係る窒化物系ＬＥＤ２００と同様にして製造することができる。ｎ電極パッド３５０は、ＧａＮ基板３１０と接する部分を、ｎ型ＧａＮとオーミック接触を形成する材料で形成する。かかる材料として、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）のような金属が例示される。接触抵抗の低減を図るために、ｎ電極パッド３５０とＧａＮ基板３１０との間に透明導電性酸化物膜を介在させることができる。具体例として、ＩＴＯやＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）のような酸化インジウムベースの導電性酸化物膜、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）やＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）のような酸化亜鉛ベースの導電性酸化物膜、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）のような酸化錫ベースの導電性酸化物膜が挙げられる。かかる導電性酸化物膜が特に有用となるのは、ＧａＮ基板のキャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３以下のときである。この導電性酸化物膜を、１×１０１９〜２×１０２１ｃｍ−３という高濃度にＨｆを添加した窒化物半導体膜に置き換えることもできる。
【０１１５】
ｎ電極パッド３５０の最表面層をＡｕ層とすると、その表面にＡｕＳｎハンダ、Ａｕワイヤ、Ａｕバンプのような接続材料を接合させることが容易となり好ましい。更に、このＡｕ層と、ＧａＮ基板３１０に接する層との間には、Ａｕよりも高融点の金属を含むバリア層を介在させることが好ましい。バリア層に好ましく使用し得る金属として、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）などが例示される。
【０１１６】
窒化物系ＬＥＤ３００においても、ＧａＮ基板の裏面で粗化領域３１０ｂ−１と平坦領域３１０ｂ−２とがなすパターンは、実施形態２の場合と同様に、様々に設定することができる。好適例では、粗化領域に周囲を囲まれたドット状の平坦領域が、ＧａＮ基板の裏面に複数配置され、その平坦領域のそれぞれにｎ電極パッドが形成される。特に好ましくは、ドット状の平坦領域は三角格子の格子位置に配置される。このような構成によれば、ｎ電極パッドからＧａＮ基板およびｎ型層を通して活性層に注入される電流の密度を、活性層の面内で均一化させることができる。
【０１１７】
平坦領域３１０ｂ−２の表面は、好ましくは、ポリッシング仕上げされる。それによって、該平坦領域３１０ｂ−２に接するｎ電極パッド３５０の底面が平滑となり、反射率が改善されるので、活性層３２２で生じる光を該ｎ電極パッドの底面が吸収することによる損失を低減できる。ｎ電極パッド３５０の反射率を改善するには、ｎ電極パッドの底面を含む部分を反射率の高い材料で形成することも有効である。好ましい高反射率材料として、Ａｌ、Ａｌ合金、透明導電性酸化物などが例示される。
【０１１８】
図７は、支持部材Ｓ２上に固定された窒化物系ＬＥＤ３００を有する発光装置の断面図である。支持部材Ｓ２は、セラミック製の絶縁基板Ｓ２１と、上部電極層Ｓ２２と、下部電極層Ｓ２３と、絶縁基板Ｓ２１に形成されたヴィアに充填された接続金属部Ｓ２４とを有しており、上部電極層Ｓ２２と下部電極層Ｓ２３は接続金属部Ｓ２４によって電気的に接続されている。窒化物ＬＥＤ３００のｎ電極パッド３５０と支持部材の上部電極層Ｓ２２との間は、導電性の接合材料（図示せず）により接合されている。接合材料には、ハンダ（例えばＡｕＳｎハンダ）、金属バンプ（例えばＡｕバンプ）、導電ペースト（例えばＡｇペースト）、異方導電フィルムなどが使用できる。ｎ電極パッド３５０および接合材料（図示せず）を介して、ＧａＮ基板の裏面の平坦領域３１０ｂ−２と支持部材Ｓ２の表面（上部電極層Ｓ２２の表面）との間に面的な接触が形成されることから、窒化物系ＬＥＤ３００と支持部材Ｓ２の間の接合は強固である。窒化物系ＬＥＤ３００と支持部材Ｓ２との間に形成される空間には、透明樹脂または白色樹脂からなるアンダーフィルを充填してもよい。
【０１１９】
（実験例１）
上述の実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ１００と同様の基本構造を有する窒化物系ＬＥＤを、以下に詳述する(i)エピタキシャル成長、(ii)電極形成および(iii)ＧａＮ基板の裏面加工の、３つの工程を順次行なうことによりウェハ上に作製し、その発光出力を評価した。
【０１２０】
(i)エピタキシャル成長
エピタキシャル成長用に鏡面仕上げされた表面を有する、厚さ３３０μｍのｍ面ＧａＮ基板（無極性基板）を準備した。このｍ面ＧａＮ基板の上記鏡面仕上げされた表面上に、通常のＭＯＶＰＥ装置を用いて、窒化物半導体からなるダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を含む多層エピタキシャル膜を成長させて、エピウェハを作製した。
【０１２１】
具体的には、ｍ面ＧａＮ基板側から順に、厚さ２０ｎｍのアンドープＧａＮ層、厚さ１０００ｎｍのＳｉドープＧａＮコンタクト層、厚さ１００ｎｍのアンドープＧａＮ層、厚さ２０ｎｍのＳｉドープＧａＮ層、ＭＱＷ構造の活性層、厚さ１３０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層、厚さ６０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎコンタクト層を順次成長させた。ＭＱＷ構造の活性層は、７層のＧａＮ障壁層と６層のＩｎＧａＮ井戸層とを、最下層および最上層がＧａＮ障壁層となるように交互に積層することにより形成した。ＧａＮ障壁層の厚さは１５ｎｍ、ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは１０ｎｍとした。ＩｎＧａＮ井戸層を成長させるときには、最終的に得られるＬＥＤの発光ピーク波長が約４００ｎｍとなるよう、III族原料であるＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＴＭＩ（トリメチルインジウム）の供給量を制御した。
【０１２２】
Ｍｇドープ層に添加したＭｇの活性化は、多層エピタキシャル膜の最上層であるＭｇドープＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎコンタクト層の成長完了後、エピウェハの温度を室温まで降下させる間に、ＭＯＶＰＥ成長炉内に供給する窒素ガスおよびアンモニアガスの流量を制御する方法を用いて行った。
【０１２３】
(ii)電極形成
電極形成工程では、まず、上記エピタキシャル成長工程で得たエピウェハのｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎコンタクト層上に、ＩＴＯ膜からなる透光性電極を形成した。このＩＴＯ膜は電子ビーム蒸着法を用いて形成し、フォトリソグラフィ技法を用いて所定の形状にパターニングした。
【０１２４】
次に、ＲＩＥ法を用いて、後の工程でｎ電極パッドを形成する部分に、ＳｉドープＧａＮコンタクト層を露出させた。同時に、この工程では素子分離（device isolation）のために、ウェハ上で隣接するＬＥＤ間の境界上の部位にもＳｉドープＧａＮコンタクト層を露出させた。これによって、活性層およびｐ型層がウェハ上でＬＥＤ毎に切り離された。各ＬＥＤのサイズは約３５０μｍ角とした。
【０１２５】
上記ＲＩＥ工程の後、リフトオフ法を用いて、透光性電極上にｐ電極パッドを形成すると同時に、ＳｉドープＧａＮコンタクト層の露出面上にｎ電極パッドを形成した。これら２つの電極パッドを構成するメタル膜は、スパッタリング法を用いてＴｉＷ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕをこの順に堆積することにより形成した。電極パッド形成後、リフトオフ法を用いて、電極パッドの表面を除くＬＥＤのおもて側表面をＳｉＯ２膜で被覆した。このようにして、ウェハ上に行列配置された複数の窒化物系ＬＥＤを形成した。
【０１２６】
(iii)ＧａＮ基板の裏面加工
上記電極形成工程を経たウェハに対し、ｍ面ＧａＮ基板の裏面を粗化する加工を施した。
この工程では、まず、窒化物系ＬＥＤのおもて側（ウェハのエピ側）をフォトレジストによって保護した後、ｍ面ＧａＮ基板の裏面にラッピングと、それに続けてポリッシングを施すことにより、該基板の厚さを３３０μｍから２００μｍまで減じた。
【０１２７】
次に、該基板のポリッシングされた裏面に、ノボラック樹脂を用いたポジ型フォトレジスト（住友化学株式会社製  スミレジストＰＦＩ−３４ＡＬ）を１．６μｍの厚さにコーティングし、フォトリソグラフィ技法を用いて該フォトレジストをパターニングすることによって、図８に示すマスクパターンを形成した。すなわち、複数の円形エッチングマスクが三角格子の格子位置に配置されたマスクパターンである。各円形マスクの直径（図８中のＲ）は２μｍ、隣り合う円形マスク間のスペース（図８中のＳ）は２．５μｍとした。
【０１２８】
マスクパターンの方向は、図９に示すように、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形ＡＢＣＤＥＦの２つの辺ＢＣ、ＥＦが、ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸と直交するように定めた。
上記のように形成したマスクパターンを用いてＲＩＥ加工を行うことにより、ｍ面ＧａＮ基板の裏面を粗化した。エッチングガスとして塩素を用い、アンテナ／バイアスを１００Ｗ／２０Ｗ、チャンバー内圧力を０．５Ｐａと設定して、エッチング選択比が約１となるようにした。なお、ここでいうエッチング選択比は、エッチング時間が８００秒以下であるときの、〔ＧａＮのエッチングレート〕／〔マスクのエッチングレート〕である。この条件で、１５００秒間、ＲＩＥ加工を行った。マスクパターンは、エッチング時間が約８００秒に達したところで殆ど消失した。ＲＩＥ加工後、有機溶剤を用いてウェハを洗浄した。
【０１２９】
上記のように加工したｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。図１０（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても、右から左に向かう方向が、ＧａＮの［０００１］方向（ｃ＋方向）であり、左から右に向かう方向がＧａＮの［０００−１］方向（ｃ−方向）である。また、図１０（ａ）においては、上下方向がＧａＮのａ軸方向である。図１０（ａ）では、傾斜が緩やかな部分ほど色が濃く、傾斜の急な部分ほど色が薄くなるように、コントラストが付いている。
【０１３０】
図１０（ａ）が示すように、ＲＩＥ加工したｍ面ＧａＮ基板の裏面には、三角格子の格子位置に突起が配置されたパターンが形成されていた。各突起の高さは１．５μｍであった。各突起はＧａＮ基板のａ面に平行な対称面を有する面対称形状を呈していたが、ｃ＋方向側とｃ−方向側とでは形状が大きく異なっていた。平面形状についていえば、ｃ軸方向を長径方向とする楕円から、ｃ−側が切り取られた形状であった。図１０（ａ）〜（ｃ）から分かるように、突起の頂には小さな平坦面が存在していた。この平坦面のｃ−側の側壁面（対称面と交差する側壁面）は、上部（該平坦面と交わる部分）に急な傾斜面を有する一方、その中央部から下部にかけての傾斜は緩やかであった。一方、対称面の一方側と他方側にそれぞれ存する側壁面においては、下部における傾斜の方が、上部における傾斜よりも急であった。突起の幅については、ｃ軸方向の幅の方が、ａ軸方向の幅よりも大きかった。
【０１３１】
上述の(i)〜(iii)の工程を経て作製したウェハ上のＬＥＤに、２０ｍＡの電流を印加したときのＥＬ（Electro Luminescence）強度を、オートプローバを用いて測定した。そして、測定したＥＬ強度を、（iii）の工程でポリッシングまで完了させた段階にある同一のＬＥＤの、同様に測定したＥＬ強度と比較した。その結果、ＬＥＤのおもて側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IF2）は、ＲＩＥ加工前の値（IF1）より１７０％増加していた［(IF2-IF1)/IF1=1.7］。また、ＬＥＤの裏側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IB2）は、ＲＩＥ加工前の値（IB1）より１２０％増加していた［(IB2-IB1)/IB1=1.2］。
【０１３２】
本実験例１において、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成された突起の形状に非対称性が生じたのは、恐らく、次の二つの要因による。第一に、六方晶ウルツ鉱型のＧａＮ結晶が持つ原子配列の非対称性のせいで、ＧａＮ基板に形成される突起の側壁の化学的作用に対する感受性がｃ＋方向側とｃ−方向側とで異なっていたことである。第二に、使用したＲＩＥ条件においては、ＧａＮ基板に対する比較的強い化学的エッチング作用が生じたことである。これら二つの要因が組み合わさることによって、突起の側壁が受ける化学的エッチングのレートに方向依存性が生じ、突起のｃ＋方向側とｃ−方向側の形状が大きく異なったと考えられる。
【０１３３】
上記の推定を支持する観察結果が得られている。図１１は、上記実験例１と同じマスクパターンおよび同じＲＩＥ条件を用いて、エッチング時間を８００秒としたときの、ＲＩＥ加工後のｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像であり、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視視像である。（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても、右から左に向かう方向が、ＧａＮのｃ＋方向であり、左から右に向かう方向がＧａＮのｃ−方向である。また、図１１（ａ）においては、上下方向がＧａＮのａ軸方向である。図１１（ａ）では、傾斜が緩やかな部分ほど色が濃く、傾斜の急な部分ほど色が薄くなるように、コントラストが付いている。
【０１３４】
図１１（ｂ）が示すように、８００秒のＲＩＥ加工により形成された突起の高さは１．５μｍであり、ＲＩＥ加工時間が１５００秒のときと同じであった。しかし、図１１（ａ）および（ｃ）から分かるように、エッチング時間が短いときの突起の形状は、実験例１で得られた突起よりもずっと円柱に近いものであった。また、突起の、ｃ軸に平行な方向の幅と、ａ軸に平行な方向の幅とは、略同じであった。このことから、形状の非対称性の小さい突起をｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成しようとする場合には、化学的エッチング作用が弱くなるドライエッチング条件を用いればよいと考えられる。
【０１３５】
このｍ面ＧａＮ基板の裏面のＲＩＥ加工時間を８００秒とした窒化物系ＬＥＤについて、実験例１と同様にしてＲＩＥ加工前後のＥＬ強度の変化を調べた。その結果、ＬＥＤのおもて側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IF2）は、ＲＩＥ加工前の値（IF1）より１１０％増加していた［(IF2-IF1)/IF1=1.1］。また、ＬＥＤの裏側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IB2）は、ＲＩＥ加工前の値（IB1）より９０％増加していた［(IB2-IB1)/IB1=0.9］。ＲＩＥ加工によりＥＬ強度は増加しているものの、加工時間を１５００秒としたＬＥＤと比べると増加率は低いことがわかる。
【０１３６】
（実験例２）
本実験例２では、(iii)の工程に次の３つの変更を加えた他は、上述の実験例１と同様にしてウェハ上にＬＥＤを作製した。
第一に、ＲＩＥ加工時に用いるマスクを、フォトレジストに代えて厚さ１μｍのＳｉＯ２膜で形成した。第二に、このＳｉＯ２マスクを、隣り合う円形ドット間のスペース（図８のＳ）が３．０μｍとなるようにパターニングした。第三に、ＲＩＥ加工時間を３０００秒とした。ＲＩＥ条件は実験例１と同じとしたが、エッチング選択比は７であった。少なくとも加工時間が３０００秒以下の範囲では、エッチング深さは加工時間に略比例していた。ＲＩＥ加工後、残留したＳｉＯ２マスクの除去は行わなかった。ただし、このマスクはＢＨＦなどを用いてウェハを洗浄すれば、溶解除去することができる。
【０１３７】
本実験例２で作製したＬＥＤの、ｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図１２に示す。図１２において、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。図１２（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても、右から左に向かう方向が、ＧａＮのｃ＋方向であり、左から右に向かう方向がＧａＮのｃ−方向である。また、図１２（ａ）においては、上下方向がＧａＮのａ軸方向である。図１２（ａ）では、傾斜が緩やかな部分ほど色が薄くなり、傾斜の急な部分ほど色が濃くなるように、コントラストが付いている。
【０１３８】
図１２（ａ）が示すように、ＲＩＥ加工したｍ面ＧａＮ基板の裏面には、三角格子の格子位置に突起が配置されたパターンが形成されていた。各突起の高さ（＝エッチング深さ）は６．０μｍであった。各突起はＧａＮ基板のａ面に平行な対称面を有する面対称形状を呈していたが、ｃ＋方向側の部分とｃ−方向側の部分とでは形状が大きく異なっていた。図１２（ａ）に見られる色の濃い円形部は、ＳｉＯ２マスクが残留している部分である。図１２（ａ）〜（ｃ）が示すように、ｃ−方向側の側壁面の下方に緩やかな傾斜面が形成されており、この部分を除くと、側壁の傾斜は全体的に急であった。また、図１２（ａ）が示すように、突起の幅については、ｃ軸方向の幅の方が、ａ軸方向の幅よりも広かった。更に、図１２（ａ）から判るように、突起のそれぞれは、少なくとも４つの他の突起、すなわち、図中において右上、右下、左上および左下にそれぞれ位置する他の突起と、間隔なしで接していた。また、図中で左右に並んだ突起同士の間隔や、上下に並んだ突起同士の間隔も、かなり小さかった。
【０１３９】
本実験例２で作製したＬＥＤについて、実験例１と同様にしてＥＬ強度を測定し、そのＥＬ強度を、（iii）の工程でポリッシングまで完了させた段階にある同一のＬＥＤの、同様に測定したＥＬ強度と比較した。その結果、ＬＥＤのおもて側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IF2）は、ＲＩＥ加工前の値（IF1）より１９０％増加していた［(IF2-IF1)/IF1=1.9］。また、ＬＥＤの裏側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IB2）も、ＲＩＥ加工前の値（IB1）より１９０％増加していた［(IB2-IB1)/IB1=1.9］。
本実験例２に係る図１２の粗化面は、突起の高さが前記実験例１に係る図１０の粗化面の突起の４倍であることを考慮すると、光取出し効率の改善効果がそれ程高いとはいえない。
【０１４０】
（実験例３）
上述の実施形態１に係る窒化物系ＬＥＤ１００と同様の基本構造を有する窒化物系ＬＥＤを、以下に詳述する(i)エピタキシャル成長、(ii)電極形成および(iii)ＧａＮ基板の裏面加工の、３つの工程を順次行なうことによりウェハ上に作製し、その発光出力を評価した。
【０１４１】
(i)エピタキシャル成長
エピタキシャル成長用に鏡面仕上げされた表面（ｃ＋面）を有する、厚さ４００μｍのｃ面ＧａＮ基板（極性基板）を準備した。このｃ面ＧａＮ基板の上記鏡面仕上げされた表面上に、通常のＭＯＶＰＥ装置を用いて、窒化物半導体からなるダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を含む多層エピタキシャル膜を成長させて、エピウェハを作製した。
【０１４２】
具体的には、ｃ面ＧａＮ基板側から順に、厚さ１０ｎｍのアンドープＧａＮ層、厚さ４０００ｎｍのＳｉドープＧａＮコンタクト層、厚さ２００ｎｍのアンドープＧａＮ層、厚さ２０ｎｍのＳｉドープＧａＮ層、ＭＱＷ構造の活性層、厚さ１３０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ層、厚さ６０ｎｍのＭｇドープＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎコンタクト層を順次成長させた。ＭＱＷ構造の活性層は、７層のＧａＮ障壁層と６層のＩｎＧａＮ井戸層とを、最下層および最上層がＧａＮ障壁層となるように交互に積層することにより形成した。ＧａＮ障壁層の厚さは１５ｎｍ、ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは２．３ｎｍとした。ＩｎＧａＮ井戸層を成長させるときには、最終的に得られるＬＥＤの発光ピーク波長が約４４０ｎｍとなるよう、III族原料であるＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＴＭＩ（トリメチルインジウム）の供給量を制御した。Ｍｇドープ層に添加したＭｇの活性化は、実験例１の場合と同様にして行った。
【０１４３】
(ii)電極形成
電極形成工程では、まず、上記エピタキシャル成長工程で得たエピウェハのｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎコンタクト層上に、ＩＴＯ膜からなる透光性電極を形成した。このＩＴＯ膜は電子ビーム蒸着法を用いて形成し、フォトリソグラフィ技法を用いて所定の形状にパターニングした。
【０１４４】
次に、ＲＩＥ法を用いて、後の工程でｎ電極パッドを形成する部分に、ＳｉドープＧａＮコンタクト層を露出させた。同時に、この工程では素子分離（device isolation）のために、ウェハ上で隣接するＬＥＤ間の境界上の部位にもＳｉドープＧａＮコンタクト層を露出させた。これによって、活性層およびｐ型層がウェハ上でＬＥＤ毎に切り離された。
各ＬＥＤのサイズは約３５０μｍ角とした。
【０１４５】
上記ＲＩＥ工程の後、リフトオフ法を用いて、ＳｉドープＧａＮコンタクト層の露出面上に、ｎ電極パッドの最下層としてＡｌ層を形成した。このＡｌ層を熱処理した後、リフトオフ法を用いて、透光性電極上にｐ電極パッドを形成すると同時に、ｐ電極パッドを構成するメタル膜と同じメタル膜を上記のＡｌ層上に積層した。ｐ電極パッドを構成するメタル膜は、スパッタリング法を用いてＴｉＷ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕをこの順に堆積することにより形成した。このようにして２つの電極パッドを形成した後、リフトオフ法を用いて、電極パッドの表面を除くＬＥＤのおもて側表面をＳｉＯ２膜で被覆した。このようにして、ウェハ上に行列配置された複数の窒化物系ＬＥＤを形成した。
【０１４６】
(iii)ＧａＮ基板の裏面加工
上記電極形成工程を経たウェハに対し、ｃ面ＧａＮ基板の裏面（ｃ−面）を粗化する加工を施した。
この工程では、まず、窒化物系ＬＥＤのおもて側をフォトレジストによって保護した後、ｃ面ＧａＮ基板の裏面にラッピングと、それに続けてポリッシングを施すことにより、該基板の厚さを４００μｍから２００μｍまで減じた。
【０１４７】
次に、該基板のポリッシングされた裏面に、ノボラック樹脂を用いたポジ型フォトレジスト（住友化学株式会社製  スミレジストＰＦＩ−３４ＡＬ）を１．６μｍの厚さにコーティングし、フォトリソグラフィ技法を用いて該フォトレジストをパターニングすることによって、図８に示すマスクパターンを形成した。すなわち、複数の円形エッチングマスクが三角格子の格子位置に配置されたマスクパターンである。各円形マスクの直径（図８中のＲ）は２μｍ、隣り合う円形マスク間のスペース（図８中のＳ）は２．５μｍとした。マスクパターンの方向は、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形の２つの辺が、ＧａＮのｍ軸と直交するように定めた。
【０１４８】
上記のように形成したマスクパターンを用いてＲＩＥ加工を行うことにより、ｃ面ＧａＮ基板の裏面を粗化した。エッチングガスとして塩素を用い、アンテナ／バイアスを１００Ｗ／２０Ｗ、チャンバー内圧力を０．５Ｐａと設定して、エッチング選択比が約１．２となるようにした。なお、ここでいうエッチング選択比は、エッチング時間が１０００秒以下であるときの、〔ＧａＮのエッチングレート〕／〔マスクのエッチングレート〕である。この条件で、１０００秒間、ＲＩＥ加工を行った。マスクパターンは、エッチング時間が約１０００秒に達したところで殆ど消失していた。ＲＩＥ加工後、有機溶剤を用いてウェハを洗浄した。
【０１４９】
上記のように加工したｃ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図１３（ａ）〜（ｃ）に示す。（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。図１３（ａ）および（ｃ）においては、左右方向がＧａＮのｍ軸方向である。また、図１３（ａ）においては、上下方向がＧａＮのａ軸方向である。図１３（ａ）では、傾斜が緩やかな部分ほど色が濃く、傾斜の急な部分ほど色が薄くなるように、コントラストが付いている。
【０１５０】
図１３（ａ）が示すように、ｃ面ＧａＮ基板の裏面には、三角格子の格子位置に突起が配置されたパターンが形成されていた。各突起の高さは２．０μｍであった。図１３（ａ）〜（ｃ）が示すように、突起の形状は円錐台で、側壁の上部（上面と交わる部分）に傾斜が緩やかになった部分があり、側壁の中央部から下部にかけての傾斜は上部より急であった。図１３（ａ）から判るように、突起間に間隔がないため、粗化面を平面視したときの各突起の外周形状は正六角形となった。
【０１５１】
本実験例３で作製したＬＥＤについて、実験例１と同様にして、ＥＬ強度を測定し、そのＥＬ強度を、（iii）の工程でポリッシングまで完了させた段階の同一のＬＥＤの、同様に測定したＥＬ強度と比較した。その結果、ＬＥＤのおもて側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IF2）は、ＲＩＥ加工前の値（IF1）より１７０％増加していた［(IF2-IF1)/IF1=1.7］。また、ＬＥＤの裏側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IB2）は、ＲＩＥ加工前の値（IB1）より３２０％増加していた［(IB2-IB1)/IB1=3.2］。この結果は、ＲＩＥ加工によって、ＬＥＤの内部側から入射する光に対するＧａＮ基板の裏面の反射率が大きく低下したことを示唆している。
本実験例３に係る図１３の粗化面は、突起の高さが前記実験例２に係る図１２の粗化面の突起の３分の１であることを考慮すると、光取出し効率の改善効果が非常に優れているといえる。
【０１５２】
（実験例４）
本実験例４では、(iii)の工程に次の３つの変更を加えた他は、上述の実験例３と同様にしてウェハ上にＬＥＤを作製した。
第一に、ＲＩＥ加工時に用いるマスクを、フォトレジストに代えて厚さ１μｍのＳｉＯ２膜で形成した。第二に、このＳｉＯ２マスクを、隣り合う円形ドット間のスペース（図８のＳ）が３．０μｍとなるようにパターニングした。第三に、ＲＩＥ加工時間を３０００秒とした。ＲＩＥ条件は実験例１と同じとしたが、エッチング選択比は約７であった。
少なくとも加工時間が３０００秒以下の範囲では、エッチング深さは加工時間に略比例していた。ＲＩＥ加工後、残留したＳｉＯ２マスクの除去は行わなかった。ただし、このマスクはＢＨＦなどを用いてウェハを洗浄すれば、溶解除去することができる。
【０１５３】
本実験例４で作製したＬＥＤの、ｃ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図１４に示す。図１４において、（ａ）は平面視像、（ｂ）は側面視像、（ｃ）は斜視像である。図１４（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても、左右方向がＧａＮのｍ軸方向である。また、図１４（ａ）においては、上下方向がＧａＮのａ軸方向である。図１４（ａ）では、傾斜が緩やかな部分ほど色が濃く、傾斜の急な部分ほど色が薄くなるように、コントラストが付いている。
【０１５４】
図１４（ａ）が示すように、ｃ面ＧａＮ基板の裏面には、三角格子の格子位置に突起が配置されたパターンが形成されていた。各突起の高さ（＝エッチング深さ）は５．９μｍであった。図１４（ａ）〜（ｃ）が示すように、突起の形状は狭い上面を有する円錐台であり、円錐に近いものであった。図１４（ａ）から分かるように、突起間には間隔が存在しておらず、そのために、粗化面を平面視したときの各突起の外周形状は正六角形となっていた。
【０１５５】
本実験例４で作製したＬＥＤについて、実験例１と同様にして、ＥＬ強度を測定し、そのＥＬ強度を、（iii）の工程でポリッシングまで完了させた段階の同一のＬＥＤの、同様に測定したＥＬ強度と比較した。その結果、ＬＥＤのおもて側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IF2）は、ＲＩＥ加工前の値（IF1）より１８０％増加していた［(IF2-IF1)/IF1=1.8］。また、ＬＥＤの裏側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IB2）は、ＲＩＥ加工前の値（IB1）より５４０％増加していた［(IB2-IB1)/IB1=5.4］。
突起の高さが同じである前記実験例２においては、ＬＥＤの裏側から測定したＥＬ強度のＲＩＥ加工による増加が１９０％であったことを考慮すると、本実験例４における５４０％という高い値は驚異的である。
【０１５６】
（実験例５）
実験例１では（iii）の工程においてマスクパターンの方向を、図９に示すように、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形ＡＢＣＤＥＦの２つの辺ＢＣ、ＥＦが、ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸と直交するように定めた。それに対して、本実験例５では、マスクパターンの方向を３０度回転させて、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形の２つの辺が、ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸と平行となるようにした。その他は実験例１と同様にして、ｍ面ＧａＮ基板の裏面をＲＩＥ加工した窒化物系ＬＥＤを作製した。
【０１５７】
ＲＩＥ加工後のｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図２１に示す。図２１（ａ）は平面視像、図２１（ｂ）は側面視像、図２１（ｃ）は斜視像である。これらのＳＥＭ像から分かるように、突起のそれぞれは三角格子の格子位置に配置されており、各突起の高さは１．５μｍであった。実験例１とマスクパターンの方向が異なるにもかかわらず、個々の突起の形状が持つ特徴は実験例１と共通していた。すなわち、各突起はＧａＮ基板のa面に平行な対称面を有する面対称形状を呈する一方、ｃ−方向側とｃ＋方向側とでは形状が大きく異なっていた。この結果は、突起形状の非対称性が生じるメカニズムに関する前述の推定と矛盾しない。
ＲＩＥ加工後のＥＬ強度（I2）のＲＩＥ加工前のＥＬ強度（I1）に対する増加率(I2-I1)/I1については、ＬＥＤのおもて側および裏側のいずれから測定した場合についても、実験例１と略同じであった。
【０１５８】
（実験例６）
実験例２では（iii）の工程においてマスクパターンの方向を、図９に示すように、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形ＡＢＣＤＥＦの２つの辺ＢＣ、ＥＦが、ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸と直交するように定めた。それに対して、本実験例６では、マスクパターンの方向を３０度回転させて、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形の２つの辺が、ｍ面ＧａＮ基板のｃ軸と平行となるようにした。その他は実験例２と同様にして、ｍ面ＧａＮ基板の裏面をＲＩＥ加工した窒化物系ＬＥＤを作製した。
【０１５９】
ＲＩＥ加工後のｍ面ＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図２２に示す。図２２（ａ）は平面視像、図２２（ｂ）は斜視像、図２２（ｃ）は側面視像である。これらのＳＥＭ像から分かるように、突起のそれぞれは三角格子の格子位置に配置されており、各突起の高さは６．５μｍであった。実験例２とマスクパターンの方向が異なるにもかかわらず、個々の突起の形状が持つ特徴は実験例２と共通していた。すなわち、各突起はＧａＮ基板のa面に平行な対称面を有する面対称形状を呈する一方、ｃ−方向側とｃ＋方向側とでは形状が大きく異なっていた。
【０１６０】
（実験例７）
本実験例７では、半極性（２０−２１）面ＧａＮ基板を使用して窒化物系ＬＥＤを作製した。発光構造を含むエピタキシャル膜はＮリッチ面である（２０−２１）面上に成長させ、Ｇａリッチ面である（２０−２−１）面をＲＩＥ加工した。使用したエッチングマスク（フォトレジスト製）およびＲＩＥ条件（エッチング時間を含む）は実験例１と同じである。マスクパターンの方向は、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形の２つの辺が、（２０−２１）面ＧａＮ基板のｃ軸と直交するように定めた。
【０１６１】
ＲＩＥ加工後のＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図３２に示す。図３２（ａ）は平面視像、図３２（ｂ）は斜視像である。各突起の高さは１．５μｍであった。
また、実験例１と同様にしてＲＩＥ加工前後のＥＬ強度の変化を調べたところ、ＬＥＤのおもて側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IF2）は、ＲＩＥ加工前の値（IF1）より５０％増加していた［(IF2-IF1)/IF1=0.5］。また、ＬＥＤの裏側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IB2）は、ＲＩＥ加工前の値（IB1）より３０％増加していた［(IB2-IB1)/IB1=0.3］。ＲＩＥ加工によりＥＬ強度は増加しているものの、実験例１の結果と比べると増加率はかなり低いといえる。
【０１６２】
（実験例８）
本実験例８では、半極性（２０−２１）面ＧａＮ基板を使用して窒化物系ＬＥＤを作製した。発光構造を含むエピタキシャル膜はＧａリッチ面である（２０−２−１）面上に成長させ、Ｎリッチ面である（２０−２１）面をＲＩＥ加工した。使用したエッチングマスク（フォトレジスト製）およびＲＩＥ条件（エッチング時間を含む）は実験例１と同じである。マスクパターンの方向は、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形の２つの辺が（２０−２１）面ＧａＮ基板のａ軸と直交するように定めた。
【０１６３】
ＲＩＥ加工後の（２０−２１）面のＳＥＭ像（平面視像）を図２３に示す。突起のそれぞれは三角格子の格子位置に配置されており、各突起の高さは約１．７μｍであった。各突起はＧａＮ基板のa面に平行な対称面を有する面対称形状を呈する一方、ｃ−方向側とｃ＋方向側とでは形状が大きく異なっていた。また、各突起は側壁に緩やかな傾斜面を含んでおらず、ある１つの突起に対して間隔なしで隣接する他の突起は２つのみであった。
【０１６４】
（実験例９）
本実験例９では、半極性（２０−２１）面ＧａＮ基板を使用して窒化物系ＬＥＤを作製した。発光構造を含むエピタキシャル膜はＧａリッチ面である（２０−２−１）面上に成長させ、Ｎリッチ面である（２０−２１）面をＲＩＥ加工した。使用したエッチングマスクおよびＲＩＥ条件（エッチング時間を含む）は実験例２と同じである。マスクパターンの方向は、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形の２つの辺が、（２０−２１）面ＧａＮ基板のｃ軸と直交するように定めた。
【０１６５】
ＲＩＥ加工後のＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図１６に示す。図１６（ａ）は平面視像、図１６（ｂ）は斜視像である。これらのＳＥＭ像から分かるように、突起のそれぞれは三角格子の格子位置に配置されており、各突起の高さは約６μｍであった。また、各突起はＧａＮ基板のa面に平行な対称面を有する面対称形状を呈する一方、ｃ−方向側とｃ＋方向側とでは形状が大きく異なっていた。
【０１６６】
（実験例１０）
本実験例１０では、発光構造を含むエピタキシャル膜をＮリッチ面である（２０−２１）面上に成長させ、Ｇａリッチ面である（２０−２−１）面をＲＩＥ加工したこと以外は実験例９と同様にして、窒化物系ＬＥＤを作製した。
【０１６７】
ＲＩＥ加工後のＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像（斜視像）を図１７に示す。
実験例２と同様にしてＲＩＥ加工前後のＥＬ強度の変化を調べた結果、ＬＥＤのおもて側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IF2）は、ＲＩＥ加工前の値（IF1）より３０％増加していた［(IF2-IF1)/IF1=0.3］。また、ＬＥＤの裏側から測定したＲＩＥ加工後のＥＬ強度（IB2）は、ＲＩＥ加工前の値（IB1）より４０％増加していた［(IB2-IB1)/IB1=0.4］。ＲＩＥ加工によりＥＬ強度は増加しているものの、実験例２の結果と比べると増加率はかなり低いといえる。
【０１６８】
（実験例１１）
本実験例１１では、半極性（１０−１１）面ＧａＮ基板を使用して窒化物系ＬＥＤを作製した。発光構造を含むエピタキシャル膜はＧａリッチ面である（１０−１−１）面上に成長させ、Ｎリッチ面である（１０−１１）面をＲＩＥ加工した。使用したエッチングマスクおよびＲＩＥ条件（エッチング時間を含む）は実験例２と同じである。マスクパターンの方向は、三角格子の６つの格子位置を頂点とする正六角形の２つの辺が、（２０−２１）面ＧａＮ基板のｃ軸と直交するように定めた。
【０１６９】
ＲＩＥ加工後のＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を図２７に示す。図２７（ａ）は平面視像、図２７（ｂ）は斜視像である。これらのＳＥＭ像から分かるように、突起のそれぞれは三角格子の格子位置に配置されており、各突起の高さは約６μｍであった。また、各突起はＧａＮ基板のa面に平行な対称面を有する面対称形状を呈する一方、ｃ−方向側とｃ＋方向側とでは形状が大きく異なっていた。
【０１７０】
（実験例１２）
本実験例１２では、発光構造を含むエピタキシャル膜をＮリッチ面である（１０−１１）面上に成長させ、Ｇａリッチ面である（１０−１−１）面をＲＩＥ加工したこと以外は実験例１１と同様にして、窒化物系ＬＥＤを作製した。
ＲＩＥ加工後のＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像（斜視像）を図１８に示す。
【０１７１】
（シミュレーション）
ｃ面ＧａＮ基板のｃ−面のＲＩＥ加工により得られた粗化面（図１４）と、ｃ＋面のＲＩＥ加工により得られた粗化面（図１５）とでは、いずれがより高い光取出し効率の改善効果を有するのかを、シミュレーション手法を用いて評価した。その詳細および結果を以下に記す。
【０１７２】
このシミュレーションでは、図１に示す窒化物系ＬＥＤ１００における、ＧａＮ基板１１０の裏面が図１９に示す粗化面Ａであるときと、図２０に示す粗化面Ｂであるときの、光取出し効率および軸上放射束を比較した。
粗化面Ａ（図１９）と粗化面Ｂ（図２０）は、いずれも、各々が三角格子の格子位置に位置する複数の突起を有しており、三角格子の格子ピッチ（４．５μｍ）および突起の高さ（５．７μｍ）は同じである。異なるのは突起の形状であり、粗化面Ａでは突起１５Ａが円錐であるのに対し、粗化面Ｂでは突起１５Ｂが、円柱の先端側を円錐状に尖らせた形状を有している。
粗化面Ａにおける各突起１５Ａの底面の直径は三角格子のピッチと同じである。すなわち、複数の突起１５Ａは、いずれのひとつに対しても、その周囲の６つが接触するように配置されている。
一方、粗化面Ｂにおいては、複数の突起１５Ｂのそれぞれは、周囲の６つとの間に所定の間隔を有している。シミュレーションでは、突起１５Ｂの底面（円柱部分の底面）の直径は３．０μｍとし、先端側の円錐部分の高さは２．７μｍとした。
【０１７３】
その他のシミュレーション条件については次のように設定した。
窒化物系ＬＥＤ１００の発光波長は４０５ｎｍであるものとした。ＧａＮ基板１１０は屈折率２．５３を有するものとし、そのサイズは縦横３５０μｍ×３５０μｍ、厚さ１００μｍとした。多層エピタキシャル膜１２０の厚さは１０μｍとした。便宜のために、多層エピタキシャル膜１２０はその内部が光学的に一様であるものとし、その屈折率はＧａＮ基板１１０と同じとした。また、ＧａＮ基板１１０および多層エピタキシャル膜１２０は消衰係数１×１０−７を有するものと設定した。ＩＴＯで形成された透光性電極１３０は、屈折率２．０、消衰係数０．０２、面積５８６５６μｍ２を有するものと設定した。ｐ電極パッド１４０とｎ電極パッド１５０はいずれも直径１００μｍとし、屈折率１．５、消衰係数１．８８を有するものとした。この屈折率および消衰係数はＡｕの値を参照したものである。単純化のために、パッシベーション膜１６０は省略した。ＧａＮ基板１１０の裏面を除いて、窒化物系ＬＥＤ１００の表面は滑らかな光学表面であるものとした。
【０１７４】
窒化物系ＬＥＤ１００は反射率８０％のフラットな拡散反射板上に、電極パッド１４０と１５０が該拡散反射板の表面に接するように、すなわち、フリップチップ実装の姿勢で設置されているものとした。また、窒化物系ＬＥＤ１００を取り囲む媒体は屈折率１を有するものとした。
【０１７５】
シミュレーションはＯＲＡ社（現Ｓｙｎｏｐｓｉｓ社）の照明設計解析ソフトウェアであるＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（登録商標）を用いて光線追跡法により行った。活性層１２２から出る光線エネルギーに対する、窒化物系ＬＥＤ１００の内部から外側の媒体中に脱出する光線エネルギーの比を、光取出し効率として算出した。また、軸上方向（発光層１２２に平行な平面と見なしたＧａＮ基板１１０の裏面に対する法線方向）を中心とする所定の角度範囲内に放射される光線エネルギーを、軸上放射束として算出した。
【０１７６】
シミュレーションの結果を表１に示す。光取出し効率と軸上放射束はいずれも、ＧａＮ基板１１０の裏面が粗化面Ｂであるときの値を１とした相対値で示している。
【０１７７】
【表１】
0005862354.tif 000002
【０１７８】
表１には±３０°、±２０°、±１０°という３種類の軸上放射束が示されている。これらは、それぞれ、発光層１２２に平行な平面と見なしたＧａＮ基板１１０の裏面に対する法線方向から３０°、２０°、１０°の範囲内に放射される光線のみが軸上放射束に寄与すると仮定したときの値を示している。
【０１７９】
表１のシミュレーション結果は、粗化面Ａの方が粗化面Ｂよりも光取出し効率の改善効果が高いことを示している。また、ＧａＮ基板１１０の裏面が粗化面Ａである窒化物系ＬＥＤ１００は、該裏面が粗化面Ｂであるものに比べて、軸上放射束が著しく高いものとなることを示している。後者は、ＧａＮ基板１１０の裏面を粗化面Ａとしたときの方が、粗化面Ｂとしたときよりも、窒化物系ＬＥＤ１００をフリップチップ実装した発光装置の軸上光度がずっと高くなることを意味している。
【０１８０】
以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、本発明は本明細書において明示された実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形することができる。
【０１８１】
（付記）
更に、次の発明を開示する。
（Ｅ１）窒化物半導体基板または窒化物半導体層の一方面上に形成され、Ｈｆが１×１０１９ｃｍ−３以上２×１０２１ｃｍ−３以下の濃度に添加された窒化物半導体膜と、該窒化物半導体膜の表面に形成された電極パッドと、を有する半導体素子。
（Ｅ２）上記窒化物半導体基板または窒化物半導体層の他方面上に窒化物半導体からなる発光構造を有する、上記（Ｅ１）の半導体素子。
（Ｅ３）上記窒化物半導体膜が、上記窒化物半導体基板または窒化物半導体層の上記一方面の全体または略全体を覆うように形成されている、上記（Ｅ２）の半導体素子。
（Ｅ４）上記窒化物半導体膜の厚さが０．１〜５μｍである、上記（Ｅ３）の半導体素子。
（Ｅ５）上記窒化物半導体基板または窒化物半導体層のキャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３以下である、上記（Ｅ４）の半導体素子。
（Ｅ６）上記窒化物半導体膜の表面に粗化領域と平坦領域とが設けられており、上記電極パッドは該平坦領域上に形成されている、上記（Ｅ２）〜（Ｅ５）のいずれかの半導体素子。
（Ｅ７）窒化物半導体基板または窒化物半導体層の一方面上に、Ｈｆが１×１０１９ｃｍ−３以上２×１０２１ｃｍ−３以下の濃度に添加された窒化物半導体膜を形成する第１ステップと、該窒化物半導体膜の表面に電極パッドを形成する第２ステップと、を有する半導体素子の製造方法。
（Ｅ８）上記窒化物半導体基板または窒化物半導体層の他方面上に窒化物半導体からなる発光構造が設けられている、上記（Ｅ７）の製造方法。
（Ｅ９）上記窒化物半導体膜を、上記窒化物半導体基板または窒化物半導体層の上記一方面の全体または略全体を覆うように形成する、上記（Ｅ８）の製造方法。
（Ｅ１０）上記窒化物半導体膜の厚さが０．１〜５μｍである、上記（Ｅ９）の製造方法。
（Ｅ１１）上記窒化物半導体基板または窒化物半導体層のキャリア濃度が５×１０１７ｃｍ−３以下である、上記（Ｅ１０）の製造方法。
（Ｅ１２）上記第１ステップの後に、上記窒化物半導体膜の表面に粗化領域と平坦領域とを設ける第３ステップを有し、上記第２ステップでは上記電極パッドを該平坦領域上に形成する、（Ｅ８）〜（Ｅ１１）のいずれかの製造方法。
（Ｅ１３）上記第１ステップの後に、上記窒化物半導体膜の表面の少なくとも一部をマスクパターンを用いることなくウェットエッチングまたはドライエッチングすることによって自然な粗化面とする第４ステップを有する、上記（Ｅ７）〜（Ｅ１２）のいずれかの製造方法。
（Ｅ１４）上記第１ステップにおける上記窒化物半導体膜の成膜温度が７００℃以下である、上記（Ｅ７）〜（Ｅ１３）の製造方法。
（Ｅ１５）上記第１ステップにおける上記窒化物半導体膜の形成方法がＰＸＤ法を含む、上記（Ｅ７）〜（Ｅ１４）の製造方法。
【符号の説明】
【０１８２】
１００、１０１、１０２、１０３、２００、３００  窒化物系ＬＥＤ
１１０、２１０、３１０ ＧａＮ基板
１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ  おもて面
１１０ｂ、２１０ｂ、３１０ｂ  裏面
１１０ｂ−１、２１０ｂ−１、３１０ｂ−１  粗化領域
１１０ｂ−２、２１０ｂ−２、３１０ｂ−２  平坦領域
１２０、２２０、３２０  多層エピタキシャル膜
１２１、２２１、３２１  ｎ型層
１２２、２２２、３２２  活性層
１２３、２２３、３２３  ｐ型層
１３０、２３０、３３０  透光性電極
１４０、２４０、３４０  ｐ電極パッド
１５０、２５０、３５０  ｎ電極パッド
１６０、２６０、３６０  パッシベーション膜
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  支持部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２７】
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【図３２】
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