(57)【要約】【課題】高出力化および高効率に有効なフリップチップマウントに適した電極配置を有しつつ、面内での発光の均一性をより向上させる。【解決手段】発光素子１０は、２以上の第一導電型側電極２８と、第二導電型側電極２７とを有する。第二導電型側電極２７は、１以上の第二導電型側第１電極部２７ａと、第二導電型側第１電極部２７ａよりも外側に位置して第二導電型側第１電極部２７と直接接している２以上の第二導電型側第２電極部２７ｂと、を含む。第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を平面的な投影図形として見たときに、個々の第一導電型側電極２８は、第二導電型側電極２７と交差しないように、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部２７ｂの間に位置しており、かつ、第二導電型側第１電極部２７ａに近接した位置から半導体発光素子１０の周辺部まで任意の形状で延びて形成されている。【選択図】図１
2011233808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層が積層された薄膜結晶層と、前記第一導電型半導体層に電流を注入する２以上の第一導電型側電極と、前記第二導電型半導体装置に電流を注入する第二導電型側電極と、を有する半導体発光素子であって、
前記第二導電型側電極が、
１以上の第二導電型側第１電極部と、
前記第二導電型側第１電極部よりも外側に位置して前記第二導電型側第１電極部と直接接している２以上の第二導電型側第２電極部と、
を含み、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の前記第一導電型側電極が、前記第二導電型側電極と交差しないように、隣接する任意の２つの前記第二導電型側第２電極部の間に位置しており、かつ、前記第二導電型側第１電極部に近接した位置から前記半導体発光素子の周辺部まで任意の形状で延びて形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第二導電型側第１電極部の電流注入可能な部分について、前記第二導電型側第１電極部を平面的な投影図形として見た時の前記第二導電型側第１電極部の最大長さをＬｐ１ｐ１とし、全ての前記第二導電型側第２電極部の中で、前記第二導電型側第１電極部との接続部の最大幅をＬｐ１ｐ２としたとき、前記最大長さＬｐ１ｐ１と、前記最大幅Ｌｐ１ｐ２との関係が、以下の式
Ｌｐ１ｐ２≦Ｌｐ１ｐ１
を満足することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
全ての前記第二導電型側第２電極部の前記第二導電型側第１電極部との接続部を除く部分の中で、前記第二導電型側第２電極部を平面的な投影図として見たときの前記第二導電型側第２電極部の最大幅をＬｐ２ｐ２とし、全ての前記第二導電型側第２電極部の中で、前記第二導電型側第１電極部との接続部の最大幅をＬｐ１ｐ２としたとき、前記最大幅Ｌｐ２ｐ２とＬｐ１ｐ２との関係が、以下の式、
Ｌｐ１ｐ２≦Ｌｐ２ｐ２
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
２以上の前記第二導電型側第２電極部が、前記第二導電型側第１電極部と接する位置から前記半導体発光素子の周辺部まで渦巻き状に延びるように複数の四角形を組み合わせた形状である、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。
【請求項５】
少なくとも１つの前記第二導電型側第２電極部が、前記半導体発光素子の周辺部から前記第二導電型側第１電極部へ向かう方向の中間部に幅が異なる部分を少なくとも１箇所有しており、前記幅が異なる全ての部位の中での最大幅が、全ての前記第二導電型側第２電極部の残りの部位の中での最大幅以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
基板上に、第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層を有する薄膜結晶層を形成する結晶成長工程と、
前記第二導電型半導体層上の予定された第二電流注入領域上に、１以上の第二導電型側第１電極部と、前記第二導電型側第１電極部よりも外側に位置して前記第二導電型側第１電極部と直接接している２以上の第二導電型側第２電極部とを含んで第二導電型側電極を形成する第二導電型側電極形成工程と、
前記第一導電型半導体層の一部を露出させる第一エッチング工程と、
前記露出された第一導電型半導体層上、または前記基板側に、２以上の第一導電型側電極を形成する第一導電型側電極形成工程であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の前記第一導電型側電極を、前記第二導電型側電極と交差しないように、隣接する２つの前記第二導電型側第２電極部の間に位置しており、かつ、前記第二導電型側第１電極部に近接した位置から前記半導体発光素子の周辺に延びた形状で形成する前記第一導電型側電極形成工程と、
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７】
前記第一エッチング工程の後に、少なくとも前記第二導電型半導体層の一部と露出した前記第一導電型半導体層の一部を覆って絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の少なくとも、前記第二導電型側電極上に形成された一部と前記第一導電型半導体層上に形成された一部を除去する工程と、
をさらに有し、
前記第一導電型側電極形成工程は、前記第一導電型半導体層上の前記絶縁膜が除去された領域上に前記第一導電型側電極を形成することを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第一エッチング工程の後に、少なくとも前記第二導電型半導体層の一部と露出した前記第一導電型半導体層の一部を覆って絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の少なくとも、前記第二導電型側電極上に形成された一部を除去する工程と、
をさらに有し、
前記第一導電型側電極形成工程は、前記基板に接するように前記第一導電型側電極を形成することを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
基板上に、第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層を有する薄膜結晶層を形成する結晶成長工程と、
前記第二導電型半導体層上の予定された第二電流注入領域上に、１以上の第二導電型側第１電極部と、前記第二導電型側第１電極部よりも外側に位置して前記第二導電型側第１電極部と直接接している２以上の第二導電型側第２電極部とを含んで第二導電型側電極を形成する第二導電型側電極形成工程と、
前記基板上に２以上の第一導電型側電極を形成する第一導電型側電極形成工程であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の前記第一導電型側電極を、前記第二導電型側電極と交差しないように、隣接する２つの前記第二導電型側第２電極部の間に位置し、かつ、前記第二導電型側第１電極部に近接した位置から前記半導体発光素子の周辺に延びた形状で形成する前記第一電極形成工程と、
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１０】
少なくとも前記第二導電型半導体層の一部を覆って絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の少なくとも、前記第二導電型側電極上に形成された一部を除去する工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層が積層された薄膜結晶層と、前記第一導電型半導体層に電流を注入する２以上の第一導電型側電極と、前記第二導電型半導体層に直接または間接的に電流を注入する第二導電型側電極と、を有する半導体発光素子の前記第一導電型側電極および第二導電型側電極の設計方法であって、
前記第二導電型側電極を配置する工程と、
２以上の前記第一導電型側電極を配置する工程と、
を有し、
前記第二導電型側電極を配置する工程は、
任意の形状を有する第二導電型側第１電極部を配置する工程と、
前記第二導電型側第１電極部の周囲に、一部が前記第二導電型側第１電極部と接する２以上の第二導電型側第２電極部を配置する工程と、
を含み、
２以上の前記第一導電型側電極を配置する工程は、前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の前記第一導電型側電極を、前記第二導電型側電極と交差しないように、隣接する任意の２つの前記第二導電型側第２電極部の間に位置し、かつ、前記第二導電型側第１電極部に近接した位置から前記半導体発光素子の周辺に延びるように配置する工程を含むことを特徴とする半導体発光素子の電極の設計方法。
【請求項１２】
２以上の前記第二導電型側第２電極部を配置する工程は、１つの前記第二導電型側第２電極部を配置した後、前記第二導電型側第１電極部を中心に回転させた位置および姿勢で、残りの第二導電型側第２電極部を配置することを含む、請求項１１に記載の半導体発光素子の電極の設計方法。
【請求項１３】
２以上の前記第一導電型側電極を配置する工程は、１つの前記第一導電型側電極を配置した後、前記第二導電型側第１電極部を中心に回転させた位置および姿勢で、残りの第一導電型側電極を配置することを含む、請求項１１または１２に記載の半導体発光素子の電極の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、電流注入用の電極の形状および配置に特徴を有する半導体発光素子、その製造方法および半導体発光素子の電極の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）の開発が盛んに行われている。半導体発光素子は、照明装置の光源としても実用化されており、そのような発光素子には、さらなる高出力化および高効率が求められている。
【０００３】
発光素子の高出力化および高効率に有効な構造として、例えば、フリップチップマウント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、基板側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電極によって遮られず、また電極を光の反射面として利用可能であるため、光の取り出し効率が向上する。さらに、発光素子の高出力化および高効率に有効な構造として、例えば、導電性基板を用いた上下導通型発光素子の構造も知られている。この構造の場合、一方の電極が基板側に存在し、他方の電極が、基板上に形成された薄膜結晶層側に存在する。このような構造では、活性層への電流注入が縦方向（薄膜結晶層における各層の積層方向）からの注入となりやすいので、注入効率が向上し、高効率な発光素子を実現できる。
【０００４】
また一方で、近年の発光素子には、面内で均一な発光を得ることも求められている。面内での均一な発光は、発光素子の大面積化に伴ってますます重要になってくる。面内での均一な発光を得るための電極構造として、特許文献１には、ｎ側電極およびｐ側電極を略櫛歯状に形成し、両電極の櫛歯の部分が交互に配列されるようにした構造、および一方の電極が他方の電極で取り囲まれるように両電極を配置した構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１９７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、櫛歯状の電極構造においては、電流の注入源から先端部までの距離が長くなるため、先端部へは十分な電流注入が行われず、結果的に面内での発光の均一性は不十分であった。また、一方の電極が他方の電極で取り囲まれるように両電極を配置した構造では、中心に位置する電極へ電流を注入するためには、もう一方の電極を跨ぐような三次元的な配線が必要になり、高出力化および高効率に有効なフリップチップマウントには不向きである。
【０００７】
本発明は、高出力化および高効率に有効なフリップチップマウント構造および上下導通構造の双方に適した電極配置を有しつつ、面内での発光の均一性をより向上させることのできる半導体発光素子、その製造方法、および半導体発光素子の電極の設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は以下の事項に関する。
【０００９】
[１]  第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層が積層された薄膜結晶層と、前記第一導電型半導体層に電流を注入する２以上の第一導電型側電極と、前記第二導電型半導体装置に電流を注入する第二導電型側電極と、を有する半導体発光素子であって、
前記第二導電型側電極が、
１以上の第二導電型側第１電極部と、
前記第二導電型側第１電極部よりも外側に位置して前記第二導電型側第１電極部と直接接している２以上の第二導電型側第２電極部と、
を含み、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の前記第一導電型側電極が、前記第二導電型側電極と交差しないように、隣接する任意の２つの前記第二導電型側第２電極部の間に位置しており、かつ、前記第二導電型側第１電極部に近接した位置から前記半導体発光素子の周辺部まで任意の形状で延びて形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【００１０】
［２］  前記第二導電型側第１電極部の電流注入可能な部分について、前記第二導電型側第１電極部を平面的な投影図形として見た時の前記第二導電型側第１電極部の最大長さをＬｐ１ｐ１とし、全ての前記第二導電型側第２電極部の中で、前記第二導電型側第１電極部との接続部の最大幅をＬｐ１ｐ２としたとき、前記最大長さＬｐ１ｐ１と、前記最大幅Ｌｐ１ｐ２との関係が、以下の式
Ｌｐ１ｐ２≦Ｌｐ１ｐ１
を満足することを特徴とする上記［１］に記載の半導体発光素子。
【００１１】
［３］  全ての前記第二導電型側第２電極部の前記第二導電型側第１電極部との接続部を除く部分の中で、前記第二導電型側第２電極部を平面的な投影図として見たときの前記第二導電型側第２電極部の最大幅をＬｐ２ｐ２とし、全ての前記第二導電型側第２電極部の中で、前記第二導電型側第１電極部との接続部の最大幅をＬｐ１ｐ２としたとき、前記最大幅Ｌｐ２ｐ２とＬｐ１ｐ２との関係が、以下の式、
Ｌｐ１ｐ２≦Ｌｐ２ｐ２
を満足することを特徴とする上記［１］または［２］に記載の半導体発光素子。
【００１２】
［４］  ２以上の前記第二導電型側第２電極部が、前記第二導電型側第１電極部と接する位置から前記半導体発光素子の周辺部まで渦巻き状に延びるように複数の四角形を組み合わせた形状である、上記［１］から［３］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００１３】
［５］  少なくとも１つの前記第二導電型側第２電極部が、前記半導体発光素子の周辺部から前記第二導電型側第１電極部へ向かう方向の中間部に幅が異なる部分を少なくとも１箇所有しており、前記幅が異なる全ての部位の中での最大幅が、全ての前記第二導電型側第２電極部の残りの部位の中での最大幅以下であることを特徴とする上記［１］から［４］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００１４】
［６］  基板上に、第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層を有する薄膜結晶層を形成する結晶成長工程と、
前記第二導電型半導体層上の予定された第二電流注入領域上に、１以上の第二導電型側第１電極部と、前記第二導電型側第１電極部よりも外側に位置して前記第二導電型側第１電極部と直接接している２以上の第二導電型側第２電極部とを含んで第二導電型側電極を形成する第二導電型側電極形成工程と、
前記第一導電型半導体層の一部を露出させる第一エッチング工程と、
前記露出された第一導電型半導体層上、または前記基板側に、２以上の第一導電型側電極を形成する第一導電型側電極形成工程であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の前記第一導電型側電極を、前記第二導電型側電極と交差しないように、隣接する２つの前記第二導電型側第２電極部の間に位置しており、かつ、前記第二導電型側第１電極部に近接した位置から前記半導体発光素子の周辺に延びた形状で形成する前記第一導電型側電極形成工程と、
を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【００１５】
［７］  前記第一エッチング工程の後に、少なくとも前記第二導電型半導体層の一部と露出した前記第一導電型半導体層の一部を覆って絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の少なくとも、前記第二導電型側電極上に形成された一部と前記第一導電型半導体層上に形成された一部を除去する工程と、
をさらに有し、
前記第一導電型側電極形成工程は、前記第一導電型半導体層上の前記絶縁膜が除去された領域上に前記第一導電型側電極を形成することを含むことを特徴とする上記［６］に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００１６】
［８］  前記第一エッチング工程の後に、少なくとも前記第二導電型半導体層の一部と露出した前記第一導電型半導体層の一部を覆って絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の少なくとも、前記第二導電型側電極上に形成された一部を除去する工程と、
をさらに有し、
前記第一導電型側電極形成工程は、前記基板に接するように前記第一導電型側電極を形成することを含むことを特徴とする上記［６］に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００１７】
［９］  基板上に、第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層を有する薄膜結晶層を形成する結晶成長工程と、
前記第二導電型半導体層上の予定された第二電流注入領域上に、１以上の第二導電型側第１電極部と、前記第二導電型側第１電極部よりも外側に位置して前記第二導電型側第１電極部と直接接している２以上の第二導電型側第２電極部とを含んで第二導電型側電極を形成する第二導電型側電極形成工程と、
前記基板上に２以上の第一導電型側電極を形成する第一導電型側電極形成工程であって、
前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の前記第一導電型側電極を、前記第二導電型側電極と交差しないように、隣接する２つの前記第二導電型側第２電極部の間に位置し、かつ、前記第二導電型側第１電極部に近接した位置から前記半導体発光素子の周辺に延びた形状で形成する前記第一電極形成工程と、
を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【００１８】
［１０］  少なくとも前記第二導電型半導体層の一部を覆って絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の少なくとも、前記第二導電型側電極上に形成された一部を除去する工程と、
をさらに有することを特徴とする上記［９］に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００１９】
［１１］  第一導電型半導体層、活性層構造および第二導電型半導体層が積層された薄膜結晶層と、前記第一導電型半導体層に電流を注入する２以上の第一導電型側電極と、前記第二導電型半導体層に直接または間接的に電流を注入する第二導電型側電極と、を有する半導体発光素子の前記第一導電型側電極および第二導電型側電極の設計方法であって、
前記第二導電型側電極を配置する工程と、
２以上の前記第一導電型側電極を配置する工程と、
を有し、
前記第二導電型側電極を配置する工程は、
任意の形状を有する第二導電型側第１電極部を配置する工程と、
前記第二導電型側第１電極部の周囲に、一部が前記第二導電型側第１電極部と接する２以上の第二導電型側第２電極部を配置する工程と、
を含み、
２以上の前記第一導電型側電極を配置する工程は、前記第一導電型側電極および前記第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の前記第一導電型側電極を、前記第二導電型側電極と交差しないように、隣接する任意の２つの前記第二導電型側第２電極部の間に位置し、かつ、前記第二導電型側第１電極部に近接した位置から前記半導体発光素子の周辺に延びるように配置する工程を含むことを特徴とする半導体発光素子の電極の設計方法。
【００２０】
［１２］  ２以上の前記第二導電型側第２電極部を配置する工程は、１つの前記第二導電型側第２電極部を配置した後、前記第二導電型側第１電極部を中心に回転させた位置および姿勢で、残りの第二導電型側第２電極部を配置することを含む、上記［１１］に記載の半導体発光素子の電極の設計方法。
【００２１】
［１３］２以上の前記第一導電型側電極を配置する工程は、１つの前記第一導電型側電極を配置した後、前記第二導電型側第１電極部を中心に回転させた位置および姿勢で、残りの第一導電型側電極を配置することを含む、上記［１１］または［１２］に記載の半導体発光素子の電極の設計方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の半導体発光素子によれば、高出力化および高効率に有効な構造でありながら、電流が注入されにくい部分への電流注入を良好に行うことができ、その結果、発光効率の向上および面内での発光均一性の向上が実現できる。このような、高効率で、面内の発光均一性に優れた半導体発光素子は、フリップチップマウント構造および上下導通構造のいずれの構造でも実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による半導体発光素子の構造を示す平面図である。
【図２】図１に示す半導体発光素子のＡ−Ａ線での断面構造の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の平面形状および各電極のパターンの一例を示す平面図である。
【図４】本発明の半導体発光素子の平面形状および各電極のパターンの他の例を示す平面図である。
【図５】本発明における各部の寸法を説明するための図である。
【図６】第一導電型側電極の幅、第二導電型側電極の幅、および両電極間距離を説明する断面図である。
【図７】本発明の他の形態による半導体発光素子の模式的断面図である。
【図８】本発明の他の形態による半導体発光素子の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、本発明において第二導電型側電極の幅や位置などを規定するときの輪郭（第二導電型側第１電極部および第二導電型側第２電極部の幅や位置などを規定するときは、それらの輪郭）は、半導体発光素子を第二導電型側電極が形成された面側から見たときに、実際に見える第二導電型側電極の輪郭ではなく、第二導電型側電極が、薄膜結晶層あるいは基板と直接接している領域での輪郭である。第一導電型側電極についても同様に、第一導電型側電極が、薄膜結晶層あるいは基板と直接接している領域での輪郭で、幅や位置などが規定される。
【００２７】
その理由は、例えばフリップチップ型のマウントが可能な発光素子のように、第一導電型側電極と第二導電型側電極が同じ側に存在する場合においては、薄膜結晶層、特に活性層に向けた電子／正孔等のキャリア注入は、第一導電型側電極および第二導電型側電極が薄膜結晶層と直接接している領域から行われるが、実際の半導体発光素子では、薄膜結晶層を覆う絶縁膜などが形成されている場合があり、その一部が除去された領域上に第一導電型側電極および第二導電型側電極が形成されることになる。このような場合には、第一導電型側電極および第二導電型側電極の見かけ上の領域と電流注入に寄与する領域が異なってしまうからである。
【００２８】
このような事情は、例えば上下導通型発光素子のように、第一導電型側電極と第二導電型側電極が異なる側に存在する場合においても同様であって、活性層に向けた電子／正孔等のキャリアの注入は、第一導電型側電極および第二導電型側電極が、基板もしくは薄膜結晶層と直接接している領域から行われる。この際に薄膜結晶層を覆う絶縁膜などが形成されていれば、その一部が除去された領域上に第一導電型側電極および第二導電型側電極が形成される場合があり、第一導電型側電極および第二導電型側電極の見かけ上の領域と電流注入に寄与する領域が異なってくる。
【００２９】
また、本発明においては、上記の考えに基づいて、第二導電型側第２電極部の「幅」は、第二導電型側第２電極部を平面的な投影図形として見て、半導体発光素子の周辺部側からの電流の流れを想定し、第二導電型側第２電極部での電流の流れの重心線を考えたとき、その重心線の方向に垂直な方向での長さで表される。同様に、第一導電型側電極の「幅」も、第一導電型側電極を平面的な投影図形として見て、半導体発光素子の周辺部側からの電流の流れを想定し、第一導電型側電極での電流の流れの重心線を考えたとき、その重心線の方向に垂直な方向での長さで表される。
【００３０】
図１および図２を参照すると、基板２１と、基板２１の片面に積層された薄膜結晶層と、２以上の第一導電型側電極２８と、第二導電型側電極２７とを有する、本発明の一実施形態による半導体発光素子１０（以下、単に発光素子１０ともいう）が示される。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。
【００３１】
第二導電型側電極２７は、第二導電型半導体層に電流を注入するためのものであり、第二導電型クラッド層２６の表面の一部に配置されている。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。第一導電型側電極２８は、第一導電型半導体層に電流を注入するためのものである。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２６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、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。
【００３２】
図１および図２に示す例の場合には、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、両者は活性層構造に対して第一導電型半導体層と同じ側に配置され、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。このようなフリップチップ型の発光素子１０は、例えば、サブマウント（不図示）上の金属層に、第一導電型側電極２８および第２導電型側電極２７を、金属ハンダを介して、あるいはＡｕで形成されたバンプ等を介して接続することで、サブマウント上に搭載することができる。
【００３３】
第一導電型側電極２８および前記第二導電型側電極２７は、平面的な投影図形として見たときに互いに交差していない。これは、図１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。
【００３４】
図１、図２に例示されるように、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３０によって覆われていることが好ましい。図２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３０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薄膜結晶層の側壁の少なくとも一部が絶縁膜３０で覆われている。
【００３５】
以下に、発光素子１０を構成する各部の構造についてさらに詳細に説明する。
【００３６】
＜基板＞
基板２１は、フリップチップマウントを想定する場合には、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、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。
【００３７】
基板２１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をフリップチップマウントした際に、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（例えば図７および８）。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く、特にサファイア、ＧａＮが好ましい。さらに好ましいのはＧａＮ基板を用いることである。ＧａＮ基板は、素子構成をフリップチップ型とする際には、そのドーピングレベルを抑制して絶縁性とし、一方で、上下導通型とする場合には、７×１０1７ｃｍ-3以上のドーピングを実現することで十分な導電性を確保できるので、本発明の発光素子用基板として非常に好ましい。
【００３８】
本発明で使用される基板２１は、いわゆる面指数によって完全に確定されるジャスト基板だけではなく、薄膜結晶成長の際の結晶性を制御する観点から、いわゆるオフ基板（ｍｉｓｓ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であることもできる。オフ基板は、ステップフローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を有するため、素子のモフォロジ改善にも効果があり、基板として広く使用される。たとえば、サファイアのｃ＋面基板をＩｎＡｌＧａＮ系材料の結晶成長用基板として使用する際には、ｍ＋方向に０．２度程度傾いた面を使用することが好ましい。オフ基板としては、０．１〜０．２度程度の微傾斜を持つものが広く一般的に用いられるが、サファイア上に形成されたＩｎＡｌＧａＮ系材料においては、活性層構造２５内の発光ポイントである量子井戸層にかかる圧電効果による電界を打ち消すために、比較的大きなオフ角度をつけることも可能である。
【００３９】
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。
【００４０】
基板２１の厚みとしては、本発明の１形態においては、素子作成初期においては、通常２５０〜１０００μｍ程度のものであり、発光素子１０の結晶成長、素子作製プロセスにおける機械的強度が確保されるようにしておくのが普通である。これを用いて薄膜結晶層を成長した後に、各々の素子に分離しやすくするために、適宜、研磨工程によってプロセス途中で薄くし、最終的に装置としては１００μｍの厚さ程度以下となっていることが普通である。また、通常３０μｍ以上の厚みである。
【００４１】
一方、さらに本発明の異なる形態では、基板２１の厚さは、従来とは異なり比較的厚いものでもよく、特に薄膜結晶層がＡｌＧａＩｎＢＮ系で構成され、基板もＡｌＧａＮ系材料で構成されるような比較的屈折率差の小さい組み合わせの場合においては、基板２１の厚みを３５０μｍ以上とすることが好ましく、さらには４００μｍ以上とすることがより好ましく、５００μｍ以上とすることがより好ましく、６００μｍ以上とすることがより好ましく、７００μｍ以上とすることがより好ましく、８００μｍ以上とすることがより好ましく、９００μｍ以上とすることがより好ましく、１０００μｍ以上とすることがより好ましい。
【００４２】
なお、基板２１は、薄膜結晶層や絶縁膜など、発光素子１０を構成する全ての構造が形成された後、除去されてもよい。
【００４３】
基板２１の除去は、例えば、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を支持体（不図示）に接合し、その後、薄膜結晶層から基板２１を剥離することによって行なうことができる。基板２１の剥離には、研磨、エッチング、レーザディボンディング等のあらゆる方法を用いることが可能である。また、基板２１を除去する場合は、絶縁膜３０が基板２１に接して形成されていると、基板２１を剥離する際に絶縁膜３０も剥離するおそれがあるため、絶縁膜３０を基板２１に接しないように形成することが好ましい。
【００４４】
＜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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、アンドープであっても構わない。また、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。なお、本発明においてＧａＮ基板を用いる場合には、バッファ層はアンドープ層を基板側に、また、その上にドーピングされた層を用いることが好ましい。
【００４７】
＜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２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。
【００４８】
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。
【００４９】
例えば、基板２１としてＧａＮ基板を使用し、バッファ層２２としてアンドープＧａＮとＳｉドープされたＧａＮの積層構造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。
【００５０】
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。
【００５１】
第一導電型クラッド層２４の構造は、図２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。
【００５２】
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。
【００５３】
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２８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３０で覆われている構造が望ましい。
【００５４】
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。
【００５５】
＜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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
＜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。
【００５９】
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ＧａＮ基板を使用し、バッファ層２２としてアンドープＧａＮとＳｉドープされたＧａＮの積層構造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。
【００６０】
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。
【００６１】
第二導電型クラッド層２６の構造は、図２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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
絶縁膜３０を形成する場合、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３０で覆われている構造であることが望ましい。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
＜絶縁膜＞
絶縁膜３０は、本発明においては必要に応じて設けられる任意の構成であり、発光素子１０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有する。
【００７０】
絶縁膜３０は、電気的に絶縁を確保できる材料であれば、材料は適宜選択することができる。例えば、単層の酸化物、窒化物、フッ化物等が好ましく、具体的には、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＦｘ、ＢａＦｘ、ＣａＦｘ、ＳｒＦｘ、ＭｇＦｘ等から選ばれることが好ましい。これらは長期にわたって安定に絶縁性を確保できる。また、絶縁膜３０を絶縁物の多層膜とすることも可能である。絶縁膜３０を多層膜とすることで、絶縁膜３０の屈折率を適宜調整することができる。
【００７１】
＜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は、ハンダ材もしくはＡｕバンプなどによるサブマウントなどとの良好な接着を実現するものである。また、上下導通型素子などにおいては、ハンダ材もしくはＡｕバンプなどによるサブマウントなどとの良好な接着のみならず、場合によっては、ワイヤーボンドされた場合の良好なボンダビリティを実現する目的でも機能するものである。これらの目的のためには、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。
【００７２】
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系材料である場合には、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。
【００７３】
特に好ましい形態では、第二導電型側電極２７のｐ側クラッド層側の第一層目はＰｔであり、第二導電型側電極２７のｐ側クラッド層側と反対側の表面はＡｕである。これは、Ｐｔの仕事関数の絶対値が大きく、また、他の電極材料と比較すると高反射であって、ｐ型材料にとって都合がよく、また、Ａｕは、後述するプロセスダメージに対する耐性、マウントの都合などを考えると最表面の材料として好ましい。
【００７４】
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。
【００７５】
＜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は、ハンダ材もしくはＡｕバンプなどによるサブマウントなどとの良好な接着を実現するものである。また、上下導通型素子などにおいては、ハンダ材もしくはＡｕバンプなどによるサブマウントなどとの良好な接着のみならず、場合によっては、ワイヤーボンドされた場合の良好なボンダビリティを実現する目的でも機能すべきものである。これらの目的のためには、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。
【００７６】
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。
【００７７】
特に好ましい形態では、第一導電型側電極２８のｎ側クラッド層側の第一層目はＡｌであり、第一導電型側電極２７のｎ側クラッド層側と反対側の表面はＡｕである。これは、Ａｌの仕事関数の絶対値が小さく、また、他の電極材料と比較すると高反射であって、ｎ型材料にとって都合がよく、また、Ａｕは、後述するプロセスダメージに対する耐性、マウントの都合などを考えると最表面の材料として好ましい。この際にＡｕとＡｌは電流注入を継続するとボイドをつくりやすいので、この反応を抑制するために適切な中間層を挿入しておくことが好ましい。中間層としては前述のＭｏが好ましい。
【００７８】
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ることが望ましい。これは、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するために重要である。
【００７９】
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。
【００８０】
＜第一導電型側電極および第二導電型側電極の配置および形状など＞
本発明において最も特徴的なのは、例えば図２に示すように、第二導電型側電極２７が、１以上の第二導電型側第１電極部２７ａと、第二導電型側第１電極部２７ａよりも外側に位置して第二導電型側第１電極部２７ａと直接接している２以上の第二導電型側第２電極部２７ｂとを含んでいること、および、このような第二導電型側電極２７の配置に対応して、２以上の第一導電型側電極２８が形成されていることである。より詳しくは、第一導電型側電極および第二導電型側電極を平面的な投影図形として見たときに、個々の第一導電型側電極２８は、第二導電型側電極２７と交差しないように、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部２７ｂの間に位置しており、かつ、第二導電型側第１電極部２７ａに近接した位置から発光素子１０の周辺部まで任意の形状で延びて形成されている。また、第二導電型側第２電極２７ｂ同士は互いに接しておらず、第二導電型側第１電極部２７ａによって分離されている。
【００８１】
上記のような第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７の配置および形状により、本発明の半導体発光素子は、以下のような特徴を有するようになる。
【００８２】
第一には、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７は発光素子周辺から容易にアクセスできるために、素子外部からの電流注入ラインの確保が非常に容易になる。例えば、上下導通型の発光素子の電極に対してワイヤーボンディングを施そうとする場合などにおいては、素子中心部分にワイヤーを付ける必要がないため、ワイヤーによる遮蔽や吸収によって光取り出しが妨げられることもない。
【００８３】
第二には、次の特徴を有する。本発明では、第二導電型側電極２７を上記のように配置された２以上の第二導電型側第２電極部２７ｂを有する形状とし、かつ、第一導電型側電極２８は２以上であって、個々の第一導電型側電極２８が、第二導電型側電極２７と交差しないように、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部２７ｂの間に位置するようにしている。ここで、例えば第二導電型をｐ型、第一導電型をｎ型とすると、一般に正孔の移動度は電子の移動度よりも大幅に遅く、特に薄膜結晶層がＩｎＡｌＧａＮ系材料で構成されている場合にはこの傾向が強い。しかし、本発明の半導体発光素子においては、前記の電極形状を有するので、第二導電型側第２電極部直下の活性層構造部分に、効率よく正孔と電子を注入することが可能となっている。特に、第二導電型側第２電極部直下の活性層構造部分への電子の注入効率を、高く、かつ平面的に比較的均一に、維持できる。特にこの特長は半導体発光素子１０の平面的な面積を大きくした場合に、その効果が大きい。
【００８４】
さらに、第三には、次の特徴を有する。本発明では、第一導電型側電極２８が、半導体発光素子１０の周辺部から第二導電型側第１電極部２７ａに近接した位置まで任意の形状で延びて形成されている。このため、周辺部からの電流注入が比較的容易ではない第二導電型側第１電極部直下の活性層構造部分に向けて、複数の第一導電型側電極２８による電流注入路が確保されている形状となっている。このため、第二導電型側第１電極部直下の活性層構造部分への電子の注入効率を、高く、かつ平面的に比較的均一に、維持できる。特にこの特長は半導体発光素子１０の平面的な面積を大きくした場合に、その効果が大きい。
【００８５】
これらの機能を総じて言えば、本発明の半導体発光素子においては、第二導電型側電極直下の活性層構造部分への正孔と電子の注入を、高効率で、かつ、当該活性層部分に対して平面的に比較的均一に行うことができる。この結果、発光素子１０を、高効率で、かつ、面内で均一に発光させることができる。また、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７は、“開いた形状”で形成することができるので、発光素子１０を搭載する際に三次元的な配線が不要であり、高出力化および高効率に有効なフリップチップマウントに適した発光素子１０を提供することができる。
【００８６】
上述した効果は、発光素子１０の周辺から中心までの距離が大きく、従って中心部付近に位置する第二導電型側電極直下の活性層構造への電子の注入が容易でなくなる、大面積の発光素子１０においてより効果的に発揮される。この観点から、発光素子１０の平面積は０．２５ｍｍ２以上であることが好ましく、０．３６ｍｍ２以上であることがより好ましく、０．４９ｍｍ２以上であることがより好ましく、０．６４ｍｍ２以上であることがより好ましく、０．８１ｍｍ２以上であることがより好ましく、１．００ｍｍ２以上であることがより好ましく、１．２１ｍｍ２以上であることがより好ましく、１．４４ｍｍ２以上であることがより好ましい。ここで、発光素子１０の平面積とは、発光素子１０をサブマウント等に搭載したときに、その搭載面に垂直な方向からの発光素子１０の投影面積である。
【００８７】
第二導電型側第１電極部２７ａの平面形状は、図１では、第二導電型側第２電極部２７ｂとの境界を二点鎖線で示すように四角形に形成されている。しかし、第二導電型側第１電極部２７ａの平面形状は任意とすることができ、例えば、略三角形、略四角形、略五角形あるいは略六角形等の略多角形であってもよいし略円形であってもよい。また中でも、第二導電型側第１電極部２７ａの平面形状を略六角形とすることが好ましい。
【００８８】
なお、第二導電型側第1電極部２７ａの平面形状は、隣り合う任意の２つの第一導電型側電極２８の先端部の間で、第二導電型側第１電極部２７ａの中心に向かう凹みが形成されないように最大の面積をとる領域として定義することができる。ここで、第一導電型側電極２８の先端部とは、第一導電型側電極２８における、発光素子１０の周辺部から中心部へ向かう電流の流れを考えたときの電流の流れ方向の先端部をいう。
【００８９】
発光素子１０自体の平面形状も任意とすることができ、第二導電型側第１電極部２７ａと同様、例えば、略三角形、略四角形、略五角形あるいは略六角形等の略多角形であってもよいし略円形であってもよい。
【００９０】
このように、第二導電型側第１電極部２７ａおよび発光素子１０の平面形状は任意であるが、両者は互いに相似形であることが好ましい。こうすることで、発光素子１０に対する第二導電型側電極２７および第一導電型側電極２８の平面充填性を向上させることができ、より高い発光効率を達成することができる。なお、第二導電型側第１電極部２７ａおよび発光素子１０の平面形状は、発光素子１０をサブマウント等に搭載したときに、その搭載面に垂直な方向から見た形状をいう。
【００９１】
図３および図４に、平面形状が矩形以外の多角形である発光素子１０の例を示す。
【００９２】
図３に、三角形の平面形状を有する発光素子１０を示す。図３に示した発光素子１０では、第二導電型側第１電極２７ａの平面形状も、第二導電型側第２電極部２７ｂとの境界を二点鎖線で示すように、発光素子１０の平面形状と相似な三角形をベースとして形成されている。また、第二導電型側第１電極２７ａの各辺に沿って形成された３つの第二導電型側第２電極２７ｂが、第二導電型側第１電極２７ａの各辺で第二導電型側第１電極２７ａと直接接して形成され、第二導電型側第１電極２７ａを概ね取り囲んでいる。このような第二導電型側電極の形状に基づき、３つの第一導電型側電極２８が、第二導電型側電極と平面的な投影図形として交差しないように、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部２７ｂの間に位置しており、かつ、第二導電型側第１電極部２７ａに近接した位置から発光素子１０の周辺に延びて形成されている。
【００９３】
図４に、平面形状が六角形である発光素子１０を示す。図４に示す発光素子１０では、第二導電型側第１電極２７ａの平面形状は、発光素子１０の平面形状と相似ではない（第二導電型側第２電極部２７ｂとの境界を二点鎖線で示す）が、第二導電型側第１電極２７ａの各辺に沿って形成された６つの第二導電型側第２電極２７ｂが、第二導電型側第１電極２７ａの各辺で第二導電型側第１電極２７ａと直接接して形成され、第二導電型側第１電極２７ａを概ね取り囲んでいる。このような第二導電型側電極の形状に基づき、６つの第一導電型側電極２８が、第二導電型側電極と平面的な投影図形として交差しないように、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部２７ｂの間に位置しており、かつ、第二導電型側第１電極部２７ａに近接した位置から発光素子１０の周辺に延びて形成されている。
【００９４】
第二導電型側第２電極２７ｂの平面形状は、特に限定されないが、単一の四角形または複数の四角形、特に矩形、を組み合わせた形状であることが、製造上の観点から好ましい。ここでいう平面形状は、第二導電型側第１電極２７ａの平面形状と同様に定義される。
【００９５】
例えば、図１に示した例では、第二導電型側第２電極部２７ｂは、第二導電型側第１電極部２７ａと接する位置から発光素子１０の周辺部まで第二導電型側第１電極部２７ａの辺に沿って渦巻き状に延びるように３つの矩形を組み合わせた形状で形成されている。また、４つの第二導電型側第２電極部２７ｂは、第二導電型側第１電極部２７ａを中心とした回転方向に等角度間隔、具体的には９０°間隔で配置されている。また、図４に示す例では、６つの第二導電型側第２電極部２７ｂは、第二導電型側第１電極部２７ａと接する位置から発光素子１０の周辺部まで渦巻き状に延びるように複数の四角形を組み合わせた形状で形成され、第二導電型側第１電極部２７ａを中心とした回転方向に等角度間隔、具体的には６０°間隔で配置されている。
【００９６】
第二導電型側第２電極部２７ｂの平面形状は、個々に異なっていてもよいし、少なくとも２つが同じ形状であってもよい。また、個々の第二導電型側第２電極部２７ｂの幅は、一定であってもよいし、少なくとも１つの第二導電型側第２電極部２７ｂの幅が部位によって異なっていてもよい。少なくとも１つの第二導電型側第２電極部２７ｂの幅が部位によって異なる場合、幅が異なる部位は、第二導電型側第２電極部２７ｂが発光素子１０の周辺部から第二導電型側第１電極部２７ａへ向かう方向の中間部に少なくとも１箇所形成されており、幅が異なる全ての部位の中での最大幅が、全ての第二導電型側第２電極部２７ｂの残りの部位の中での最大幅以下であることが好ましい。特に幅の異なる部分は、第二導電型側第２電極部２７ｂが曲がる、分岐するなどの平面的な形状が変化する部分に配置されることが好ましく、このような場所に幅が異なる部分を配置し、かつ、幅が異なる全ての部位の中での最大幅が、全ての第二導電型側第２電極部２７ｂの残りの部位の中での最大幅以下であるようにすることが好ましい理由は、第二導電型側第２電極部２７ｂをパターニングする際に、容易にリフトオフ等の方法で形状を形成できるようになるためである。
【００９７】
第一導電型側電極２８の平面形状は、第二導電型側第１電極部２７ａに近接した位置から発光素子１０の周辺部まで延びた形状であれば特に限定されず、直線的に延びていてもよいし曲線的に延びていてもよい。また、第一導電型側電極２８が延びる方向についても、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部２７ｂの間に位置している限り、一方向のみに延びて形成されてもよいし、途中で延びる方向が変化してもよい。好ましくは、第一導電型側電極２８は、第二導電型側第２電極部２７ｂの間を埋めるような平面形状とされ、例えば図１および図４に示すように、第二導電型側第２電極部２７ｂの延びる方向に沿って延びて形成される。
【００９８】
＜各電極およびそれに関連する発光素子の部分の好ましい寸法＞
以下に、第二導電型側第１電極２７ａ、第二導電型側第二電極２７ｂ、第一導電型側電極２８およびそれらに関連する寸法の好ましい例について説明する。なお、以下の説明では、対象とする寸法がどの部分の寸法であるかをより明確にするために、第二導電型側電極および第一導電型側電極が極端な形状で形成された場合を示す図５を参照する。
【００９９】
なお、以下の説明では、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７は、薄膜結晶層あるいは導電性基板と直接接している領域が実際の電流注入に寄与するという考えに基づいて、幅や電極間距離などを規定する。
【０１００】
例えば、薄膜結晶層に第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７とも接している場合を図６に示すが、この例では、第二導電型側電極２７の幅Ｗp2は、薄膜結晶層と直接接している領域での幅を意味し、第一導電型側電極２８の幅Ｗp1も、薄膜結晶層と直接接している領域での幅を意味する。また、第一導電型側電極２８と第二導電型側電極２７との電極間距離は、第一導電型側電極２８が薄膜結晶層と直接接している領域と、第二導電型側電極２７が薄膜結晶層と直接接している領域との間の平面的に投影された距離を意味する。第二導電型側電極２７の特定部分、すなわち第二導電型側第１電極部２７ａおよび第二導電型側第２電極部２７ｂについて規定する場合も同様である。
【０１０１】
また、例えば、上下導通型発光素子のように、薄膜結晶層に第二導電型側電極２７が接し、また導電性基板側に第一導電型側電極２８が接している場合にも、考え方は同様である。
【０１０２】
図５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を平面的な投影図形として見たときに、全ての第一導電型側電極２８の中で、第二導電型側第１電極部２７ａと近接する電流注入が可能な部分と、第二導電型側第１電極部２７ａとの最大電極間距離Ｌｎｎｐ１が、以下の式、
Ｌｎｎｐ１≦２００μｍ
を満足することが好ましく、より好ましくは、以下の式、
Ｌｎｎｐ１≦１００μｍ
を満足する。
【０１０３】
最大電極間距離Ｌｎｎｐ１を上記の範囲とすることで、第二導電型側第１電極部２７ａ直下の活性層構造への、特に電子の注入が効率良く、かつ、比較的均一に行われ、発光素子１０を効率良く、かつ均一に発光させることができる。
【０１０４】
全ての第一導電型側電極２８について、第一導電型側電極２８を平面的な投影図形として見て、発光素子１０の周辺部側から先端側へ向けた電流の流れを想定し、その流れの重心線（図５に破線で示す）を考える。このとき、重心線が第一導電型側電極２８の最外縁と交わる点と、その点から重心線を直線的に延長して発光素子１０の最外縁と交わる点との距離の中で最大の距離として定義される電極素子周辺間距離ＬｎｎＤＤが、以下の式、
ＬｎｎＤＤ≦３００μｍ
を満足することが好ましく、より好ましくは、以下の式、
ＬｎｎＤＤ≦１５０μｍ
を満足する。
【０１０５】
同様に、全ての第二導電型側第２電極部２７ｂについて、第二導電型側電極を平面的な投影図形として見て、発光素子１０の周辺部側から第二導電型側第１電極部２７ａ側へ向けた電流の流れを想定し、その流れの重心線（図５に一点鎖線で示す）を考える。このとき、重心線が第二導電型側第２電極２７ｂの最外縁と交わる点と、その点から重心線を直線的に延長して発光素子１０の最外縁と交わる点との距離の中で最大の距離として定義される電極素子周辺間距離Ｌｐ２ＤＤが、以下の式、
Ｌｐ２ＤＤ≦３００μｍ
を満足することが好ましく、より好ましくは、以下の式、
Ｌｐ２ＤＤ≦１５０μｍ
を満足する。
【０１０６】
以上の電極素子周辺間距離ＬｎｎＤＤ、Ｌｐ２ＤＤを満足するように第一導電型側電極２８および第二導電型側第２電極部２７ｂを形成することにより、発光素子１０の平面積を有効に利用し、高出力化が可能となり、また、素子周辺部からの電流注入が容易になり好ましい。
【０１０７】
全ての第二導電型側第２電極部２７ｂおよび全ての第一導電型側電極２８の電流注入可能な部分について、第一導電型側電極２８および第二導電型側第２電極部２７ｂを平面的な投影図形として見たとき、第一導電型側電極２８と第二導電型側第２電極部２７ｂとの間の最大電極間距離Ｌｎｎｐ２が以下の式、
Ｌｎｎｐ２≦２００μｍ
を満足することが好ましく、より好ましくは、以下の式、
Ｌｎｎｐ２≦１００μｍ
を満足する。
【０１０８】
最大電極間距離Ｌｎｎｐ２が上記の式を満足するように第二導電型側第２電極部２７ｂおよび第一導電型側電極２８を形成することで、第二導電型側第二電極部２７ｂ直下の活性層構造への、特に電子の注入が効率良く、かつ比較的均一に行われ、発光素子１０を効率良く、均一に発光させることができる。
【０１０９】
第二導電型側第１電極部２７ａの電流注入可能な部分について、第二導電型側第１電極部２７ａを平面的な投影図形として見たとき、第二導電型側第１電極部２７ａの最大長さＬｐ１ｐ１が、以下の式、
Ｌｐ１ｐ１≦５００μｍ
を満足することが好ましい。このようにすることで、第二導電型側第１電極部２７ａ直下の活性層構造への、特に電子の注入が効率良く、かつ比較的均一に行われ、発光素子１０を効率良く、均一に発光させることができる。
【０１１０】
全ての第二導電型側第２電極部２７ｂの中で、第二導電型側第１電極部２７ａとの接続部の最大幅Ｌｐ１ｐ２が、以下の式、
Ｌｐ１ｐ２≦５００μｍ
を満足することが好ましい。なお、第二導電型側第２電極部２７ｂの「幅」とは、第二電動型側第２電極部２７ｂを平面的な投影図として見たときに、上記で定義した第二導電型側第２電極部２７ｂの重心線の方向に垂直な方向での長さである。このようにすることで、第二導電型側第１電極部２７ａ直下の活性層構造への、特に電子の注入が効率良く、かつ比較的均一に行われ、発光素子１０を効率良く、均一に発光させることができる。
【０１１１】
上記のとおり定義された第二導電型側第１電極部２７ａの最大長さＬｐ１ｐ１と、全ての第二導電型側第２電極部２７ｂの中での第二導電型側第１電極部２７ａとの接続部の最大幅Ｌｐ１ｐ２との関係が、以下の式
Ｌｐ１ｐ２≦Ｌｐ１ｐ１
を満足することが好ましい。このようにすることで、第二導電型側電極をパターニングする際に、容易にリフトオフ等の方法で形状を形成できるようになるために好ましい。
【０１１２】
全ての第二導電型側第２電極部２７ｂの第二導電型側第１電極部２７ａとの接続部を除く部分の中で、第二導電型側第２電極部２７ｂを平面的な投影図として見たときの第二導電型側第２電極部２７ｂの最大幅Ｌｐ２ｐ２が、以下の式、
Ｌｐ２ｐ２≦３５０μｍ
を満足することが好ましい。このようにすることで、第二導電型側第１電極部２７ｂ直下の活性層構造への、特に電子の注入が効率良く、かつ比較的均一に行われ、発光素子１０を効率良く、均一に発光させることができる。
【０１１３】
また、この第二導電型側第２電極部の最大幅Ｌｐ２ｐ２は、上記で定義した第二導電型側第１電極部２７ａとの接続部の最大幅Ｌｐ１ｐ２との関係において、以下の式、
Ｌｐ１ｐ２≦Ｌｐ２ｐ２
を満足することが好ましい。このようにすることで、第二導電型側電極をパターニングする際に、容易にリフトオフ等の方法で形状を形成できるようになるために好ましい。
【０１１４】
全ての第一導電型側電極２８の中で、第一導電型側電極２８を平面的な投影図として見たときの第一導電型側電極２８の最小幅Ｓｎｎｎｎが、以下の式、
２０μｍ≦Ｓｎｎｎｎ
を満足することが好ましい。第一導電型側電極２８の幅を２０μｍ以上とすることで、発光素子周辺からの電流注入を良好に行うことができる。なお、第一導電型側電極２８の「幅」も、第二導電型側第２電極部２７ｂと同様、上記で定義した第一導電型側電極２８の重心線の方向に垂直な方向での長さである。
【０１１５】
同様に、全ての第一導電型側電極２８の中で、第一導電型側電極２８の最大幅Ｌｎｎｎｎが、以下の式、
Ｌｎｎｎｎ≦２００μｍ
を満足することが好ましい。第一導電型側電極２８の幅が過剰に広い場合には、以下の問題がある。たとえばフリップチップ構造の場合には、第二導電型側電極直下の活性層構造部分の面積が発光素子内で確保できない結果となり、また、上下導通型の場合には、過剰に広い第一導電型側電極で遮蔽されて光取り出し効率が低下してしまう。このために、第一導電型側電極２８の最大幅Ｌｎｎｎｎは２００μｍ以下であることが好ましい。
【０１１６】
個々の第二導電型側第２電極部２７ｂについては、第二導電型側第１電極部２７ａとの接続部の最大幅と最小幅が略同一であることが好ましい。言い換えれば、第二導電型側第２電極部２７ｂの第二導電型側第１電極部２７ａとの接続部が略均一な幅で形成されていることが好ましい。
【０１１７】
また、個々の第二導電型側第２電極部２７ｂの第二導電型側第１電極部２７ａとの接続部を除く部分についても、最大幅と最小幅が略同一であること、言い換えれば、略均一な幅で形成されていることが好ましい。
【０１１８】
さらに、個々の第一導電型側電極２８についても、最大幅と最小幅が略同一であること、言い換えれば、略均一な幅で形成されていることが好ましい。
【０１１９】
＜発光素子の他の形態＞
以上、本発明の好ましい実施形態として、フリップチップ型構造を有する半導体発光素子を説明したが、本発明のその他の実施形態として、第一導電型側電極２８と第二導電型側電極２７が、活性層構造から見て互いに反対側にある、いわゆる上下導通型構造を有する半導体発光素子を挙げることができる。上下導通型構造を有する半導体発光素子について、図７、８を参照して説明する。なお、図７、８は、単に薄膜結晶層に対する第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７の配置を説明するための模式図であり、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７の数、配置および形状などは、前述した実施形態に準ずるものとし、その説明は省略する。
【０１２０】
図７および８に示すように、上下導通型構造を有する半導体発光素子（発光素子１０）は、基板２１と、基板２１の一方の面に積層された薄膜結晶層とを有する。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。
【０１２１】
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、即ち裏面に第一導電型側電極２８が配置されている。基板２１は導電性を有しており、第一導電型半導体層へは、第一導電型側電極２８から基板２１を介して電流が注入される。
【０１２２】
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。
【０１２３】
そして、図７および図８に示した上下導通型の発光素子１０においても、前述したフリップチップマウント型の発光素子と同様、第二導電型側電極２７が、１以上の第二導電型側第１電極部と、第二導電型側第１電極部よりも外側に位置して第二導電型側第１電極部と直接接している２以上の第二導電型側第２電極部とを含んでおり、このような第二導電型側電極２７の配置に対応して、２以上の第一導電型側電極２８が形成されている。より詳しくは、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を平面的な投影図形として見たときに、個々の第一導電型側電極２８は、第二導電型側電極２７と交差しないように、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部の間に位置しており、かつ、第二導電型側第１電極部に近接した位置から発光素子１０の周辺部まで任意の形状で延びて形成されている。また、第二導電型側第２電極同士は互いに接しておらず、第二導電型側第１電極部によって分離されている。
【０１２４】
特に、図７に示した上下導通型の発光素子１０は、上下から第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７をそれぞれ取り出すことができ、かつ、薄膜結晶層の一部が、第二導電型半導体層（第二導電型クラッド層２６）側から第一導電型半導体層（第一導電型クラッド層２４）の途中までエッチングにより除去されており、これによって薄膜結晶層は、正孔と電子が注入される活性層領域が限定された電流狭窄領域を有している。このような構造においては、たとえば、第二導電型側電極２７をサブマウント等に搭載し、基板２１側から光を取り出すような配置とした場合に、第一導電型側電極２８によって光の出射が遮蔽されがちとなる活性層構造２５そのものが部分的に除去された構造となっているので、電流が第二導電型側電極直下の活性層構造２５に比較的集中しやすくなっている。このため、光取り出し効率の向上が見込まれる半導体発光素子構造となっている。そのため、本発明の電極構造との相乗効果によって、高効率で均一な発光が実現されるとの観点で好ましい。
【０１２５】
すなわち、図７に示した発光素子の構造的な特徴としては、少なくとも、第一導電型側電極２８、基板２１、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、および第二導電型側電極２７を有する半導体発光素子であって、第一導電型側電極２８と第二導電型側電極２７は、平面的な投影図形として見たときに、互いに交差しないように位置しており、かつ、少なくとも第二導電型側半導体層および活性層構造２５の一部が除去されて形成される電流狭窄領域の一部が、平面的な投影図形として第一導電型側電極２８の一部に重なることが、挙げられる。
【０１２６】
上記の構造において、平面的な投影図形としてみた際の第一導電型側電極２８が上記電流狭窄領域に含まれることは、第一導電型側電極２８の配置が、活性層構造２５の電流が比較的集中しやすい部分から基板２１側へ出射する光をより遮蔽しにくい配置となるため、好ましい。
【０１２７】
図７に示した上述の構造は、本発明の電極構造との相乗効果によって、高効率で均一な発光が実現されるので、より好ましい。
【０１２８】
一方、図８に示した上下導通型の発光素子１０は、第一導電型側電極２８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ために好ましい。
【０１２９】
さらに、本形態においては、図８のように、コンタクト層２３の、第二導電型側電極２７が形成された面に、第二導電型側電極２７の表面の一部をも覆う絶縁膜３０が形成されているが、特に好ましいのは、第二導電型半導体層の側壁が絶縁膜３０で覆われていることである。図８に示した発光素子１０への電流注入は、絶縁膜３０が形成されていないことによって第二導電型側電極２７が露出した部分、および第一導電型側電極２８から行うことができる。
【０１３０】
また、図７のように、発光素子全体に絶縁膜３０が形成されない構造であってもよい。この場合には、製造工程を簡略化できる利点がある。なお、図７に示す構造において絶縁膜を形成した発光素子とすることも可能である。
【０１３１】
図７および図８に示すいずれの発光素子１０においても、発光素子１０を構成する各層は、前述のフリップチップ型の発光素子と同様に構成することができる。ただし、本形態では、基板２１の裏面に第一導電型側電極２８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。発光素子１０の作製においては、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。
【０１３２】
＜製造方法：フリップチップ型の発光素子＞
次に、本発明の半導体発光素子の製造方法について、図２に示したフリップチップ型の発光素子を例に挙げて説明する。
【０１３３】
本発明の製造方法の１例では、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、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。
【０１３４】
薄膜結晶層成長の後、予定されている第二電流注入領域３５上に、１以上の第二導電型側第１電極部２７ａと、第二導電型側第１電極部２７ａよりも外側に位置して第二導電型側第１電極部２７ａと直接接している２以上の第二導電型側第２電極部２７ｂとを含むように、第二導電型側電極２７を形成する。第二導電型側電極２７の形成は、好ましい場合に用いられる絶縁膜３０の形成よりも、また、好ましい場合には絶縁膜中に形成される第一電流注入領域３６の形成よりも、さらには、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、本発明では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エッチング工程、第二エッチング工程、第二導電型側電極露出部分形成工程、第一電流注入領域形成工程や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。
【０１３５】
本発明では、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。
【０１３６】
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。この中で、本発明の電極構成を形成する目的では、リフトオフ法による電極形状形成が好ましい。
【０１３７】
第二導電型側電極２７を形成した後、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（第一エッチング工程）。第一エッチング工程においては、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。
【０１３８】
第一エッチング工程では、エッチング精度があまり要求されないので、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。
【０１３９】
次に、複数の発光素子１０を基板２１上に形成したときに個々の発光素子１０に分離するための装置間分離溝を、第二エッチング工程により形成することが好ましい。本例では、装置間分離溝をバッファ層２２の厚さ方向の途中まで形成する。ただし、装置間分離溝を基板２１に達するまで形成することもできる。この場合には、素子同士を分離するために、スクライブ、ブレーキング等の工程において、薄膜結晶層が形成されている側からダイヤモンドスクライブを実施した際にも、サファイア基板上のＧａＮ系材料の剥離を抑制することが可能である。またレーザスクライブを実施した場合にも、薄膜結晶層にダメージが入らない利点がある。さらに、サファイア基板の一部までエッチングして装置間分離溝を形成することも同様に好ましい。
【０１４０】
第二エッチング工程は、第一エッチング工程と比較して、さらに深くＧａＮ系材料をエッチングすることが必要となる。一般に、第一エッチング工程によってエッチングされる層の総和は、０．５μｍ程度が普通であるが、第二エッチング工程においては、第一導電型クラッド層２４のすべてと、バッファ層２２をエッチングすることが必要なことから、３〜１０μｍとなることがある。
【０１４１】
一般に、金属マスク、ＳｉＮx等の窒化物マスク、ＳｉＯx等の酸化物マスク等は、Ｃｌ2系プラズマに対するエッチング耐性を示すＧａＮ系材料に対する選択比は５程度であって、膜厚の厚いＧａＮ系材料をエッチングする必要のある第二エッチング工程を実施するには、比較的厚めのＳｉＮx膜が必要となってしまう。たとえば第二エッチング工程で１０μｍのＧａＮ系材料をエッチングする最には、２μｍを越えるＳｉＮxマスクが必要となってしまう。しかし、この程度の厚みのＳｉＮxマスクになると、ドライエッチング実施中にＳｉＮxマスクもエッチングされてしまい、その縦方向の厚みのみではなく水平方向の形状も変ってしまい、所望のＧａＮ系材料部分のみを選択的にエッチングすることができなくなってしまう。
【０１４２】
そこで、第二エッチング工程において装置間分離溝を形成する際には、金属フッ化物層を含むマスクを用いたドライエッチングが好ましい。金属フッ化物層を構成する材料は、ドライエッチング耐性とウェットエッチング性のバランスを考慮すると、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＳｒＦ2、ＢａＦ2、ＡｌＦ3が好ましく、この中でもＳｒＦ2が最も好ましい。
【０１４３】
金属フッ化物膜は、第一、第二エッチング工程で行うドライエッチングに対しては十分な耐性があり、一方でパターニングのためのエッチング（好ましくはウェットエッチング）に対しては、容易にエッチング可能でかつパターニング形状、特に側壁部分の直線性の良いものが求められる。金属フッ化物層の成膜温度を１５０℃以上にすることで、下地との密着性に優れ、緻密な膜が形成され、同時にエッチングによってパターニングした後に、マスク側壁の直線性にも優れている。成膜温度は、好ましくは２５０℃以上、さらに好ましくは３００℃以上、最も好ましくは３５０℃以上である。特に３５０℃以上で成膜された金属フッ化物層は、あらゆる下地との密着性に優れ、かつ、緻密な膜となり、高いドライエッチング耐性を示しつつ、パターニング形状についても、側壁部分の直線性に非常に優れ、開口部の幅の制御性も確保されるようになり、エッチングマスクとして最も好ましい。
【０１４４】
このようなことに配慮してパターニングされたマスク（金属フッ化物層が表面層になるようにＳｉＮx、ＳｉＯｘ、ＳｉＯxＮｙなどと積層されていてよい）を用いて、ドライエッチングを行うことが好ましい。ドライエッチングのガス種としては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＣＣｌ4およびこれらの組み合わせから選ばれるものが望ましい。ドライエッチングの際に、ＳｒＦ2マスクのＧａＮ系材料に対する選択比は１００を越えるため、厚膜ＧａＮ系材料のエッチングが容易に、かつ、高精度に行うことができる。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なＩＣＰ型のドライエッチングが好ましい。
【０１４５】
このような第二エッチング工程により、装置間分離溝が形成されることが好ましい。
【０１４６】
なお、第一エッチング工程と第二エッチング工程は、どちらの工程を先に実施しても、後に実施してもかまわない。
【０１４７】
第一エッチング工程のみを行う場合にはその後に、また、第一エッチング工程と第二エッチング工程のいずれも行う場合には、そのいずれもが終了した後に、絶縁膜３０を形成することが好ましい。絶縁膜３０の材料は適宜選択することができ、詳細は前述のとおりである。成膜方法は、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。
【０１４８】
次に、絶縁膜３０を形成した場合には、その所定部分を除去し、第二導電型側電極２７上の一部で絶縁膜３０が除去された第二導電型側電極２７の露出部分、第一導電型クラッド層上で絶縁膜３０が除去された２以上の第一電流注入領域３６、装置間分離溝内で絶縁膜が除去されたスクライブ領域を形成する。第二導電型側電極２７上の絶縁膜３０の除去は、第二導電型側電極２７の周辺部分が絶縁膜によって覆われているように実施することが好ましい。すなわち第二導電型側電極露出部分の表面積は第二電流注入領域の面積よりも小さいことが好ましい。
【０１４９】
絶縁膜３０の所定部分の除去は、選択された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。
【０１５０】
第二導電型側電極２７の露出部分、第一電流注入領域３６、およびスクライブ領域の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成することが好ましい。
【０１５１】
次に、絶縁膜３０を形成した場合には、当該絶縁膜３０の部分的な除去によって形成された第一電流注入領域３６上に第一導電型側電極２８を形成する。また、絶縁膜３０を形成しなかった場合には、第一エッチング工程で露出された第一導電型クラッド層２４上に直接的に第一導電型側電極２８を形成する。図２に示した本形態においては、第一導電型側電極２８は第一電流注入領域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、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を平面的な投影図形として見たときに、個々の第一導電型側電極２８が、第二導電型側電極２７と交差しない。これは、当該発光素子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。
【０１５２】
さらに、最終的には第一導電型側電極２８が形成される第一電流注入領域３６を形成するための絶縁膜３０の除去に際しては、上記のように個々の第一導電型側電極２８が第二導電型側電極２７と交差しないようにすることに加え、個々の第一導電型側電極２８が、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部２７ｂの間に位置しており、かつ、第二導電型側第１電極部２７ａに近接した位置から半導体発光素子１０の周辺部まで任意の形状で延びて形成されるように、絶縁膜３０を除去する。なお、絶縁膜３０を形成しない場合においても、このような電極配置は必須である。
【０１５３】
電極材料としては、すでに説明したとおり、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。
【０１５４】
第一導電型側電極２８は、図２に示した例では、第一導電型クラッド層２４にその一部が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。
【０１５５】
本形態の製造方法では、第一導電型側電極２８が、積層構造形成の最終段階にて製造されることにより、プロセスダメージ低減の観点でも有利である。第一導電型がｎ型である場合には、ｎ側電極は、好ましい形態では、Ａｌが第一導電型クラッド層に接して形成される。この場合に、もしｎ側電極が絶縁膜の形成よりも前になされると、Ａｌ金属は絶縁膜３０のエッチングプロセスを履歴することになる。絶縁膜のエッチングには、前述のとおりフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチング等が簡便であるが、Ａｌはフッ酸を含めた各種エッチャントに対する耐性が低く、このようなプロセスを実効的に実施すると電極そのものにダメージが入ってしまう。また、ドライエッチングを実施してもＡｌは比較的反応性が高く酸化を含めたダメージが導入される可能性がある。従って、本発明においては、第一導電型側電極２８の形成が、好ましく実施される絶縁膜３０の形成後かつ絶縁膜３０の予定されている不要部分の除去後に行われることは、ｎ側電極に対するダメージの低減に効果がある。
【０１５６】
その後、各発光素子を１つ１つ分離するために、装置間分離溝が形成された場合はその装置間分離溝の位置で、あるいは装置間分離溝が形成されない場合には、予定された所望の位置で、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が実施される。
【０１５７】
素子間分離工程の際に、装置間分離溝が形成された場合には、大部分の薄膜結晶層がないので、薄膜結晶層へのプロセスダメージの導入がほとんどない。また、スクライブ領域に絶縁膜も存在しないので、スクライブ時に、絶縁膜３０の剥離等が生じる可能性もない。また、装置間分離溝が形成されない場合であっても、適切に各種プロセス条件を選択すれば、簡便な方法で素子間分離工程を行うことも可能である。
【０１５８】
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。
【０１５９】
以上のようにして、図１および２に示した発光素子１０が完成する。このようにして完成した発光素子１０は、前述したように、第二導電型側電極２７および２以上の第一導電型側電極２８の形状および配置等に基づき、高効率でかつ面内での均一な発光を実現できる。
【０１６０】
この製造方法では、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側電極２７の形成、エッチング工程（第一エッチング工程および第二エッチング工程）、絶縁膜３０の形成、絶縁膜３０の除去（第二導電型側電極露出部分の形成、第一電流注入領域３６の形成、スクライブ領域の形成）、第一導電型側電極２８の形成は、この順に実施されることが望ましい。
【０１６１】
＜製造方法：上下導通型の発光素子＞
次に、本発明の半導体発光素子の製造方法の他の例について、図８に示した上下導通型の発光素子を例に挙げて説明する。
【０１６２】
上下導通側の発光素子の製造方法の１例では、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、各種の処理を実施してもかまわない。なお、以下の説明において、薄膜結晶層の成長後の熱処理等も含めて「薄膜結晶成長」と記載していることは、前述したとおりである。
【０１６３】
薄膜結晶層成長の後、予定されている第二電流注入領域３５上に、１以上の第二導電型側第１電極部２７ａと、第二導電型側第１電極部２７ａよりも外側に位置して第二導電型側第１電極部２７ａと直接接している２以上の第二導電型側第２電極部２７ｂとを含むように、第二導電型側電極２７を形成する。第二導電型側電極２７の形成は、好ましい場合に用いられる絶縁膜３０の形成よりも、さらには、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、本発明では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。
【０１６４】
本発明では、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。
【０１６５】
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。この中で、本発明の電極構成を形成する目的では、リフトオフ法による電極形状形成が好ましい。
【０１６６】
第二導電型側電極２７の形成後には、絶縁膜３０を形成することが好ましい。絶縁膜３０の材料は適宜選択することができ、詳細は前述のとおりである。成膜方法は、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。
【０１６７】
次に、絶縁膜３０を形成した場合には、その所定部分を除去し、第二導電型側電極２７上の一部で絶縁膜３０が除去された第二導電型側電極２７の露出部分を形成する。第二導電型側電極２７上の絶縁膜３０の除去は、第二導電型側電極２７の周辺部分が絶縁膜によって覆われているように実施することが好ましい。すなわち第二導電型側電極露出部分の表面積は第二電流注入領域の面積よりも小さいことが好ましい。
【０１６８】
絶縁膜３０の所定部分の除去は、選択された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。
【０１６９】
第二導電型側電極２７の露出部分の形成にあわせてスクライブ領域の形成等を行ってもよい。
【０１７０】
次に、基板２１の裏面側に、基板２１に接するように第一導電型側電極２８を形成する。図８に示した本形態においては、第一導電型側電極２８と第二導電型側電極２７は、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を平面的な投影図形として見たときに、個々の第一導電型側電極２８が、第二導電型側電極２７と交差しない。
【０１７１】
さらに、個々の第一導電型側電極２８が第二導電型側電極２７と交差しないようにすることに加え、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を平面的な投影図形として見たときに、個々の第一導電型側電極２８が、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部の間に位置しており、かつ、第二導電型側第１電極部に近接した位置から半導体発光素子１０の周辺部まで任意の形状で延びて形成される。なお、絶縁膜の有無に関わらず、このような電極配置は必須である。
【０１７２】
電極材料としては、すでに説明したとおり、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。
【０１７３】
本形態の製造方法では、第一導電型側電極２８が、発光素子の積層構造形成の最終段階にて製造されることにより、プロセスダメージ低減の観点でも有利である。第一導電型がｎ型である場合には、基板２１もｎ型であることが好ましいが、ｎ側電極は、特に基板２１に直接接する部分には、好ましい形態では、Ａｌが用いられる。この場合に、もしｎ側電極が絶縁膜の形成よりも前になされると、Ａｌ金属は絶縁膜３０のエッチングプロセスを履歴することになる。絶縁膜のエッチングには、前述のとおりフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチング等が簡便であるが、Ａｌはフッ酸を含めた各種エッチャントに対する耐性が低く、このようなプロセスを実効的に実施すると電極そのものにダメージが入ってしまう。また、ドライエッチングを実施してもＡｌは比較的反応性が高く酸化を含めたダメージが導入される可能性がある。従って、本発明においては、第一導電型側電極２８の形成は、好ましく実施される絶縁膜３０の形成後かつ絶縁膜３０の予定されている不要部分の除去後に行われることは、ｎ側電極に対するダメージの低減に効果がある。
【０１７４】
その後、各発光素子を１つ１つ分離するために、好ましく形成される装置間分離溝の位置で、あるいは装置間分離溝が形成されない場合には、予定された所望の位置で、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が実施される。
【０１７５】
素子間分離工程の際に、装置間分離溝が形成された場合には、大部分の薄膜結晶層がないので、薄膜結晶層へのプロセスダメージの導入がほとんどない。また、スクライブ領域に絶縁膜も存在しないので、スクライブ時に、絶縁膜３０の剥離等が生じる可能性もない。また、装置間分離溝が形成されない場合であっても、適切に各種プロセス条件を選択すれば、簡便な方法で素子間分離工程を行うことも可能である。
【０１７６】
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る。図８に示した例では、例えば第二導電型側電極２７が好ましくはハンダ材料あるいはＡｕバンプ等を介してサブマウントに搭載され、一方、第一導電型側電極２８にはワイヤーボンド等を介して給電される。
【０１７７】
以上のようにして、図８に示した発光素子１０が完成する。このようにして完成した発光素子１０は、前述したように、第二導電型側電極２７および２以上の第一導電型側電極２８の形状および配置等に基づき、高効率でかつ面内での均一な発光を実現できる。
【０１７８】
この製造方法では、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側電極２７の形成、好ましく用いられる絶縁膜３０の形成、絶縁膜３０を形成した場合の絶縁膜３０の除去（第二導電型側電極露出部分の形成）、第一導電型側電極２８の形成は、この順に実施されることが望ましい。
【０１７９】
以上、図８に示した構造を例に挙げて上下導通型発光素子の製造方法の一例を説明したが、図７に示した発光素子１０の構造は、上記で説明した一連の工程において、好ましくは第二導電型側電極２７の形成後に、第一導電型クラッド層２４の一部を露出させる工程を追加することによって形成することができる。第一導電型クラッド層２４の一部を露出させる好ましい方法として、薄膜結晶層を第二導電型クラッド層２６側からエッチングによって除去する方法が挙げられる。第一導電型クラッド層２４の一部を露出させる工程は、フリップチップ型の発光素子の製造方法において説明した「第一エッチング工程」に相当するので、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１８０】
また、図８に示した発光素子１０には絶縁膜が形成されていないが、図８に示した構造においても所望により絶縁膜を形成することができる。絶縁膜を形成する場合、その絶縁膜の材料、構造、機能、形成方法、形成工程などは、これまで述べてきたとおりなので、ここではその説明は省略する。
【０１８１】
＜第一導電型側電極および第二導電型側電極の設計方法＞
次に、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７の設計方法について説明する。なお、以下に説明する設計方法は、フリップチップマウント型の発光素子および上下導通型の発光素子のいずれにも適用可能である。
【０１８２】
第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７の設計に際して重要な要素の一つは、これらの平面的な配置、すなわち、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を平面的な投影図形として見たときの配置であり、基本的には、第二導電型側電極２７の配置を決定し、第二導電型側電極２７の隙間を埋めるように第一導電型側電極２８を配置する。
【０１８３】
第二導電型側電極２７の配置は、例えば次のような手順で行うことができる。まず、任意の形状を有する第二導電型側第１電極部２７ａを配置する。次いで、第二導電型側第１電極部２７ａの周囲に、一部が第二導電型側第１電極部２７ａと接する２以上の第二導電型側第２電極部２７ｂを配置する。第二導電型側第２電極２７ｂの配置は、目的とする形状を有する第二導電型側第２電極２７ｂを配置することもできるし、第二導電型側第２電極２７ｂを複数の部分に分割してこれらを順次配置することもできる。
【０１８４】
複数の部分に分割して配置する場合の手順としては、例えば、第１の部分を第二導電型側第１電極部２７ａに接しないように配置し、この第１の部分と第二導電型側第１電極部２７ａとを接続するように第２の部分を配置する手順がある。あるいは、第１の部分を第二導電型側第１電極部２７ａと接するように配置し、この第１の部分の外側に、第１の部分と接して第２の部分を配置することもできる。第二導電型側第２電極部２７ｂを３つ以上の部分に分割する場合も上記の考え方に準じて配置することができる。
【０１８５】
また、２以上の第二導電型側第２電極部２７ｂを配置するに際しては、全ての第二導電型側第２電極部２７ｂを同時に配置してもよいし、１つずつ順番に配置してもよい。第二導電型側第２電極部２７ｂを１つずつ順番に配置する場合、例えば、１つの第二導電型側第２電極部２７ｂを配置した後、第二導電型側第１電極部２７ａを中心に回転させた位置および姿勢で、残りの第二導電型側第２電極部２７ｂを配置するのが好ましい。また、第二導電型側第２電極部２７ｂの回転角度は、全ての第二導電型側第２電極部２７ｂが等角度間隔で配置されるような角度であることが好ましい。このように第二導電型側第２電極部２７ｂを配置することで、第二導電型側第２電極部２７ｂをバランスよく配置できる。
【０１８６】
第二導電型側第１電極部２７ａおよび第二導電型側第２電極部２７ｂが配置された後、２以上の第一導電型側電極２８を配置する。第一導電型側電極２８の配置では、例えば、第一導電型側電極２８および第二導電型側電極２７を平面的な投影図形として見たときに、個々の第一導電型側電極２８を、第二導電型側電極２７と交差しないように、隣接する任意の２つの第二導電型側第２電極部２７ｂの間に位置し、かつ、第二導電型側第１電極部２７ａに近接した位置から半導体発光素子１０の周辺に延びるように配置する。
【０１８７】
２以上の第一導電型側電極２８の配置に際しても、第二導電型側第２電極部２７ｂの配置と同様、全ての第一導電型側電極２８を同時に配置してもよいし、１つずつ順番に配置してもよい。第一導電型側電極２８を１つずつ順番に配置する場合、例えば、１つの第一導電型側電極２８を配置した後、第二導電型側第１電極部２７ａを中心に回転させた位置および姿勢で、残りの第一導電型側電極２８を配置するのが好ましい。
【０１８８】
また、上述の例では、第二導電型側電極２７を配置した後に第一導電型側電極２８を配置する例を示したが、第一導電型側電極２８は、第二導電型側第１電極部２７ａを配置した後、第二導電型側第２電極部２７ｂと同時に配置してもよい。
【符号の説明】
【０１８９】
１０    発光素子
２１    基板
２２    バッファ層
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
２７ａ    第二導電型側第１電極部
２７ｂ    第二導電型側第２電極部
２８    第一導電型側電極
３０    絶縁膜
【図１】
2011233808.tif 000003
【図２】
2011233808.tif 000004
【図３】
2011233808.tif 000005
【図４】
2011233808.tif 000006
【図５】
2011233808.tif 000007
【図６】
2011233808.tif 000008
【図７】
2011233808.tif 000009
【図８】
2011233808.tif 000010