(57)【要約】【課題】発光効率が高い発光素子を提供する。【解決手段】発光素子１において、シリコン基板１１上に金属膜１３及び発光層１７を設け、発光層１７上の一部に上部電極１８を設ける。また、シリコン基板１２の上層部分における上部電極１８の直下域を含む領域に、電流の通過を抑制する電流抑制層として、低濃度層１２を形成する。更に、金属膜１３に溝１６を形成し、上部電極１８の直下域を含み、低濃度層１２の直上域の一部に相当する円形の部分１３ａを、周囲の部分１３ｂから分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板と、
前記導電性基板上に設けられた金属膜と、
前記金属膜上に設けられた発光層と、
前記発光層上の一部に設けられた電極と、
前記金属膜の上面上及び下面上の少なくとも一方における前記電極の直下域の少なくとも一部を含む領域に設けられ、電流の通過を抑制する電流抑制層と、
を備え、
前記金属膜における前記電極の直下域の少なくとも一部を含み前記電流抑制層の直上域又は直下域の一部に相当する第１部分は、それ以外の部分から分離されていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記導電性基板は第１導電型の半導体基板であり、
前記電流抑制層は、前記半導体基板の上層部分に形成され、第２導電型の不純物が導入された半導体層であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
導電性基板と、
前記導電性基板上に設けられた金属膜と、
前記金属膜上に設けられた発光層と、
前記発光層上の一部に設けられた電極と、
前記金属膜と前記発光層との間における前記電極の直下域の少なくとも一部を含む領域に設けられ、電流の通過を抑制する電流抑制層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
【請求項４】
前記電流抑制層は、絶縁層であることを特徴とする請求項１または３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記金属膜は、複数本のピラーに分割されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、特に、メタル接合型の発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、メタル接合型のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）においては、導電性基板上に金属膜及び発光層が積層され、発光層上の一部に上部電極が設けられ、導電性基板の下面上に下部電極が設けられている。そして、上部電極と下部電極の間に電圧を印加することにより、発光層において電子と正孔が再結合し、発光する。このとき、発光層から上方に向けて出射した光は直接、下方に向けて出射した光は金属膜により反射されて、ＬＥＤから上方に向けて出射する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなメタル接合型のＬＥＤにおいては、発光層のうち、上部電極の直下域に位置する部分に最も電流が流れやすく、この部分における発光量が多い。しかしながら、上部電極の直下域において発生した光は、その大部分が上部電極によって遮られてしまう。このため、光の取出効率が低く、ＬＥＤ全体の発光効率が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７６４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、発光効率が高い発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、導電性基板と、前記導電性基板上に設けられた金属膜と、前記金属膜上に設けられた発光層と、前記発光層上の一部に設けられた電極と、前記金属膜の上面上及び下面上の少なくとも一方における前記電極の直下域の少なくとも一部を含む領域に設けられ、電流の通過を抑制する電流抑制層と、を備え、前記金属膜における前記電極の直下域の少なくとも一部を含み前記電流抑制層の直上域又は直下域の一部に相当する第１部分は、それ以外の部分から分離されていることを特徴とする発光素子が提供される。
【０００７】
本発明の他の一態様によれば、導電性基板と、前記導電性基板上に設けられた金属膜と、前記金属膜上に設けられた発光層と、前記発光層上の一部に設けられた電極と、前記金属膜と前記発光層との間における前記電極の直下域の少なくとも一部を含む領域に設けられ、電流の通過を抑制する電流抑制層と、を備えたことを特徴とする発光素子が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光効率が高い発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る発光素子の発光層を例示する断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る発光素子の動作を例示する模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態の第１の変形例に係る発光素子の発光層を例示する断面図である。
【図７】（ａ）は第１の実施形態の第２の変形例に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図８】（ａ）は第１の実施形態の第３の変形例に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図９】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図１０】（ａ）は第２の実施形態に係る発光素子の動作を例示する模式的断面図であり、（ｂ）は模式的平面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【図１４】（ａ）は第３の実施形態の変形例に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１（ａ）は本実施形態に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図であり、
図２は、本実施形態に係る発光素子の発光層を例示する断面図である。
【００１１】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る発光素子１は、メタル接合型のＬＥＤである。発光素子１においては、例えばｐ型の単結晶シリコンからなるシリコン基板１１が設けられている。上方、すなわち、シリコン基板１１の上面に対して垂直な方向から見て、シリコン基板の形状は矩形である。シリコン基板１１には、シリコンに対してアクセプタとなる不純物、例えばボロンを含有しており、導電性が付与されている。
【００１２】
シリコン基板１１の上層部分の一部には、低濃度層１２が形成されている。低濃度層１２には、シリコンに対してドナーとなる不純物、例えば、リンが導入されている。なお、本明細書では、このような母材の導電型をｎ型とする不純物を「ｎ型不純物」ともいう。リンが導入されることにより、低濃度層１２の導電型はｐ型であるが、低濃度層１２の導電に寄与する実効的な不純物濃度はシリコン基板１１の実効的な不純物濃度よりも低くなっており、従って、低濃度層１２の抵抗率はシリコン基板１１の抵抗率よりも高くなっている。上方から見て、低濃度層１２の形状は例えば円形であり、低濃度層１２の中心はシリコン基板１１の中心と一致している。なお、上方から見て、例えば、シリコン基板１１の形状が矩形である場合は、シリコン基板１１の中心とは対角線の交点をいう。
【００１３】
シリコン基板１１上の全面には、金属膜１３が設けられている。金属膜１３は、例えば金（Ａｕ）からなり、下層膜１４上に上層膜１５が積層されて構成されている。金属膜１３には、金属膜１３を膜厚方向に貫通する溝１６が形成されている。上方から見て、溝１６は低濃度層１２の内部に配置されており、その形状は円環状である。また、溝１６の内部は気体層又は真空層となっており、例えば、空気層となっている。溝１６により、金属膜１３における低濃度層１２の直上域の一部に相当する円形の部分１３ａは、その周囲の部分１３ｂから分離されている。
【００１４】
金属膜１３上の全面には、発光層１７が設けられている。図２に示すように、発光層１７においては、下層側から順に、下部クラッド層２１、ｐ型クラッド層２２、活性層２３、ｎ型クラッド層２４及び電流拡散層２５が積層されている。一例では、発光素子１は、波長が６４０〜５００ｎｍ（ナノメートル）の赤色から緑色の光を発光する素子であり、下部クラッド層２１はｐ型のＧａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｌＰからなり、ｐ型クラッド層２２はｐ型のＩｎＡｌＰからなり、活性層２３はＩｎＧａＡｌＰからなり、ｎ型クラッド層２４はｎ型のＩｎＡｌＰからなり、電流拡散層２５はｎ型のＧａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｌＰからなる。
【００１５】
発光層１７上の一部の領域には、上部電極１８が設けられている。上方から見て、上部電極１８の形状は円形であり、溝１６の内部、すなわち、金属膜１３の部分１３ａの内部に配置されている。また、上方から見て、上部電極１８は、発光層１７の中心を含む領域に配置されている。一方、シリコン基板１１の下面上の全面には、下部電極１９が設けられている。上部電極１８及び下部電極１９は、金属により形成されている。
【００１６】
すなわち、発光素子１を上方から見ると、外側から順に、円形の低濃度層１２、円環形の溝１６、円形の上部電極１８が同心円状に配置されており、例えば、これらの中心はシリコン基板１１の中心と一致している。よって、低濃度層１２は、金属膜１３の下面上における上部電極１８の直下域を含む領域に設けられている。また、金属膜１３の部分１３ａは、上部電極１８の直下域の少なくとも一部を含む領域であって、低濃度層１２の直上域の一部に相当する領域に配置されている。
【００１７】
なお、発光素子１の各部の寸法の一例を挙げると、上方から見て、シリコン基板１１の一辺の長さ、すなわち、発光素子１の一辺の長さは３００μｍ（ミクロン）であり、溝１６の外経は１３０〜１４０μｍであり、溝１６の内径、すなわち、金属膜１３の部分１３ａの直径は１２０μｍであり、上部電極１８の直径は１００μｍである。また、シリコン基板１１の厚さは３００〜４００μｍであり、下層膜１４及び上層膜１５の膜厚はそれぞれ１μｍである。
【００１８】
次に、本実施形態に係る発光素子１の製造方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【００１９】
先ず、図３（ａ）に示すように、ｐ型のシリコン基板１１を用意する。次に、シリコン基板１１上の全面に、例えばシリコン酸化物からなるバリア膜３１を形成する。次に、バリア膜３１における低濃度層１２を形成する予定の領域に、開口部３２を形成する。次に、シリコン基板１１を、ｎ型不純物、例えば、リンを含む雰囲気中に曝す。これにより、シリコン基板１１の上面における開口部３２を介して露出した領域に、リンが吸着する。その後、熱処理を行う。これにより、シリコン基板１１の上面に吸着したリンがシリコン基板１１内に拡散すると共に活性化する。このようにして、ｐ型のシリコン基板１１の上層部分の一部にｎ型不純物であるリンが導入されて、この部分の実効的な不純物濃度が減少し、低濃度層１２が形成される。その後、バリア膜３１を除去する。
【００２０】
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１１上の全面に、例えば真空蒸着法等により、例えば金からなる下層膜１４を形成する。次に、リソグラフィ法等により、下層膜１４をパターニングし、下層膜１４における低濃度層１２の直上域の一部に相当する部分１４ａを、それ以外の部分１４ｂから分離する。下層膜１４の部分１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、後の工程において金属膜１３の部分１３ａ及び１３ｂの下層部分となる部分である。
【００２１】
一方、図３（ｃ）に示すように、支持基板３３を用意する。例えば、発光素子１が、波長が６４０〜５００ｎｍの赤色から緑色の光を発光する素子である場合には、支持基板３３はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板とする。次に、支持基板３３上に発光層１７を形成する。このとき、発光層１７は、上側の層、すなわち、発光素子１の完成後においてシリコン基板１１から遠くなる層から順に積層させる。
【００２２】
具体的には、図２に示すように、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法又はＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy)法等を用いて、支持基板３１上にｎ型のＩｎＧａＡｌＰ又はＧａＡｌＡｓからなる電流拡散層２５を形成し、その上に、ｎ型のＩｎＡｌＰからなるｎ型クラッド層２４を形成し、その上に、ＩｎＧａＡｌＰからなる活性層２３を形成し、その上に、ｐ型のＩｎＡｌＰからなるｐ型クラッド層２２を形成し、その上に、ｐ型のＧａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｌＰからなる下部クラッド層２１を形成する。ＭＯＣＶＤ法で用いる原料は、例えばＴＭＧ(Trimethyl Gallium)、ＴＭＡ(Trimethyl Aluminum)若しくはＴＭＩ(Trimethyl Indium)等の有機金属、又はアルシン（AsH3)若しくはフォスフィン（PH3)等の水素化物ガス等とする。また、ＧａＡｓに対するｐ型不純物にはＤＭＺ(Dimethyl Zinc)を原料とする亜鉛（Ｚｎ）等を用いることができ、ｎ型不純物にはシリコン（Ｓｉ）等を用いることができる。
【００２３】
次に、図３（ｄ）に示すように、発光層１７上に、例えば真空蒸着法等により、金からなる上層膜１５を形成する。次に、リソグラフィ法等により、上層膜１５をパターニングし、円形の部分１５ａをその周囲の部分１５ｂから分離させる。これにより、上層膜１５を、後の工程において下層膜１４に当接させたときに、下層膜１４と整合するように加工する。
【００２４】
次に、図４（ａ）に示すように、上層膜１５を下層膜１４に当接させて接合することにより、支持基板３３をシリコン基板１１に貼り合わせる。例えば室温において上層膜１５を下層膜１４に接触させ、例えば１００〜２００℃の温度範囲で例えば３０分間加熱することにより、上層膜１５を下層膜１４に接合する。この貼り合わせは、真空中又は不活性ガス雰囲気中で行うと、上層膜１５と下層膜１４との密着性が向上するため、好ましい。上層膜１５が下層膜１４に接合することにより、金属膜１３が形成される。また、下層膜１４における部分１４ａと部分１４ｂとの間の隙間と、上層膜１５における部分１５ａと部分１５ｂとの間の隙間とが連通して、円環状の溝１６が形成される。
【００２５】
次に、図４（ｂ）に示すように、ウェットエッチングを行い、支持基板３３を除去する。これにより、発光層１７の上面が露出する。
次に、図４（ｃ）に示すように、発光層１７の上面上、すなわち、支持基板３３を除去することにより出現した発光層１７の露出面上の一部に、上部電極１８を形成する。上部電極１８は、金属膜１３の円形の部分１３ａの直上域の一部に円形に形成する。一方、シリコン基板１１の下面上の全面に、下部電極１９を形成する。このようにして、発光素子１が製造される。
【００２６】
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
図５は、本実施形態に係る発光素子の動作を例示する模式的断面図である。
図５において、波線の矢印は電流経路を示し、実線の矢印は光路を示す。なお、図５においては、無数にある電流経路及び光路のうちの一部を例示している。また、電流経路を示す矢印の向きは任意であり、必ずしも正極から負極に向かっているわけではない。後述する図１０においても同様である。
【００２７】
図５に示すように、本実施形態に係る発光素子１については、上部電極１８及び下部電極１９に対してそれぞれ配線（図示せず）をボンディングし、上部電極１８と下部電極１９との間に電圧を印加して、電流を流す。これにより、発光層１７の活性層２３（図２参照）において、電子と正孔が再結合し、バンドギャップに相当するエネルギーが光として放出される。そして、発光層１７から上方に向かって出射した光は発光層１７から直接、下方に向かって出射した光は金属膜１３によって反射された後、発光素子１から上方に向けて出射する。
【００２８】
このとき、低濃度層１２はシリコン基板１１よりも実効的な不純物濃度が低く、抵抗率が高いため、電流の通過を抑制する電流抑制層として機能する。また、金属膜１３における溝１６を除く部分には自由に電流が流れるが、溝１６内は気体層又は真空層となっているため、電流が流れない。そして、発光素子１においては、電流抑制層である低濃度層１２は金属膜１３の下面上に設けられており、部分１３ａの下面全体に接しているため、部分１３ａにはほとんど電流が流れない。
【００２９】
この結果、上部電極１８と下部電極１９との間に流れる電流は、部分１３ａ内はほとんど通過せず、主として部分１３ｂ内を通過する。このため、発光層１７においても、電流は上部電極１８と部分１３ａとの間の部分にはほとんど流れず、上部電極１８と部分１３ｂとの間の部分に集中して流れる。これにより、発光層１７における発光は、主として上部電極１８の直下域以外の部分で発生する。このため、発光層１７において発生した光が上部電極１８によって遮られることが少ない。このように、発光素子１においては、発光層１７において発生した光のうち、上部電極１８によって遮られる割合が少ないため、光の取出効率が高く、発光素子全体として発光効率が高い。特に、本実施形態においては、部分１３ａは上部電極１８の直下域の全体を含む領域に配置されているため、発光層１７から出射した光が上部電極１８によって遮られることが少なく、発光効率が高い。
【００３０】
また、上方から見て、上部電極１８は発光層１７の中心を含む領域に配置されているため、電流は上部電極１８の直下域の周囲に等方的に拡がり、発光層１７における上部電極１８の直下域の周囲をほぼ均一に発光させることができる。
【００３１】
更に、発光素子１においては、上部電極１８の直下域には金属膜１３の部分１３ａが設けられているため、機械的な強度が高い。これにより、上部電極１８に配線をボンディングさせたときに、発光層１７が破壊されることを防止できる。
【００３２】
更にまた、本実施形態においては、ｐ型のシリコン基板１１にｎ型不純物であるリンを導入することにより低濃度層１２を形成し、これを電流抑制層としている。このため、電流抑制層を簡単に形成することができる。また、電流抑制層を形成することにより、シリコン基板１１の上面の平坦性が失われることがない。この結果、下層膜１４の上面も平坦に形成することができ、上層膜１５に精度よく接合させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、シリコン基板１１の導電型をｐ型とし、発光層１７の下部の導電型をｐ型とし、上部の導電型をｎ型とする例を示したが、これらの導電型は逆でもよい。すなわち、シリコン基板１１の導電型をｎ型とし、発光層１７の下部の導電型をｎ型とし、上部の導電型をｐ型としてもよい。具体的には、発光層１７において、下層側から順に、ｎ型のＧａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｌＰからなる下部クラッド層、ｎ型のＩｎＡｌＰからなるｎ型クラッド層、ＩｎＧａＡｌＰからなる活性層、ｐ型のＩｎＡｌＰからなるｐ型クラッド層、及び、ｐ型のＩｎＧａＡｌＰ又はＧａＡｌＡｓからなる電流拡散層を積層させてもよい。この場合は、低濃度層１２にはｐ型不純物を導入する。
【００３４】
また、本実施形態においては、シリコン基板１１の上面の一部にリンを吸着させて、その後熱処理を施すことにより、吸着したリンを拡散及び活性化させて、低濃度層１２を形成する例を示したが、リンはイオン注入によってシリコン基板１１内に導入してもよい。この場合は、シリコン基板１１の上層部分のみにリンが注入されるように、加速エネルギーを十分に低くする必要がある。
【００３５】
次に、本実施形態の第１の変形例について説明する。
図６は、本変形例に係る発光素子の発光層を例示する断面図である。
図６に示すように、本変形例に係る発光素子１ａは、波長が４８０〜４００ｎｍの青色から紫外までの光を発光する素子である。本変形例に係る発光素子１ａは、前述の第１の実施形態に係る発光素子１と比較して、発光層の組成が異なっている。すなわち、発光素子１ａの発光層１７ａにおいては、例えば、下部クラッド層２１はｐ型のＧａＮからなり、ｐ型クラッド層２２もｐ型のＧａＮからなり、活性層２３はＩｎＧａＮからなり、ｎ型クラッド層２４はｎ型のＧａＮからなり、電流拡散層２５はｎ型のＡｌＧａＮからなる。
【００３６】
また、このような発光層１７ａを堆積させる際の下地となる支持基板３３も、前述の第１の実施形態とは異なっている。すなわち、本変形例においては、支持基板３３としてサファイア基板を使用する。また、支持基板３３をシリコン基板１１に貼り合わせた後、支持基板３３を除去するために、ウェットエッチングではなく、例えば、レーザーリフトオフ法を使用する。本変形例における上記以外の構成、製造方法、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３７】
次に、本実施形態の第２の変形例について説明する。
図７（ａ）は本変形例に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例に係る発光素子１ｂにおいては、前述の第１の実施形態に係る発光素子１の低濃度層１２（図１参照）の代わりに、逆導電型層４２が設けられている。逆導電型層４２は、その導電型が、逆導電型層４２の周囲、すなわち、シリコン基板１１の導電型に対して逆となる層である。本変形例においては、シリコン基板１１の導電型がｐ型であるのに対して、逆導電型層４２の導電型はｎ型である。
【００３８】
逆導電型層４２は、図３（ａ）に示す工程において、ｎ型不純物であるリンを、低濃度層１２を形成する場合よりも多量に導入することによって形成することができる。この結果、逆導電型層４２は、ｎ型不純物を低濃度層１２よりも高濃度に含有し、導電型がｎ型となる。本変形例における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３９】
本変形例においては、ｐ型のシリコン基板１１とｎ型の逆導電型層４２との界面において、ｐｎ接合面が形成されることにより、電流の通過が抑制される。すなわち、発光素子１ｂにおいては、逆導電型層４２が電流抑制層として機能する。本変形例における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４０】
次に、本実施形態の第３の変形例について説明する。
図８（ａ）は本変形例に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例に係る発光素子１ｃにおいては、上方から見て、低濃度層１２ｃ、溝１６ｃ及び上部電極１８ｃが、シリコン基板１１の外縁に沿って枠状に形成されている。これにより、金属膜１３において、枠状の部分１３ｃではなく、その内側に配置された矩形の部分１３ｄに電流を流すことができ、発光層１７における矩形の部分１３ｄの直上域を発光させることができる。このように、電流抑制層（低濃度層１２）、溝及び上部電極のレイアウトは任意であり、上方から見て、上部電極の少なくとも一部を含む領域に電流抑制層が形成されており、金属膜１３において、上部電極の直下域の少なくとも一部を含み、且つ、電流抑制層の直上域の一部に相当する部分が、それ以外の部分から分離されていればよい。本変形例における上記以外の構成、製造方法、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図９（ａ）は本実施形態に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る発光素子２においては、金属膜５３が複数本のピラー５３ａに分割されている。各ピラー５３ａの形状は円柱形である。上方から見て、ピラー５３ａは例えばマトリクス状に配列されており、ピラー５３ａ同士は相互に分離されている。このようなピラー５３ａは、前述の図３（ｂ）及び（ｄ）に示す工程において、上層膜１５及び下層膜１４をそれぞれ複数本のピラーに分断するようにパターニングすることにより、製造することができる。本実施形態における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４２】
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
図１０（ａ）は本実施形態に係る発光素子の動作を例示する模式的断面図であり、（ｂ）は模式的平面図である。
図１０に示すように、本実施形態に係る発光素子２においては、低濃度層１２の直上域に配置されたピラー５３ａは、低濃度層１２に接しており、且つ、他のピラー５３ａから分離されている。これにより、低濃度層１２に接しているピラー５３ａには電流がほとんど流れず、シリコン基板１１に接しているピラー５３ａ、すなわち、低濃度層１２の直上域以外の領域に配置されたピラー５３ａ（以下、「電流通過ピラー」という）に電流が集中して流れる。この結果、発光層１７においては、電流通過ピラーの直上域に相当する部分５４が集中的に発光する。そして、このような発光部分５４の直上域には、上部電極１８は配置されていないため、発光した光が上部電極１８によって遮られることがない。この結果、発光素子２は発光効率が高い。
【００４３】
また、一般に、発光層に流れる電流の密度と発光の密度との関係は線形ではなく、発光効率が最も高くなる電流密度が存在し、その値は発光層の組成によって異なる。本実施形態においては、ピラー５３ａの本数、配置、断面積等を調整することにより、発光層１７の各部分に流れる電流の密度を制御することができる。このため、発光効率が最も高くなるような電流密度で、発光層１７に電流を流すことができる。この結果、発光効率をより一層向上させることが可能となる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４４】
なお、本実施形態においては、ピラー５３ａをマトリクス状に配列させる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ピラー５３ａは同心円状に配列させてもよく、放射状に配列させてもよく、ランダムに配置してもよい。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１１（ａ）は本実施形態に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は平面図である。
図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る発光素子３は、前述の第２の実施形態に係る発光素子２（図９参照）と比較して、低濃度層１２（図９参照）が設けられておらず、その代わりに、金属膜５３と発光層１７との間に絶縁層６１が設けられている点が異なっている。絶縁層６１は、絶縁材料、例えば、シリコン酸化物により形成されている。上方から見て、絶縁層６１の形状は円形であり、その外縁は上部電極１８の外縁の外側にあり、その中心は上部電極１８及び発光層１７の中心と一致している。また、金属膜５３の下層膜１４及び上層膜１５の膜厚がそれぞれ例えば１μｍである場合、絶縁層６１の厚さは例えば５０ｎｍ以下である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態と同様である。
【００４６】
次に、本実施形態に係る発光素子３の製造方法について説明する。
図１２（ａ）〜（ｄ）及び図１３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る発光素子の製造方法を例示する工程断面図である。
【００４７】
先ず、図１２（ａ）に示すように、前述の第１の実施形態と同様に、支持基板３３上に発光層１７を形成する。
次に、図１２（ｂ）に示すように、発光層１７上に、シリコン酸化物からなる絶縁層６１を形成する。絶縁層６１は発光層１７の中心領域上に円形に形成する。
次に、図１２（ｃ）に示すように、発光層１７上の全面に、絶縁層６１を覆うように上層膜１５を成膜し、複数本のピラーに分割する。これにより、絶縁層６１の直上域の一部に形成されたピラーを、絶縁層６１の直上域以外の領域に形成されたピラーから分離する。
【００４８】
一方、図１２（ｄ）に示すように、ｐ型のシリコン基板１１上の全面に下層膜１４を成膜する。なお、このとき、シリコン基板１１に対してｎ型不純物を導入せず、従って、低濃度層１２（図１参照）及び逆導電型層４２（図７参照）は形成しない。次に、下層膜１４を複数本のピラーに分割し、上層膜１５に当接させたときに上層膜１５と整合するように加工する。
【００４９】
次に、図１３（ａ）に示すように、上層膜１５を下層膜１４に当接させて、支持基板３３をシリコン基板１１に貼り合わせる。これにより、上層膜１５からなる複数本のピラーのそれぞれが、下層膜１４からなる複数本のピラーのそれぞれに接合されて、複数本のピラー５３ａが形成される。
【００５０】
このとき、上層膜１５が分割されたピラーのうち、絶縁層６１の直上域に形成されたピラーは、それ以外の領域に形成されたピラーと比較して、絶縁層６１の厚さ分だけ突出するが、上層膜１５及び下層膜１４は軟質な金により形成されているため、各ピラーが変形することにより、絶縁層６１の厚さ分の段差を吸収することができる。逆に言えば、絶縁層６１の厚さは、上層膜１５及び下層膜１４が変形することによって吸収できる程度の厚さとする。
【００５１】
次に、図１３（ｂ）に示すように、ウェットエッチングを行い、支持基板３３を除去する。これにより、発光層１７の上面が露出する。
次に、図１３（ｃ）に示すように、発光層１７の上面上の一部に、上部電極１８を形成する。上方から見て、上部電極１８は、絶縁層６１の内側に円形に形成する。一方、シリコン基板１１の下面上の全面に、下部電極１９を形成する。このようにして、発光素子３が製造される。本実施形態における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態に係る発光素子３においては、絶縁層６１が電流抑制層として機能するため、前述の第１及び第２の実施形態及びその変形例のように、低濃度層１２又は逆導電型層４２を電流抑制層として用いる場合よりも、より確実に電流を遮断することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。
【００５３】
なお、本実施形態においては、絶縁層６１が金属膜５３と発光層１７との間に形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、シリコン基板１１と金属膜５３との間に形成してもよい。また、本実施形態においては、前述の第２の実施形態と同様に、金属膜５３を複数本のピラー５３ａに分割する例を示したが、前述の第１の実施形態と同様に、金属膜に溝を形成することにより、金属膜を上部電極１８の直下域を含み絶縁層６１の直下域又は直上域に含まれる部分と、それ以外の部分とを分離してもよい。
【００５４】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図１４（ａ）は、本変形例に係る発光素子を例示する断面図であり、（ｂ）は、平面図である。
図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例に係る発光素子３ａは、前述の第３の実施形態に係る発光素子３（図１１参照）と比較して、金属膜１３が分断されていない点が異なっている。本変形例においては、前述の第３の実施形態と比較して、金属膜１３が分断されていないため、金属膜１３が変形しにくく、絶縁層６１の厚さを金属膜１３の変形によって吸収し、下層膜１４と上層膜１５とを均一に接合することがやや困難になるものの、金属膜１３を加工する必要がないため、第３の実施形態と比較して、製造工程を簡略化できる。本変形例における上記以外の構成、製造方法、動作及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。なお、第３の実施形態及び本変形例においては、絶縁層１７により電流抑制層を構成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、発光層１７に対する低濃度層又は逆導電型層によって電流抑制層を構成してもよい。
【００５５】
以上、実施形態及びその変形例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態及び変形例に限定されるものではない。前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。例えば、前述の第１の実施形態及びその変形例において説明したバリエーションは、前述の第２及び第３の実施形態に適用することができる。例えば、前述の第２の実施形態において、電流抑制層として、低濃度層の代わりに逆導電型層を設けてもよい。また、各実施形態において、低濃度層又は逆導電型層と絶縁層を両方設けてもよい。
【００５６】
また、前述の各実施形態又は各変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。例えば、発光層と上部電極との接合強度を確保するために、両者の間にコンタクト層を設けてもよい。また、発光層の構成及び組成は、前述の例には限定されない。
【００５７】
更に、以下の付記に記載されているような構成も考えられる。
（付記１）
導電性基板と、
前記導電性基板上に設けられた金属膜と、
前記金属膜上に設けられた発光層と、
前記発光層上の一部に設けられた電極と、
前記金属膜の上面上及び下面上の少なくとも一方における前記電極の直下域の少なくとも一部を含む領域に設けられ、電流の通過を抑制する電流抑制層と、
を備え、
前記金属膜における前記電極の直下域の少なくとも一部を含み前記電流抑制層の直上域又は直下域の一部に相当する第１部分は、それ以外の部分から分離されていることを特徴とする発光素子。
【００５８】
（付記２）
前記導電性基板は第１導電型の半導体基板であり、
前記電流抑制層は、前記半導体基板の上層部分に形成され、第２導電型不純物が導入された半導体層であることを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００５９】
（付記３）
前記電流抑制層は、実効的な不純物濃度が前記半導体基板の実効的な不純物濃度よりも低い第１導電型の半導体層であることを特徴とする付記２記載の発光素子。
【００６０】
（付記４）
前記電流抑制層は第２導電型の半導体層であることを特徴とする付記２記載の発光素子。
【００６１】
（付記５）
前記電流抑制層は絶縁層であることを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００６２】
（付記６）
前記金属膜は複数本のピラーに分割されていることを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００６３】
（付記７）
前記第１部分は、前記電極の直下域の全体を含む領域に配置されていることを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００６４】
（付記８）
前記第１部分と前記それ以外の部分との間は、気体層又は真空層になっていることを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００６５】
（付記９）
上方から見て、前記電極は前記発光層の中心を含む領域に配置されていることを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００６６】
（付記１０）
前記発光層は、
前記金属膜上に設けられ、第１導電型のＧａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｌＰからなる下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に設けられ、第１導電型のＩｎＡｌＰからなる第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に設けられ、ＩｎＧａＡｌＰからなる活性層と、
前記活性層上に設けられ、第２導電型のＩｎＡｌＰからなる第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層上に設けられ、第２導電型のＩｎＧａＡｌＰ又はＧａＡｌＡｓからなる電流拡散層と、
を有することを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００６７】
（付記１１）
前記発光層は、
前記金属膜上に設けられ、第１導電型のＧａＮからなる下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に設けられ、第１導電型のＧａＮからなる第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に設けられ、ＩｎＧａＮからなる活性層と、
前記活性層上に設けられ、第２導電型のＧａＮからなる第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層上に設けられ、第２導電型のＡｌＧａＮからなる電流拡散層と、
を有することを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００６８】
（付記１２）
前記導電性基板の下面上に設けられた他の電極をさらに備えたことを特徴とする付記１記載の発光素子。
【００６９】
（付記１３）
導電性基板と、
前記導電性基板上に設けられた金属膜と、
前記金属膜上に設けられた発光層と、
前記発光層上の一部に設けられた電極と、
前記金属膜と前記発光層との間における前記電極の直下域の少なくとも一部を含む領域に設けられ、電流の通過を抑制する電流抑制層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
【００７０】
（付記１４）
前記電流抑制層は絶縁層であることを特徴とする付記１３記載の発光素子。
【００７１】
（付記１５）
前記金属膜は複数本のピラーに分割されていることを特徴とする付記１３記載の発光素子。
【００７２】
（付記１６）
第１導電型の半導体基板の上層部分の一部に第２導電型不純物を導入する工程と、
前記半導体基板上に第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜における前記第２導電型不純物を導入した領域の直上域の一部に相当する部分を、それ以外の部分から分離する工程と、
支持基板上に発光層を形成する工程と、
前記発光層上に第２の金属膜を形成する工程と、
前記第２の金属膜を、前記第１の金属膜に当接させたときに前記第１の金属膜と整合するように加工する工程と、
前記第２の金属膜を前記第１の金属膜に接合して、前記支持基板を前記半導体基板に貼り合わせる工程と、
前記支持基板を除去する工程と、
前記支持基板を除去することにより出現した前記発光層の露出面上であって、前記第１の金属膜における前記一部に相当する部分の直上域の一部に、電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光素子の製造方法。
【００７３】
（付記１７）
前記第１の金属膜を分離する工程において、前記第１の金属膜を複数本のピラーに分割することを特徴とする付記１６記載の発光素子の製造方法。
【００７４】
（付記１８）
前記支持基板にはＧａＡｓ基板を使用し、
前記発光層を形成する工程は、
第２導電型のＩｎＧａＡｌＰ又はＧａＡｌＡｓからなる電流拡散層を形成する工程と、
前記電流拡散層上に、第２導電型のＩｎＡｌＰからなる第２導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第２導電型クラッド層上に、ＩｎＧａＡｌＰからなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、第１導電型のＩｎＡｌＰからなる第１導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１導電型クラッド層上に、第１導電型のＧａＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｌＰからなる下部クラッド層を形成する工程と、
を有し、
前記支持基板の除去は、ウェットエッチングによって行うことを特徴とする付記１６記載の発光素子の製造方法。
【００７５】
（付記１９）
前記支持基板にはサファイア基板を使用し、
前記発光層を形成する工程は、
第２導電型のＡｌＧａＮからなる電流拡散層を形成する工程と、
前記電流拡散層上に、第２導電型のＧａＮからなる第２導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第２導電型クラッド層上に、ＩｎＧａＮからなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、第１導電型のＧａＮからなる第１導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１導電型クラッド層上に、第１導電型のＧａＮからなる下部クラッド層を形成する工程と、
を有し、
前記支持基板の除去は、レーザーリフトオフによって行うことを特徴とする付記１６記載の発光素子の製造方法。
【００７６】
（付記２０）
第２導電型不純物を導入する工程は、
前記半導体基板上にバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜に開口部を形成する工程と、
前記半導体基板を前記第２導電型不純物を含む雰囲気に曝す工程と、
熱処理を行って、前記半導体基板に吸着した前記第２導電型不純物を前記半導体基板内に拡散させると共に活性化させる工程と、
を有することを特徴とする付記１６記載の発光素子の製造方法。
【００７７】
（付記２１）
支持基板上に発光層を形成する工程と、
前記発光層上の一部に絶縁層を形成する工程と、
前記発光層上に前記絶縁層を覆うように第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜における前記絶縁層の直上域の一部に相当する部分をそれ以外の部分から分離する工程と、
導電性基板上に第２の金属膜を形成する工程と、
前記第２の金属膜を、前記第１の金属膜に当接させたときに前記第１の金属膜と整合するように加工する工程と、
前記第１の金属膜を前記第２の金属膜に接合して、前記支持基板を前記半導体基板に貼り合わせる工程と、
前記支持基板を除去する工程と、
前記支持基板を除去することにより出現した前記発光層の露出面上であって、前記第１の金属膜における前記一部に相当する部分の直上域の一部に、電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする発光素子の製造方法。
【符号の説明】
【００７８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、２、３、３ａ  発光素子、１１  シリコン基板、１２、１２ｃ  低濃度層、１３  金属膜、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ  部分、１４  下層膜、１４ａ、１４ｂ  部分、１５  上層膜、１５ａ、１５ｂ  部分、１６、１６ｃ  溝、１７、１７ａ  発光層、１８、１８ｃ  上部電極、１９  下部電極、２１  下部クラッド層、２２  ｐ型クラッド層、２３  活性層、２４  ｎ型クラッド層、２５  電流拡散層、３１  バリア膜、３２  開口部、３３  支持基板、４２  逆導電型層、５３  金属膜、５３ａ  ピラー、５４  発光部分、６１  絶縁層
【図１】
2011044482.tif 000003
【図２】
2011044482.tif 000004
【図３】
2011044482.tif 000005
【図４】
2011044482.tif 000006
【図５】
2011044482.tif 000007
【図６】
2011044482.tif 000008
【図７】
2011044482.tif 000009
【図８】
2011044482.tif 000010
【図９】
2011044482.tif 000011
【図１０】
2011044482.tif 000012
【図１１】
2011044482.tif 000013
【図１２】
2011044482.tif 000014
【図１３】
2011044482.tif 000015
【図１４】
2011044482.tif 000016