(57)【要約】  垂直型発光素子を開示する、特に、発光効率および信頼性を向上するとともに大量生産を可能にする垂直型発光素子およびその製造方法を提供する。基板上に半導体層を形成する段階と、前記半導体層上に第１電極を形成する段階と、前記第１電極上に支持層を形成する段階と、前記基板と前記半導体層との間の界面にストレス性音波を発生させることで、前記基板を前記半導体層から分離する段階と、前記基板が分離されて露出された半導体層上に第２電極を形成する段階と、を含んで垂直型発光素子の製造方法を構成する。
2009541989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に半導体層を形成する段階と、
前記半導体層上に第１電極を形成する段階と、
前記第１電極上に支持層を形成する段階と、
前記基板と前記半導体層との間の界面に弾性応力波を発生させることで、前記基板を前記半導体層から分離する段階と、
前記基板が分離して露出された半導体層上に第２電極を形成する段階と、
を含んで構成されることを特徴とする垂直型発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体層を形成する段階と第１電極を形成する段階との間には、前記半導体層のチップ分離領域をエッチングしてトレンチを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１電極を形成する段階では、前記第１電極をＮｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、ＰｄＣｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇまたはこれらの任意の組合せの合金によって形成することを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１電極を形成する段階は、
透明電極を形成する段階と、
前記透明電極上に反射型電極を形成する段階と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光素子の製造方法。
【請求項５】
複数の半導体層と、
前記半導体層の第１面上に位置する第１電極と、
前記第１電極の少なくとも一部と前記半導体層の少なくとも一面に位置するパッシベーション層と、
前記第１電極とパッシベーション層の一部または全体上に位置する少なくとも一層以上の結合金属と、
前記半導体層の第２面上に形成される第２電極と、
前記第１電極上に位置する支持層と、を含んで構成されることを特徴とする垂直型発光素子。
【請求項６】
前記パッシベーション層と接続金属層との間に金属層が位置することを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項７】
複数の半導体層は、
ｎ-型半導体層と、
前記ｎ-型半導体層上に位置する活性層と、
前記活性層上に位置するｐ-型半導体層と、を含んで構成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項８】
前記ｐ-型半導体層上には、ＩｎＧａＮ層またはＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層からなる電流拡散層をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項９】
前記第１電極は、
前記半導体層と電気的に接続される第１金属層と、
前記第１金属層上に位置する拡散防止層と、
前記拡散防止層上に位置する第２金属層と、を含んで構成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項１０】
前記第１金属層、拡散防止層及び第２金属層は、一つの合金層で形成されることを特徴とする請求項９に記載の垂直型発光素子。
【請求項１１】
前記第１電極は、
前記半導体層と電気的に連結される透明導電酸化膜（透明電極）と、
前記透明導電酸化膜（透明電極）上に形成された反射型電極と、を含んで構成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項１２】
前記反射型電極は、ＡｇまたはＡｌで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の垂直型発光素子。
【請求項１３】
前記反射型電極の厚さは、１００Åを超えることを特徴とする請求項１１に記載の垂直型発光素子。
【請求項１４】
前記反射型電極は、
前記半導体層と電気的に接続される第１金属層と、
前記第１金属層上に位置する拡散防止層と、
前記拡散防止層上に位置する第２金属層と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１１に記載の垂直型発光素子。
【請求項１５】
前記第１金属層、拡散防止層及び第２金属層は、一つの合金層で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の垂直型発光素子。
【請求項１６】
前記結合金属は、
前記第１電極と電気的に接続される第１金属層と、
前記第１金属層上に位置する拡散防止層と、
前記拡散防止層上に位置する第２金属層と、を含んで構成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項１７】
前記第１金属層、拡散防止層及び第２金属層は、一つの合金層で形成されることを特徴とする請求項１６に記載の垂直型発光素子。
【請求項１８】
前記第１電極は、透明電極であることを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項１９】
前記半導体層の第２面には、光抽出構造が形成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項２０】
前記光抽出構造は、光結晶パターンであることを特徴とする請求項１９に記載の垂直型発光素子。
【請求項２１】
前記光結晶パターンの周期は、０．２〜２μｍであることを特徴とする請求項２０に記載の垂直型発光素子。
【請求項２２】
前記パターンは、
６角（６０度）または１２角（３０度）回転対称を有する複数のホールパターンであることを特徴とする請求項２０に記載の垂直型発光素子。
【請求項２３】
前記ホールパターンは、１９個のホールからなる単位セルをなしており、前記１９個のうち６個を隣接単位セルで共有するホールパターンであることを特徴とする請求項２２に記載の垂直型発光素子。
【請求項２４】
前記単位セルをなす１９個のホールは、中央に１個、その周辺に６個の総７個が互いに同一間隔をなしており、前記７個の外郭には、互いに同一間隔で１２個のホールが配置されることを特徴とする請求項２３に記載の垂直型発光素子。
【請求項２５】
前記パターンは、並進対称性を有することを特徴とする請求項２０に記載の垂直型発光素子。
【請求項２６】
前記第１電極に接触して前記半導体層を支持し、前記半導体層の側面を支持する縁部が形成される支持層をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項２７】
前記パッシベーション層は、シリコン酸化物、フォトレジスト、ＳＯＧ及びポリイミドのうちの少なくとも一つによって形成されることを特徴とする請求項５に記載の垂直型発光素子。
【請求項２８】
複数の半導体層と、
前記半導体層の第１面上に位置し、少なくとも二層以上から構成される第１電極と、
前記半導体層の第２面の少なくとも一部分に形成される光抽出構造と、
前記半導体層の第２面に位置する第２電極と、
前記第１電極上に位置する支持層と、を含んで構成されることを特徴とする垂直型発光素子。
【請求項２９】
前記半導体層の第１面と前記第１電極との間に拡散防止層をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の垂直型発光素子。
【請求項３０】
前記光抽出構造は、多数のホールパターンを有する光結晶構造であり、前記光結晶の周期をＡとしたとき、前記ホールの直径が０．１Ａ〜０．９Ａで、前記ホールの深さが０．１μｍから前記複数の半導体層の第２面に位置する半導体層の厚さであることを特徴とする請求項２８に記載の垂直型発光素子。
【請求項３１】
複数の半導体層と、
前記半導体層の第１面上に位置する透明導電酸化膜（ＴＣＯ）と、
前記透明導電酸化膜上に位置する反射電極と、
前記反射電極上に位置する支持層と、
前記半導体層の第２面上に位置する第２電極と、を含んで構成されることを特徴とする垂直型発光素子。
【請求項３２】
前記半導体層と透明導電酸化膜との間にＩｎＧａＮ層またはＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層からなる電流拡散層をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の垂直型発光素子。
【請求項３３】
複数の半導体層と、
前記半導体層の少なくとも一面以上に位置するパッシベーション層と、
前記半導体層とパッシベーション層の一部または全体上に位置し、前記半導体層とオーミック接触するオーミック電極およびシード金属層または金属もしくは半導体の結合のための層である接続金属層と一体に形成された第１電極と、
前記半導体層の第２面上に形成される第２電極と、
前記第１電極上に位置する支持層と、を含んで構成されることを特徴とする垂直型発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直型発光素子に関するもので、特に、発光素子の発光効率及び信頼性を向上させ、量産性を向上できる垂直型発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電流を光に変換する周知の半導体発光素子であり、１９６２年にＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤが商品化されて以来、ＧａＰ：Ｎ系の緑色ＬＥＤとともに、情報通信機器を含む電子装置の表示画像用光源として用いられてきた。
【０００３】
上記のようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤを製造するのに用いられる半導体材料の種類に依存する。これは、放出された光の波長が、価電子帯の電子と伝導帯の電子との間のエネルギー差を示す半導体材料のバンドギャップ（ｂａｎｄ-ｇａｐ）によるためである。
【０００４】
窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：以下、ＧａＮという）は、高い熱的安定性及び幅広いバンドギャップ（０．８〜６．２ｅＶ）を有しており、ＬＥＤを含む高出力電子部品素子の開発分野で大いに注目を浴びてきた。
【０００５】
ＧａＮが大いに注目を浴びてきた理由の一つは、ＧａＮが他の元素（インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）など）と組み合わされ、緑色、青色及び白色の光を放出する半導体層を製造できるためである。
【０００６】
ＧａＮを用いることによって放出波長を調節できるため、放出波長を、特定の装置特性に応じて、用いられる材料の固有特性に適した所望の範囲に合せることができる。例えば、ＧａＮを用いて、光記録に有益な青色ＬＥＤ及び白熱灯に取り替えられる白色ＬＥＤを作ることができる。
【０００７】
上記のようなＧａＮ系材料の種々の利点のために、ＧａＮ系のＬＥＤ市場が急速に成長している。したがって、ＧａＮ系のＬＥＤが１９９４年に商業的に導入されて以来、ＧａＮ系の光電子装置技術も急激に発達した。
【０００８】
上記のように、III ／Ｖ族窒化物半導体材料を用いたＬＥＤの製作技術は、１９９０年代中盤以降、大いに発展してきた。特に、重化物半導体材料の成長方法及び構造に対する理解が進展するにつれて、ＬＥＤの特性、すなわち、輝度、出力、駆動電圧、静電特性のみならず、信頼性においても相当の改善がなされた。
【０００９】
上記のようなＧａＮ系半導体装置の技術の急速な発展にもかかわらず、ＧａＮ系素子の製作には費用が多くかかるという短所がある。これは、ＧａＮエピタキシャル層（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｙｅｒｓ）を成長させ、引き続いて、完成したＧａＮ系の素子を切断する困難さと関連している。
【００１０】
一般的に、ＧａＮ系の素子は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上に製造される。これは、サファイアウェハーが、ＧａＮ系の装置を大量生産するのに適した大きさで市販されており、比較的高品質のＧａＮエピタキシャル成長を支持し、広範囲の温度で高い処理能力を有するためである。
【００１１】
また、サファイアは、化学的及び熱的に安定であり、高温製造工程を可能にする高融点を有し、高い結合エネルギー（１２２．４Ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ）及び高い誘電率を有する。化学的な構造に関して、サファイアは、結晶性アルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3）である。
【００１２】
一方、サファイアが絶縁体であるため、サファイア基板（または、他の絶縁体基板）を使用する場合、利用可能なＬＥＤ素子の形態は、実際には水平または垂直構造に制限される。
【００１３】
前記水平構造においては、ＬＥＤに電流を注入するのに用いられる金属接点の全ては、装置構造の上面に（または、基板と同一面上に）位置する。その反面、垂直構造においては、一つの金属接点は上面上にあり、他の接点は、サファイア（絶縁）基板が除去された後、下面上に位置する。
【００１４】
また、ＬＥＤ装置の利用可能な製造方法として、ＬＥＤチップの製造を伴い、結果的に得られたチップを熱伝導度の優れたシリコンウェハーやセラミック基板などのサブマウントに裏返して付着させるフリップチップボンディング方式も大いに用いられている。
【００１５】
しかしながら、上記のような水平構造やフリップチップ方式では、サファイア基板の熱伝導度が約２７Ｗ／ｍＫであって熱抵抗が非常に大きいため、低い放熱効率に関する問題が発生する。特に、前記フリップチップ方式では、多くの段階のフォトリソグラフィ工程を必要とし、製作工程が複雑になるという短所があった。
【００１６】
一方、垂直構造では、サファイア基板をいわゆるレーザリフトオフ工程によって除去して電極を製作することを特徴とする。
【００１７】
前記レーザリフトオフ工程によると、製作工程が著しく減少し、優れた発光特性を示すという長所がある。しかしながら、従来のレーザリフトオフ工程では、レーザの照射時、サファイア基板とＬＥＤ構造との間に発生する熱応力によってＬＥＤ結晶構造に損傷が発生する。
【００１８】
また、レーザの照射時、Ｇａと分離されて放出されるＮ2ガスがＬＥＤ構造を通過するようになり、ＬＥＤ結晶構造に損傷が発生する。そのため、生産収率が著しく減少し、量産化が困難になるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって、本発明は、従来技術の制約および不都合による一つ以上の問題を大幅に除去する垂直型発光装置（ＬＥＤ）およびその製造方法を提供することである。
【００２０】
本発明の目的は、垂直構造を有するＬＥＤに必要なサファイア基板とＧａＮ系半導体層との間の分離プロセスにおいて基板分離を効率的に行うことができるとともに装置の構造的な安定性を確保することができる垂直型ＬＥＤの製造方法を提供することである。したがって、本発明は、基板が分離された半導体の構造的な特性及び安定性への寄与を大きくすることができ、かつ、安定した分離生産、したがって、生産性を著しく向上することができる。
【００２１】
本発明の他の目的は、光抽出効率を著しく向上することができるだけでなく、光抽出を向上する種々の構造を導入することによって発光特性及び装置の光パターンを制御することができる垂直型発光装置およびその製造方法を提供することである。
【００２２】
本発明の他の利点、目的および特徴は、以下の記載で説明され、当業者に明らかになる。本発明の他の目的および利点は、明細書、特許請求の範囲および図面で特に説明された構造によって実現される。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するための第１観点として、本発明は、基板上に半導体層を形成する段階と、前記半導体層上に第１電極を形成する段階と、前記第１電極上に支持層を形成する段階と、前記基板と前記半導体層との間の界面に弾性応力波を発生させることで、前記基板を前記半導体層から分離する段階と、前記基板が分離して露出された半導体層上に第２電極を形成する段階と、を含んで構成されることが好ましい。
【００２４】
上記目的を達成するための第２観点として、本発明は、複数の半導体層と、前記半導体層の第１面上に位置する第１電極と、前記第１電極の少なくとも一部と前記半導体層の少なくとも一面に位置するパッシベーション層と、前記第１電極とパッシベーション層の一部または全体上に位置する少なくとも一層以上の結合金属と、前記半導体層の第２面上に形成される第２電極と、前記第１電極上に位置する支持層と、を含んで構成されることが好ましい。
【００２５】
上記目的を達成するための第３観点として、本発明は、複数の半導体層と、前記半導体層の第１面上に位置し、少なくとも二層以上から構成される第１電極と、前記半導体層の第２面の少なくとも一部分に形成される光抽出構造と、前記半導体層の第２面に形成される第２電極と、前記第１電極上に位置する支持層と、を含んで構成されることが好ましい。
【００２６】
上記目的を達成するための第４観点として、本発明は、複数の半導体層と、前記半導体層の第１面上に位置する透明導電酸化膜（ＴＣＯ）と、前記透明導電酸化膜上に位置する反射電極と、前記反射電極上に位置する支持層と、前記半導体層の第２面上に位置する第２電極と、を含んで構成されることが好ましい。
【００２７】
上記目的を達成するための第５観点として、本発明は、複数の半導体層と、前記半導体層の少なくとも一面以上に位置するパッシベーション層と、前記半導体層とパッシベーション層の一部または全体上に位置し、前記半導体層とオーミック接触するオーミック電極および金属層または金属もしくは半導体の結合のための層である接続金属層とが一体に形成された第１電極と、前記半導体層の第２面上に形成される第２電極と、前記第１電極上に位置する支持層と、を含んで構成されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図８】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図９】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１２】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１３】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１４】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１５】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１６】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１７】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１８】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図１９】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２０】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２１】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２２】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２３】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２４】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２５】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２６】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２７】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２８】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図２９】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３０】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３１】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３２】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３３】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３４】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３５】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３６】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３７】本発明の第１実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３８】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図３９】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４０】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４１】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４２】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４３】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４４】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４５】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４６】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４７】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４８】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図４９】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図５０】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図５１】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図５２】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図５３】本発明の第２実施例の各製造段階を示す断面図である。
【図５４】本発明の第３実施例を示す断面図である。
【図５５】本発明の第４実施例を示す断面図である。
【図５６】本発明の第５実施例を示す断面図である。
【図５７】本発明の光抽出構造の例を示す概略図である。
【図５８】本発明の光抽出構造の例を示す概略図である。
【図５９】本発明の光抽出構造の例を示す概略図である。
【図６０】本発明の光抽出構造の例を示す概略図である。
【図６１】本発明の光抽出構造の例を示す概略図である。
【図６２】光抽出構造による光抽出効率を示すグラフである。
【図６３】光抽出構造による光抽出効率を示すグラフである。
【図６４】四角形格子構造を有する光抽出構造の発光を示す写真である。
【図６５】準結晶格子構造を有する光抽出構造の発光を示す写真である。
【図６６】アルキメデス格子構造の単位格子を示す概略図である。
【図６７】１２回準結晶格子構造の単位格子を示す概略図である。
【図６８】本発明の第６実施例を示す断面図である。
【図６９】本発明の反射電極の厚さに対する反射率を示すグラフである。
【図７０】本発明の反射電極の厚さに対する反射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、多様な修正及び変形が可能であり、以下、その特定の実施例が添付の図面に基づいて詳細に説明される。しかし、本発明は、開示された特別な形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定義された本発明の思想と合致する全ての修正、均等及び代用を含んでいる。
したがって、本発明が種々の変更および変形を許容するとしても、特定の実施例を図示するとともに詳細に説明する。しかしながら、本発明は、開示した特定の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で規定されるような本発明の範囲内にある全ての変形、等価物および変更をカバーする。
【００３０】
図中、同一の図面符号は、同一の要素を示している。各図面において、各層及び領域の寸法は、明瞭のために誇張されている。
【００３１】
層、領域または基板などの要素が他の構成要素“上（ｏｎ）”に存在すると表現される場合、層、領域または基板などの要素が直接的に他の要素上に存在したり、または、その間に中間要素が存在するものとして理解できる。また、表面などの構成要素の一部が‘内部（ｉｎｎｅｒ）'と表現される場合、表面などの構成要素の一部が、その要素の他の部分よりも素子の外側から一層遠くにあることを意味するものと理解できる。
【００３２】
上記のような用語は、図面によって描写された方向に加えて、素子の他の方向も含む意図を持つものとして理解できる。最後に、‘直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）'という用語は、中間に介入する要素が全くないことを意味する。ここで用いられる‘および／または'という用語は、記録された関連項目の一つまたはそれ以上の何れかの組み合わせ、及び全ての組み合わせを含んでいる。
【００３３】
第１及び第２などの用語は、多様な要素、成分、領域、層および／または地域を説明するために用いられるが、これら要素、成分、領域、層および／または地域は、これら用語によって限定されてはならない。
【００３４】
以下、本発明の各実施例は、例えば、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）系基板などの非導電性基板上に形成された窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光素子（ＬＥＤ）を参照して説明する。しかし、本発明は、このような構造によって限定されるものではない。
【００３５】
本発明の各実施例は、導電性基板を含めて他の基板を使用することができる。したがって、ＧａＰ基板上のＡｌＧａＩｎＰ発光素子、ＳｉＣ基板上のＧａＮ発光素子、サファイア基板上のＳｉＣダイオード、および／またはＧａＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＺｎＯおよび／または他の基板上の窒化物系発光素子などの組み合わせが含まれる。本発明において、活性層領域は、発光素子領域の使用に限定されるものではない。また、活性層領域の他の形態を、本発明の一部の実施例にしたがって使用することもできる。
【００３６】
[半導体薄膜構造]
【００３７】
図１に示すように、基板１００上に、通常の半導体工程技術、例えば、有機金属化学相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）などの方法によって複数の窒化物系半導体層２００が形成される。
【００３８】
この半導体層２００は、窒化ガリウム（ＧａＮ）のような同種基板１０に形成されるか、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの異種基板１０上に形成される。以下、サファイア基板１００に半導体層２００を形成する場合を例に挙げて説明する。
【００３９】
半導体層２００は、基板１００上に順次形成されて第１半導体層２１０、活性層２２０及び第２半導体層２３０を含む構造を有する。このとき、第１半導体層２１０は、ｎ-型ＧａＮ半導体層であり、第２半導体層２３０は、ｐ-型ＧａＮ半導体層であるが、場合によっては、その反対に形成されることもある。
【００４０】
配向決定構造を有するサファイア基板１００上に、窒化物からなる薄膜を成長させる場合、格子不整合によって薄膜の品質が低下することがある。そのため、まず、サファイア基板１００上にバッファ層１１０を形成し、このバッファ層１１０上に複数のＧａＮ半導体層２００を形成することが好ましい。
【００４１】
このとき、上記のようなバッファ層１１０を、基板１００上にシード（ｓｅｅｄ）の役割をして低温で成長される第１バッファ層と、この第１バッファ層上に形成され、ドーピングされていないＧａＮ半導体層（図示せず）からなる第２バッファ層と、から構成することができる。
【００４２】
また、前記第１バッファ層を、ＩｎxＡｌ1-xＮまたはＩｎxＡｌ1-xＮ／ＧａＮ超格子層から構成することもできる。
【００４３】
活性層２２０は、IｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ：ＱＷ）構造をなしている。その他に、ＡｌＧａＮ、ＡｌIｎＧａＮなどの材料も活性層２２０として用いられる。この活性層２２０では、後に形成される電極を通して電界を印加したとき、電子-正孔対の結合によって光が発生するようになる。
【００４４】
また、この活性層２２０は、輝度向上のために量子井戸構造（ＱＷ）が複数個形成され、多重量子井戸（ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）構造をなしている。
【００４５】
上記のように、基板１００上には、ＧａＮバッファ層１１０、第１半導体層２１０、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するIｎＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａIｎＮ活性層２２０及び第２半導体層２３０を含む一連のＧａＮ半導体層２００を順次形成する。
【００４６】
このとき、通常、サファイア基板１００は、約３３０〜４３０μｍの厚さを有し、前記一連のＧａＮ系の半導体層２００は、その全体厚さが約１０μｍ以下である。
【００４７】
一方、図２に示すように、第２半導体層２３０上に、電流拡散層２４０を形成することもできる。この電流拡散層２４０には、IｎxＧａ1-xＮ層またはIｎxＧａ1-xＮ／ＧａＮ超格子層が用いられる。
【００４８】
電流拡散層２４０は、キャリア移動を向上させ、電流の流れを円滑にする役割をし、電流輸送エンハンスト層（ＣＴＥＬ）ともいう。
【００４９】
[トレンチエッチング]
【００５０】
次いで、図３に示すように、後ほどにチップが完成したときに分離するためのチップ分離領域に乾式エッチング法を用いてエッチングを行う。すなわち、一連のＧａＮ系半導体層２００を貫通して基板１００の表面部分までエッチングし、複数のトレンチ３００を形成する。
【００５１】
一連のＧａＮ系半導体層２００及びサファイア基板１００は、その硬度が強いため、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、特に、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ  ＲＩＥ）によってトレンチ３００を形成することが好ましい。
【００５２】
上記のようなトレンチ３００を形成するために、ホトレジスト膜（図示せず）をスピンコーティングによってＧａＮ系半導体層２００上に塗布し、その後、塗布されたホトレジスト膜の選択的露光及び現像工程を経てホトレジスト膜パターン（図示せず）を形成する。このように形成されたホトレジスト膜パターンをエッチングマスクとして用いて、ＩＣＰ  ＲＩＥ方式によってＧａＮ系半導体層２００及びサファイア基板１００の表面部分までエッチングすることで、トレンチ３００を形成する。
【００５３】
上記の工程におけるマスクには、ホトレジスト（Ｐｈｏｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔ：ＰＲ）または金属マスクを使用する。この金属マスクには、Ｃｒ、ＮｉまたはＡｕなどが用いられる。
【００５４】
[１次オーミック／反射電極構造]
【００５５】
その後、図４に示すように、トレンチ３００形成によって個別的に分離された半導体層２００の上部には、第１電極４１０が形成される。
【００５６】
第１電極４１０は、図５に示すように、透明電極４１１及び反射電極４１２からなる。
【００５７】
すなわち、オーミック特性を確保するために、透明導電酸化膜（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）を用いて透明電極４１１を形成する。すなわち、この透明電極４１１は、オーミック電極として用いられる。
【００５８】
透明電極４１１が用いられる場合、透明導電酸化膜（ＴＣＯ）を用いて透明電極４１１を電流拡散層２４０上に形成することが一層有利である。
【００５９】
上記の構造において、電流拡散層２４０の仕事関数は、第２伝導性半導体層２３０をなすＰ-型ＧａＮ半導体層の仕事関数より小さく、透明電極４１１の仕事関数より大きい。
【００６０】
また、電流拡散層２４０と第２半導体層２３０の仕事関数の範囲は、一部領域で重畳し、前記第２半導体層２３０と透明電極４１１の仕事関数も、一部領域で重畳する。
【００６１】
透明電極４１１をなす透明伝導性酸化物には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）層が用いられるが、その他にも、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）、ＭＺＯ（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）またはＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）などの材料が用いられる。
【００６２】
透明電極４１１上には、上述したように、反射電極４１２が形成される。この電極構造の長所は、反射率を高められる点にある。
【００６３】
反射電極４１２は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などで形成され、後に支持層が形成される場合、シード金属または結合金属である接続金属層として用いることができる材料を、反射電極４１２の形成に用いることができる。
【００６４】
その後、図６に示すように、第１電極４１０が形成された半導体層２００間のトレンチ３００領域には、パッシベーション層５１０が形成される。
【００６５】
[パッシベーション構造]
【００６６】
パッシベーション層５１０は、個別に分離された半導体層２００及びチップを保護し、漏れ電流を抑制し、後に行われる基板１００の分離工程時、半導体層２００に加えられる衝撃を緩和しながらチップ分離を容易にする。
【００６７】
パッシベーション層５１０をなす材料には、ＳｉＯ2、ＳＵ−８（エポキシ系ＰＲ）、ＷＰＲ（アクリル系ＰＲ）、ＳＯＧ、ポリイミドなどが用いられ、材料の硬度、弾性係数、透過率、材料間の接着などを考慮して選択される。上述した材料は、単独に使用するか、複数を組み合わせて使用する。
【００６８】
パッシベーション層５１０をなす材料の機械的特性を、下記の表１及び表２に基づいて察すると、ＳｉＯ2は、その引張強度（Ｔｅｎｓｉｌｅ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）や弾性係数値が他の材料より優れており、チップ分離工程時に発生する応力に最も良く耐えられることが分かる。また、ＳｉＯ2は、サファイア基板１００との接着力がＳＵ−８物質より低い値を示しており、応力伝播（Ｓｔｒｅｓｓ  Ｒｅｌｅａｓｅ）過程でチップに加えられる衝撃が少ないことが分かる。
【００６９】
【表１】
2009541989.tif 000003
【００７０】
【表２】
2009541989.tif 000004
【００７１】
上記のような材料は、図６に示した構造に適用され、発光素子を製作するのに有利に作用する。ただし、ＳｉＯ2を単独で使用する場合、チップ分離工程時に発生する応力に起因した微細な隙間を通して漏れ電流が増加することもある。これを改善するために、ＳｉＯ2とＳＵ−８の組合せを用いたパッシベーション層５１０構造が用いられる。
【００７２】
パッシベーション層５１０は、第１電極４１０の少なくとも一部と半導体層２００の少なくとも一面を覆うように形成される。例えば、第１電極４１０が透明電極４１１及び反射電極４１２からなる場合、これら透明電極４１１及び反射電極４１２の少なくとも一部と半導体層２００の側面を覆うように形成する。
【００７３】
また、透明電極４１１の所定の部分及び半導体層２００の側面を覆うパッシベーション層５１０を形成した後、透明電極４１１上に反射電極４１２を形成する。
【００７４】
このとき、反射電極４１２は、複数の層からなり、すなわち、第１金属層（図示せず）と、この第１金属層上に位置する拡散防止層と、この拡散防止層上に位置する第２金属層と、からなる。
【００７５】
第１金属層としては、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ及びＡｇのうち何れか一つまたはこれらの任意の組合せの合金が用いられ、拡散防止層としては、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔなどの層が用いられ、第２金属層としては、Ａｕ層またはＣｕ層が用いられる。
【００７６】
また、第１金属層、拡散防止層及び第２金属層は、単一の合金層で形成される。
【００７７】
一方、透明電極４１１と反射電極４１２との間には、接着層（図示せず）が位置し、この接着層としては、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒなどが用いられる。
【００７８】
また、第１電極４１０としては、オーミック特性及び反射特性を一緒に適用可能な一体型電極が用いられる。この一体型電極は、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ及びＡｇのうち何れか一つまたはこれらの任意の組合せの合金で形成される。
【００７９】
一方、第１電極４１０は、複数の層からなり、すなわち、まず、第１金属層（図示せず）からなるが、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ及びＡｇのうち何れか一つまたはこれらの任意の組合せの合金が用いられる。
【００８０】
第１金属層の上部には、拡散防止層としてＮｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔなどの層が用いられ、その上部には、主に第２金属層としてＡｕ層またはＣｕ層が用いられる。
【００８１】
また、第１金属層、拡散防止層及び第２金属層は、単一の合金層で形成される。
【００８２】
その後、オーミック特性を確保するために熱処理を行うが、この熱処理温度は、３００〜７００℃であり、雰囲気ガスとしてＮ2、Ｏ2が用いられる。
【００８３】
第２金属層は、接続金属層として用いられる一方、個別の接続金属を適用することもできる。
【００８４】
その後、図７に示すように、第１電極４１０とパッシベーション層５１０の一部または全体を覆う少なくとも一つの接続金属層４２０を形成する。
【００８５】
接続金属層４２０は、後にメッキやウェハーボンディングなどの方法で支持層を形成するためのもので、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ及びＡｇのうち何れか一つもしくはこれらの任意の組合せの合金、または、二つ以上の積層で形成することができる。
【００８６】
接続金属層は４２０は、メッキなどの方法で支持層を形成するための金属として用いられ又は個別のウェハーを付着するためのボンディング金属となることができる。
【００８７】
[ホトレジスト（ＰＲ）ポスト構造]
【００８８】
次いで、図８に示すように、パッシベーション層５１０が形成されたチップ分離領域の上側、すなわち、反射電極４２０の上側には、チップ分離を容易にするためにＰＲポスト６１０を形成する。
【００８９】
このＰＲポスト６１０は、チップ分離のために比較的厚いフォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔ：ＰＲ）を所望の構造に作る役割をする。このＰＲポスト６１０の高さは、２０〜３０μｍまたは２０〜１５０μｍ程度であり、その幅は、１０〜数十μｍの範囲に達する。このＰＲポスト６１０は、レーザスクライビングを用いたチップ分離時にも有利に用いられる。
【００９０】
すなわち、ＰＲポスト６１０は、ＰＲ材料を用いて各チップ分離領域に障壁を形成する構造と見なすこともできる。
【００９１】
[１次メッキ]
【００９２】
上記のように形成されたＰＲポスト６１０の上側に、図９〜図１１に示すようにメッキなどの方式で支持層７００を形成する。
【００９３】
この支持層７００は、全体が一体に形成されるか、図９〜図１１に示すように分離されて形成される。
【００９４】
すなわち、前記ＰＲポスト６１０と同一か小さい高さで、第１支持層７１０が最初に形成される。この第１支持層７１０は、ＰＲポスト６１０の厚さより小さい約５μｍの高さを有するよう形成される。
【００９５】
この支持層７００の厚さは、最終チップの厚さを考慮して決定され、第１支持層７１０の厚さは、５０〜１５０μｍの範囲の値を有する。
【００９６】
[ＥＳＬ；エッチング停止層]
【００９７】
図１０に示すように、この第１支持層７１０上に、エッチング停止層７２０を形成する。このエッチング停止層７２０は、第１支持層７１０の上端部に形成されたＰＲポスト６１０の突出領域を含む全領域を被覆する金属層として形成される。
【００９８】
よって、最終チップの分離時、後にエッチング停止層７２０の上側に形成される第２支持層７３０を除去する場合に均一にエッチングし、最終チップ形成段階で均一な厚さのチップが得られる。
【００９９】
通常、第１支持層７１０または第２支持層７３０は、銅（Ｃｕ）を用いて形成される。エッチング停止層７２０は、Ｃｕエッチャントに対して耐エッチング性を持つ金属成分を利用することができ、Ｃｒ、ＮｉまたはＡｕなどを単独に使用したり、それらの合金を使用することができる。
【０１００】
[２次メッキ]
【０１０１】
図１１に示すように、エッチング停止層７２０上には第２支持層７３０が形成され、この第２支持層７３０は、約５０〜１５０μｍの範囲の厚さを有するように形成する。この第２支持層７３０は、後のチップ分離過程でＣｕ専用エッチャント剤を用いて除去され、この第２支持層７３０は、基板１００の分離時、チップハンドリングに安定した構造を形成する支持層としての役割をする。この第２支持層７３０は、メッキによって形成される。
【０１０２】
[ＬＬＯ；レーザリフトオフ]
【０１０３】
その後、図１２に示すように、基板１００の分離過程によって基板１００が分離される。この基板１００の分離過程は、レーザを用いてレーザリフトオフ（Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ：ＬＬＯ）過程によって行われる。
【０１０４】
前記基板１００を半導体層２００から分離する工程は、サファイア基板１００とＧａＮ系の半導体層２００との間に弾性応力波を発生させることで直ちに行われる。
【０１０５】
上記のような基板１００の分離過程は、次のような過程によって行われる。すなわち、２４８ｎｍの波長を有するＫｒＦエキシマレーザビームまたは１９３μｍの波長を有するＡｒＦエキシマレーザビームを、サファイア基板１００とＧａＮ系の半導体層２００との間の界面にサファイア基板１００を通して照射する。
【０１０６】
上記波長の範囲を有する光は、サファイア基板１００によっては吸収されないが、ＧａＮ系半導体層２００によっては吸収されるので、サファイア基板１００を通過したレーザビームは、半導体層２００に吸収されて急速に加熱される。
【０１０７】
上記のように加熱されたＧａＮ系半導体層２００は、融解後に高温高圧の表面プラズマを発生させる。このようなプラズマ発生現象は、サファイア基板１００と半導体層２００との間の界面のみに閉じ込められる。
【０１０８】
次いで、半導体層２００の融解によって発生したプラズマは、その周辺に急速に膨張する。このようなプラズマの急速な膨張により、基板１００と半導体層２００との間の界面付近に弾性応力波が発生する。
【０１０９】
上記のように、界面で発生した弾性応力波は、サファイア基板１００と半導体層２００に対し、互いに反対方向に物理的な力を加える作用をする。したがって、基板１００とＧａＮ系半導体層２００との分離が直ちに行われる。
【０１１０】
以下、図１３〜図１６を参照して、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との分離に対し、一層詳細に説明する。
【０１１１】
図１３〜図１６は、本発明の方法によるサファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との分離過程を示している。説明の便宜上、サファイア基板１００及びＧａＮ系半導体層２００のみを示した。
【０１１２】
まず、図１３に示すように、２４８μｍの波長を有するＫｒＦエキシマレーザビームまたは１９３μｍの波長を有するＡｒＦエキシマレーザビームを、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との間の界面にサファイア基板１００を通して照射する。
【０１１３】
ターゲット界面に照射されるレーザビームスポットでレーザビームのエネルギー密度を均一に分布させるために、ビームホモジナイザ（ｂｅａｍ  ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）（図示せず）をレーザ光源（図示せず）とサファイア基板１００との間に配置した状態でレーザビームを照射することが好ましい。
【０１１４】
上記のようにビームホモジナイザを使用する場合、レーザビームのエネルギー密度の均一度は約９５％以上を示す。上記の特定波長範囲の光は、サファイア基板１００によっては吸収されないが、ＧａＮ系半導体層２００によっては吸収されるので、サファイア基板１００を通過したレーザビームは、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との間の界面でＧａＮ系半導体層２００によって吸収される。したがって、このＧａＮ系半導体層２００は、レーザビームのエネルギーを吸収することで急速に加熱される。
【０１１５】
上記のように加熱されたＧａＮ系半導体層２００は、融解後、図１４に示すように、高温高圧の表面プラズマを発生させる。このようなプラズマ発生現象は、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との間の界面のみに閉じ込められる。
【０１１６】
次いで、図１５に示すように、ＧａＮ系半導体層２００の融解によって発生したプラズマは、その周辺で急速に膨張する。このようなプラズマの急速な膨張により、サファイア基板１００とＧａＮ系の半導体層２００との間の界面付近に弾性応力波が発生する。
【０１１７】
界面で発生した弾性応力波は、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００に対し、互いに反対方向に物理的な力を加える作用をする。したがって、図１６に示すように、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との分離が直ちに行われる。
【０１１８】
また、レーザビームの照射時にサファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との間の界面で発生する圧力の時間変化を調べるための実験をした。図１７は、通常のピエゾフィルムセンサ（ｐｉｅｚｏ  ｆｉｌｍ  ｓｅｎｓｏｒ）７５０を用いて、レーザビーム照射によって発生する圧力を測定した実験装置を概略的に示した図であり、図１８は、その測定結果を示したグラフである。
【０１１９】
図１７に示すように、エポキシ樹脂７６０を用いてピエゾフィルムセンサ７５０をＧａＮ系半導体層２００上に取り付けた。単一パルスのレーザを照射することで発生する音波の圧力は、ピエゾフィルムセンサ７５０によって検出され、このセンサ７５０から出力される電気的信号をモニタするために、オシロスコープ７７０をピエゾフィルムセンサ７５０に接続した。レーザには、２４８μｍの波長を有するＫｒＦエキシマレーザが用いられており、エネルギー密度は、０．９Ｊ／ｃｍ2であった。センサ７５０によって検出された音波の圧力は、１３×１０-3Ｖ／Ｎの変換係数を使用して電気的信号に変換されて出力された。
【０１２０】
図１８のグラフに示すように、最大値の信号は１５μｓ付近で検出され、最初の主要ピーク期間は約３０μｓであった。その後、その大きさが急激に減衰した幾つかのピークが表れた。
【０１２１】
図１８のグラフの最初のピークに１、２、３及び４で表示された区間は、図１３、１４、１５及び１６にそれぞれ対応する。すなわち、１で表示された時点は、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との間の界面にレーザビームが照射される段階であり、２で表示された時点は、レーザビームの照射によって界面に位置したＧａＮ系半導体層２００部分が融解された後、プラズマが発生する段階であり、３で表示された時点は、発生したプラズマが急激に膨張して弾性応力波を発生させる段階であり、４で表示された時点は、弾性応力波によってサファイア基板１００がＧａＮ系半導体層２００と直ちに分離される段階である。
【０１２２】
最初のピーク期間は、約３０μｓであった。したがって、上記のグラフは、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との間の界面で発生する弾性応力波によってサファイア基板１００がＧａＮ系半導体層２００から分離される時間が、約３０μｓに過ぎないことを説明している。
【０１２３】
一方、レーザビームのエネルギー密度が弾性応力波の発生に及ぼす影響を調べるために、エネルギー密度に変化を与えながら２４８ｎｍのレーザエネルギービーム及び１９３ｎｍのレーザエネルギービームをそれぞれ照射し、弾性応力波によって発生する応力の最高値を測定した。図１９は、２４８ｎｍ及び１９３ｎｍのレーザビームに対し、エネルギー密度による弾性応力を示したグラフである。
【０１２４】
図１９のグラフに示すように、２４８ｎｍのレーザビームの場合、０．５０Ｊ／ｃｍ2以下のエネルギー密度では、弾性応力が非常に弱いか、ほとんど感知されないことが分かる。また、２４８ｎｍ及び１９３ｎｍのレーザビームの全てに対し、０．６０Ｊ／ｃｍ2未満のエネルギー密度である場合、サファイア基板を直ちに分離できなかった。
【０１２５】
すなわち、ＧａＮ系半導体層２００の融解後、プラズマの発生現象が表れる臨界エネルギー密度は、約０．３０Ｊ／ｃｍ2であるので、照射されるレーザが０．３０Ｊ／ｃｍ2以上のエネルギー密度を有する場合、サファイア基板の分離自体は可能であっても、０．６０Ｊ／ｃｍ2未満では直ちに分離できないことが分かる。
【０１２６】
したがって、サファイア基板１００をＧａＮ系半導体層２００から分離するとき、機械的または物理的な力、例えば、弾性応力波を用いるためには、レーザが最小限に０．５０Ｊ／ｃｍ2以上のエネルギー密度を有するべきであり、サファイア基板１００を直ちに分離するためには、レーザが０．６０Ｊ／ｃｍ2以上のエネルギー密度を有することが好ましい。
【０１２７】
一方、図１９のグラフに示すように、同一条件では、１９３ｎｍのレーザビームよりも２４８ｎｍのレーザビームの場合に弾性応力が遥かに高く測定された。これは、レーザビームがサファイア基板を通過するとき、２４８ｎｍのレーザビームよりも１９２ｎｍのレーザビームの損失が一層大きいためである。
【０１２８】
４５０μｍの厚さを有するサファイア基板１００を透過するときに発生する損失を測定した結果、２４８ｎｍのレーザビームの場合、約１５％の損失が発生したが、１９３ｎmのレーザビームの場合、その損失率が約２２％に達した。
【０１２９】
上述したように、サファイア基板１００とＧａＮ系半導体層２００との間の界面で発生した弾性応力波は、レーザビームスポット領域内のＧａＮ層に大きな衝撃を加えるようになる。
【０１３０】
図２０は、１．０Ｊ／ｃｍ2のエネルギー密度を有する２４８ｎｍのレーザビームが一体型のＧａＮ層とサファイア基板との間の界面に照射されたとき、発生した弾性応力波によって加えられた衝撃を示すＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真である。
【０１３１】
図２０において、矢印ａは、四角形のビームスポットの縁部付近で発生したＧａＮ系半導体層２００の損傷を示し、矢印ｂは、界面で展開される弾性応力波の軌跡を示す。すなわち、図２０の写真に示すように、照射されるレーザビームが過度に高いエネルギー密度を有する場合、弾性応力波による大きな衝撃によってＧａＮ層に損傷が発生しうる。
【０１３２】
したがって、サファイア基板１００を直ちに分離すると同時に、ＧａＮ系半導体層２００の損傷を防止するためには、照射されるレーザビームのエネルギー密度を最適化する必要がある。
【０１３３】
上記のように、レーザビームの最適のエネルギー密度を求めるために、一体型のＧａＮ層とサファイア基板との間の界面に照射されるレーザビームのエネルギー密度がそれぞれ０．７５Ｊ／ｃｍ2、０．８０Ｊ／ｃｍ2、０．８５Ｊ／ｃｍ2、０．９０Ｊ／ｃｍ2、０．９５Ｊ／ｃｍ2及び１．００Ｊ／ｃｍ2である場合に発生するＧａＮ系半導体層２００の損傷を観察した結果、図２１〜図２６に示したＳＥＭ写真を得られた。
【０１３４】
図２１〜図２６に示すように、一体型のＧａＮ層とサファイア基板とを分離する場合、照射されるレーザビームのエネルギー密度が０．７５ Ｊ／ｃｍ2であると、発生する損傷が軽微であるが、０．７５Ｊ／ｃｍ2を超えると、エネルギー密度が高くなることで、ＧａＮ系半導体層の損傷が漸次激しくなることが分かる。したがって、一体型のＧａＮ層とサファイア基板とを分離するとき、最適のレーザビームエネルギー密度の範囲は、０．６０〜０．７５Ｊ／ｃｍ2である。
【０１３５】
本発明の好ましい実施例で既に述べたように、ＧａＮ系半導体層にトレンチを形成するとき、このＧａＮ系半導体層を通過してサファイア基板に達したり、基板の一部にまで食い込むトレンチを形成することで、サファイア基板とＧａＮ系半導体層との間の界面で発生する弾性応力波の横方向の伝播を遮断できる。
【０１３６】
したがって、一層広範囲のエネルギー密度領域でＧａＮ層の損傷を防止できるが、１．１０Ｊ／ｃｍ2までの高いエネルギー密度においてもＧａＮ層に損傷が全く発生しないことを観測できた。したがって、上記のようなトレンチが形成される場合、好ましいレーザビームのエネルギー密度は、０．６０〜１．１Ｊ／ｃｍ2である。
【０１３７】
以上のような過程によってサファイア基板１００が除去されると、図２７に示した構造になる。その後、ＧａＮ系半導体層２００のバッファ層１１０は、エッチングによって除去され、その結果、図２８に示した構造が残るようになる。
【０１３８】
上記のように、基板１００及びバッファ層１１０が除去された状態では、半導体層２００のｎ-型の第１半導体層２１０が露出され、このように露出された面には、第２電極８１０が形成される。この場合、第２電極は、ｎ-型電極になり、第２半導体層２３０とオーミック接触可能なオーミック電極になる。
【０１３９】
[表面光抽出構造]
【０１４０】
上述したように、基板１００を除去して露出された第１半導体層２１０には、図２９に示すように、光抽出構造９００が形成され、発光素子から発生した光の光抽出効率を一層向上させることができる。
【０１４１】
上記のような光抽出構造９００の形成方法には、三つの方法が挙げられる。
【０１４２】
第一に、基板１００上にバッファ層１１０及び半導体層２００を成長させるとき、図３０に示すように、基板１００にでこぼこ構造１２０を導入し、バッファ層１１０及び半導体層２００を形成する。図３１には、このように形成されたでこぼこパターン１２０の一例を示している。
【０１４３】
上記のように、でこぼこ１２０が形成された基板１００にバッファ層１１０及び半導体層２００を形成すると、基板１００の分離過程後、第１半導体層２１０の表面にでこぼこ１２０が露出されて光抽出構造９００が形成される。
【０１４４】
第二に、露出された第１半導体層２１０の表面を化学的にエッチングして光抽出構造９００を形成する。図３２は、このようなエッチング過程で形成された光抽出構造９００を示している。
【０１４５】
第三に、微細パターンを形成し、エッチング工程を通して光結晶を形成することで、光抽出構造９００を形成する。図３３は、このような光結晶構造による光抽出構造９００を示している。
【０１４６】
光抽出構造９００が形成された後、第２支持層７３０がエッチングによって除去される。このとき、上述したように、前記エッチング停止層７２０は、第２支持層７３０のエッチャント剤に対して耐エッチング性を有するので、エッチング停止層７２０は、エッチングされずに図３４に示した構造になる。
【０１４７】
その後、図３５に示すように、個別のエッチング過程によってエッチング停止層７２０が除去されると、ＰＲポスト６１０が露出され、このＰＲポスト６１０が除去された後、図３６に示した構造となる。
【０１４８】
図３６に示すように、上述した過程でＰＲポスト６１０が除去された状態では、反射電極４２０及びパッシベーション層５１０によって各チップ分離領域がつながった状態になり、このような構造は、テープ膨張などの方法によって容易に分離される。図３７には、上記のような過程によって最終的に分離されたチップの状態を示している。
【０１４９】
[パッシベーションオープン構造]
【０１５０】
以上、チップ分離領域に形成されるトレンチ３００にパッシベーション層５１０が充填される構造を説明したが、基板１００の分離過程及びチップ分離過程の効率に応じて、トレンチ３００に形成されるパッシベーション構造を異ならせることができる。
【０１５１】
すなわち、基板１００に半導体層２００を形成し、このように半導体層２００が形成された状態でチップ分離領域にトレンチ３００を形成し、半導体層２００上に透明電極４１０を形成した状態で、前記トレンチ３００領域に、図３８に示すように、トレンチ３００一部を充填するパッシベーション膜５２０が形成される。
【０１５２】
基板１００に半導体層２００、トレンチ３００及び第１電極４１０が形成される過程は、上記の実施例と同一である。
【０１５３】
上記のような構造によると、フォトレジストを用いて各チップ間のトレンチ３００領域を全部充填してパッシベーションするのではなく、チップの周囲のみをパッシベーションするパッシベーション膜５２０が形成され、残りの部位は、開口部５２１を形成するために開口する。
【０１５４】
上記のように、パッシベーション膜５２０に開口部５２１を形成すると、パッシベーション膜５２０と基板１００との接着力が低下し、パッシベーション材料を一つの材料（ＳＵ−８またはＷＰＲなどのＰＲ系）で形成することができ、基板１００の分離時に発生する応力をチップ分離領域で軽減する役割をし、その結果、チップに加えられる機械的な損傷を減少し、安定した素子特性を得ることができる。
【０１５５】
実際に、ＳＵ−８などの材料をトレンチ３００に全部充填した状態でレーザリフトオフ（ＬＬＯ）を行うと、ＳＵ−８とサファイア基板１００面との間の高い接着特性によって、レーザリフトオフ時に発生する応力を効果的に解消できない。よって、チップに衝撃が伝達されることで、クラックの発生、チップの割れ（Ｃｈｉｐ  ｂｒｅａｋ）、薄膜の剥離などの現象が発生する。
【０１５６】
したがって、開口部５２１を有するパッシベーション膜５２０でパッシベーションを行う構造を形成しながら、一部領域のみがサファイア基板１００上に取り付けられる構造は、レーザリフトオフ時に基板１００と容易に分離される。
【０１５７】
[トレンチ充填構造]
【０１５８】
上記のように、トレンチ３００の一部にパッシベーション膜５２０が形成されるので、図３８に示すように、チップ分離領域に形成されたトレンチ３００に空間が形成される。このとき、図３９に示すように、この空間の少なくとも一部に金属層５３０を充填すると、この金属層５３０は、レーザリフトオフ時に発生する応力を更に軽減する役割をする。
【０１５９】
金属層５３０の形成構造は、レーザリフトオフ時に応力を軽減するとともに、チップ分離を容易にするために適用された構造である。この金属層５３０は、図３９に示すように、パッシベーション膜５２０が形成されたトレンチ３００の一部領域に充填されるか、または、全ての領域に充填される。
【０１６０】
前記金属層５３０は、透明電極４１０の形成後、反射電極４２０の形成前に形成される。すなわち、図４０に示すように、金属層５３０の形成後、結合金属４２０が形成される。
【０１６１】
前記金属層５３０には、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕまたはこれらの組み合わせが用いられる。
【０１６２】
反射電極４２０が形成された後、図４１に示すように、チップ分離領域にＰＲポスト６２０が形成される。その後、このＰＲポスト６２０間の領域には、図４２に示すように第１支持層７４０が形成される。
【０１６３】
また、第１支持層７４０は、反射電極４２０の上側を覆って支持してもよい。したがって、半導体層２００を覆うと同時に、半導体層２００の側面部位も一緒に覆って支持する縁部７４１が形成されることで、一層効果的にチップを支持することができる。
【０１６４】
その後、図４３及び図４４に示すように、第１支持層７４０上には、エッチング停止層７２０及び第２支持層７３０が順に形成される。このような過程は、上記の実施例と同一である。
【０１６５】
また、上記のように形成された構造で、図４５に示すように、基板１００が除去され、その後、バッファ層１１０も一緒に除去される。このとき、パッシベーション膜５２０を保護する保護層５４０が追加的に形成されることで、図４６に示した構造となる。
【０１６６】
その後、図４７〜図５０で示す過程によって、基板１００が除去されて露出された第１半導体層２１０上には、光抽出構造９００及び第２電極８３０が形成される。
【０１６７】
上記のような過程は、まず、図４７に示すように、第２電極８３０形成のためのマスク８２０を形成した状態で、図４８に示すように、光抽出構造９００を形成する。この光抽出構造９００は、上述した通りである。すなわち、第１半導体層２１０面を処理して光抽出構造９００を形成するか、または、基板１００にでこぼこを形成した状態で半導体層２００を形成し、光抽出構造９００を形成する。
【０１６８】
その後、図４９に示すように、マスク８２０が除去され、図５０に示すように、電極物質によって第２電極８３０を形成する。
【０１６９】
上記のような過程で第２電極８３０が形成された後、図５１及び図５２に示すように、第２支持層７３０及びエッチング停止層７２０を順次除去した後、ＰＲポスト６２０を除去すると、図５２に示した状態になる。
【０１７０】
その後、テープ膨張などの方法でチップを個々のチップに分離することで、図５３に示した構造となる。
【０１７１】
一方、上述した製造過程において、基板及びチップ分離過程と関連したパッシベーション及びＰＲポストに関する構造には、多様な例が挙げられる。
【０１７２】
すなわち、図５４に示すように、パッシベーション膜５２０を用いて半導体層２００間のトレンチ領域を一部充填し、パッシベーション膜５２０及び半導体層２００の上側に反射シード金属層４４０を形成することができる。
【０１７３】
反射接続金属層４４０は、複数の層からなる。すなわち、まず、第１金属層（図示せず）からなるが、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇまたはこれらの任意の組合せの合金が用いられる。
【０１７４】
第１金属層の上部には、拡散防止層としてＮｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｔなどの層が用いられ、その上部には、主に第２金属層としてＡｕ層またはＣｕ層が用いられる。
【０１７５】
また、第１金属層、拡散防止層及び第２金属層は、合金をなして一つの層で形成される。
【０１７６】
上記のように、反射シード金属層４４０が形成される場合、第１電極４１０は、透明電極であり、この透明電極は、透明導電酸化膜（ＴＣＯ）からなる。
【０１７７】
また、透明導電酸化膜としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＭＺＯまたはＧＺＯなどの材料が用いられる。
【０１７８】
上記のような過程で形成されたパッシベーション膜５２０間のチャネル領域６３１の上側に、ＰＲポスト６３０を形成することができ、このような構造によって、各チップの分離過程が一層容易になる。
【０１７９】
図５５は、半導体層２００間に形成されたトレンチに、まず、ＰＲポスト６４０を形成した後、パッシベーション層５５０を形成した実施例を示している。
【０１８０】
上記のように、パッシベーション層５５０の形成後、シード金属層及び反射電極４４０を形成し、その後の過程は上述した通りである。
【０１８１】
また、図５６に示すように、支持層７００を単一層で形成することもできる。すなわち、トレンチ領域には、まず、パッシベーション膜５２０を形成し、このパッシベーション膜５２０を充填するパッシベーション層５６０を形成することで、二重のパッシベーション構造を形成する。
【０１８２】
その後、パッシベーション層５６０を覆うシード金属層及び反射電極４５０を形成し、その後に、ＰＲポスト６１０及び単一層の支持層７００を形成した構造を用いることができる。
【０１８３】
一方、上記の多様な構造で、テープ膨張によるチップ分離過程の他にも、レーザースクライビングを用いてチップを分離することができる。すなわち、２６６ｎｍまたは３５５ｎｍの波長を有するレーザーをトレンチ３００側に照射してチップを分離することができる。
【０１８４】
このとき、レーザーは、支持層７００側からトレンチ３００側方向に照射される。また、このレーザーは、基板が除去されて露出された面からトレンチ３００方向に照射されるか、両方向で照射される。
【０１８５】
このとき、ＬＬＯ工程によって露出された第１半導体層２１０の面をＰＲ酸化物を用いて保護することができる。
【０１８６】
また、レーザー照射後、完全な分離が行われないと、追加的なチップブレーキング（ｃｈｉｐ  ｂｒｅａｋｉｎｇ）方法を用いてチップを分離する。
【０１８７】
[光抽出構造の補充]
【０１８８】
以下、上述した過程で製造された発光素子チップの光抽出効率を、光抽出構造９００と関連して説明する。
【０１８９】
図５７〜図６１には、前記光抽出構造９００をなすホール９１０パターンの多様な例を示している。
【０１９０】
すなわち、上述した光抽出構造９００は、光結晶（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ：ＰＣ）構造をなしており、この光結晶構造の例として、図５７に示した四角形格子構造、図５８に示した三角形格子構造、図５９に示したアルキメデス型（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ  Ｌｉｋｅ）格子構造、図６０に示した１２角形準結晶（１２-ｆｏｌｄ  Ｑｕａｓｉｃｒｙｓｔａｌ）及び図６１に示したランダム構造などが挙げられる。
【０１９１】
上記のような光結晶構造は、ホール９１０とホール９１０との間隔、すなわち、周期をＡとしたとき、ホール９１０の直径が０．１Ａ〜０．９Ａの値を有し、ホール９１０の深さが、０．１μｍからＧａＮ系半導体層２００の第１半導体層２１０、すなわち、本実施例ではｎ-型半導体層の厚さまでの値を有する。
【０１９２】
また、上記のような光結晶構造は、上記のパターンを形成する単位形状、すなわち、ホール９１０間の間隔が、発光する光の波長の０．８倍であり、ホール９１０の半径がホール９１０間の間隔の約０．２５倍であることが好ましく、窒化物系発光素子に適用される場合、各ホール９１０間の間隔、すなわち、周期が０．５〜２μｍであることが好ましい。
【０１９３】
本発明の発光素子に、上述した各光結晶構造の例を適用して測定した光抽出効率は、図６２及び図６３に示している。
【０１９４】
図６２に示すように、アルキメデス型（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ）格子構造及び準結晶（Ｑｕａｓｉｃｒｙｓｔａｌ）構造は、光結晶構造がない場合と、図５８に示した三角形格子構造よりも優れた光抽出効率を示すことが分かる。
【０１９５】
また、図６３に示すように、このようなアルキメデス型格子構造及び準結晶構造は、四角形格子構造、三角形格子構造及びランダム構造よりも優れた光抽出効率を示すことが分かる。
【０１９６】
したがって、光抽出構造９００としては、アルキメデス型格子構造及び準結晶構造を適用することが有利である。
【０１９７】
図６４及び図６５には、四角形格子構造の光結晶を有する発光素子及び準結晶構造を有する発光素子の発光面をそれぞれ示している。
【０１９８】
四角形格子構造である場合は、複数個のビームスポットが表れ、光の放出角度は、見る方向に依存する。それに対し、準結晶構造である場合は、単一スポットが表れ、ガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）ビームプロファイルを示す。
【０１９９】
上述したアルキメデス型格子構造及び準結晶構造の特性は、図６６及び図６７に示す通りである。
【０２００】
まず、図６６に示したアルキメデス型格子構造は、三角形格子構造の一種である。ただし、これらの差異点は、結晶をなす単位セル９２０内に含まれるホール９１０の個数が１個でなく１９個であることにある。
【０２０１】
このとき、これら１９個のホール９１０のうち、隣接する単位セル９２０と共有するホール９１０を考慮すると、１３個のホール９１０が一つの単位セル９２０に含まれる。
【０２０２】
上記のような格子構造は、広範囲で見ると、６角対称性を維持するが、単位セル９２０の最外郭部分に１２個のホール９１０が位置するという事実により、１２角対称性の性質が同時に表れる。また、このアルキメデス型格子構造は、並進対称性を有する。
【０２０３】
これは、発光素子のように、光の全ての入射角に対して同等の性質を必要とする応用分野によく活用される。
【０２０４】
また、図６７に示した１２角準結晶（ｄｏｄｅｃａｇｏｎａｌ  ｑｕａｓｉｃｒｙｓｔａｌ）は、単位セル９２０が１９個のホール９１０からなる点ではアルキメデス型格子構造と同一であるが、並進対称性が成立せず、各単位セル９２０が回転しながら配置されるという点で異なっている。
【０２０５】
しかし、これら二つの構造は、フーリエ空間（Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｓｐａｃｅ）上での形態が非常に類似しているので、光の回折と関連した多様な性質などで非常に類似した特性を示す。
【０２０６】
上記のような準結晶内のホール９１０の位置は、２次元平面を正三角形及び正四角形で充填するとき、各単位セルの頂点に対応し、このように、正三角形及び正四角形で充填する方式と、断片に対応する単位セルの種類によって多様な形態の準結晶を具現可能である。
【０２０７】
[統合電極／反射電極]
【０２０８】
一方、上述した製造過程で、図６８に示すように、ＧａＮ系半導体層２００と、この半導体層２００間に形成されるパッシベーション層５１０の全体または一部上には、一つの統合電極４３０が形成される。
【０２０９】
統合電極４３０は、一つの金属または複数の金属の合金で形成され、半導体層２００とオーミック接触可能であり、反射電極及び種金属としての機能を含む。
【０２１０】
統合電極４３０を用いると、簡単な構造をなすようになり、この統合電極４３０上には、支持層が形成される。
【０２１１】
一方、上述した多様な実施例に用いられる反射電極には、上述したように、ＡｇまたはＡｌが用いられる。反射電極の厚さによる反射率を説明すると、下記の通りである。
【０２１２】
反射率は、反射電極がＧａＮ半導体層とＮｉとの間に位置した場合の反射率を示している。
【０２１３】
ＧａＮ半導体層、Ｎｉ、及び反射電極であるＡｇ及びＡｌの屈折率ｎ、波数（ｗａｖｅ  ｎｕｍｂｅｒ；Ｋ）及び表皮深さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ；α-1）は、表３に示す通りである。ここで、表皮深さは、電磁気場の振幅がｅ-1に減少するまで浸透可能な距離である。
【０２１４】
【表３】
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【０２１５】
上記のような反射電極の厚さによる反射率は、図６９及び図７０に示すように、所定厚さを超える場合、反射率が漸次飽和する傾向を示す。
【０２１６】
すなわち、図６９では、Ａｇの場合の反射率を示しており、厚さが３０ｎｍ（３００Å）を超える場合、反射率が８０％以上になることが分かる。
【０２１７】
また、図７０に示すように、Ａｌの反射率は、その厚さが１５ｎｍ（１５０Å）より大きい場合、約８０％以上になることが分かる。
【０２１８】
上記のようなＡｌまたはＡｇで形成される反射電極の反射率の傾向を考慮したとき、反射電極の厚さは、１００Å以上であるときに約７０％以上の反射率を示す。
【０２１９】
上記のように、反射電極の厚さが増加するほど高い反射率を有するが、このような反射率は漸次飽和されるので、その厚さが１００Å以上であれば充分であり、発光素子の全体厚さを考慮したとき、反射電極を、約５００ｎｍ（５０００Å）までの厚さで形成することができ、もちろん、それ以上の厚さで形成することも可能である。
【０２２０】
上記の実施例は、本発明の技術的思想を具体的に説明するための一例に過ぎなく、本発明は、上記の実施例によって限定されるものではなく、多様な形態に変形可能である。このような技術的思想の多様な実施形態は、全て本発明の保護範囲に属して当然である。
【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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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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３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
2009541989.tif 000069
【図６５】
2009541989.tif 000070
【図６６】
2009541989.tif 000071
【図６７】
2009541989.tif 000072
【図６８】
2009541989.tif 000073
【図６９】
2009541989.tif 000074
【図７０】
2009541989.tif 000075
【国際調査報告】
2009541989.tif 000076
2009541989.tif 000077