(57)【要約】【課題】III 族窒化物半導体発光素子の光取り出し効率を向上させること。【解決手段】発光素子１００は、ｐ型層１０４のｐ電極１０３と接合している側の表面には、溝１０８が形成されている。この溝１０８は、ｐ型層１０４、活性層１０５を貫通し、ｎ型層１０６に達する深さである。溝１０８の側面は、ｐ型層１０４からｎ型層１０６に向かうにつれ素子面方向の断面積が減少するよう傾斜している。溝１０８の底面に接し、溝１０８の側面には接しないよう補助電極１０９が形成されている。また、溝１０８の側面、補助電極１０９の形成されていない溝１０８の底面、補助電極１０９に連続してＳｉＯ2 からなる絶縁膜１１０が形成されている。補助電極１０９により電流拡散性が向上するため、ｎ電極の面積を低減して光取り出し効率を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の支持体と、前記支持体上に位置するｐ電極と、前記ｐ電極上に順に位置する、III 族窒化物半導体からなるｐ型層、活性層、ｎ型層と、前記ｎ型層上に位置するｎ電極と、を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｐ型層の前記ｐ電極側表面から前記ｎ型層に達する深さの溝と、
前記溝の底面である前記ｎ型層に接し、前記溝の側面には接しない補助電極と、
前記補助電極、および前記溝の底面、側面を覆う透光性を有した絶縁膜と、
を有する、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記補助電極の面積は、前記ｎ電極の面積よりも広いことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記溝および前記補助電極は、配線状のパターンである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記溝の側面は、前記溝の素子面方向における断面積が前記ｎ型層側に向かって減少する傾斜を有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記補助電極の少なくとも一部は、前記ｎ電極の一部ないし全部と対向する位置に形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記溝および前記補助電極の一部は、発光領域の外側を囲む配線状のパターンであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記補助電極は、Ｖ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、またはＮｉ／Ａｕから成ることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板リフトオフ法によって成長基板を除去され、支持体と接合されたIII 族窒化物半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物半導体の成長基板として、一般的にサファイア基板が用いられている。しかし、サファイアは導電性や熱伝導性に問題があり、明確な劈開面がなく加工が容易でない。そこで、これらの問題を解決する技術として、成長基板上にIII 族窒化物半導体を成長させた後に成長基板を除去する技術（基板リフトオフ）が開発されている。
【０００３】
その技術の１つがレーザーリフトオフ法である。これは、III 族窒化物半導体層と支持基板とを接合した後、成長基板とIII 族窒化物半導体との界面にレーザーを照射してIII 族窒化物半導体層を分解させて成長基板を分離除去する方法である。また、別の技術として、III 族窒化物半導体層の成長基板に近い層に薬液に溶解可能な層を導入し、III 族窒化物半導体層と支持基板とを接合した後に、所望の薬液により上記薬液に溶解可能な層を溶解して成長基板を除去する方法（ケミカルリフトオフ法）も知られている。
【０００４】
このような成長基板が除去され、支持基板と接合されたIII 族窒化物半導体発光素子において、光取り出し効率を向上させる技術が特許文献１に示されている。特許文献１に記載の発光素子では、ｐ型層のｐ電極と接合している側の表面からｎ型層に達する深さの光反射用凹部を設け、ｐ型層からｎ型層に向かうにつれ素子面方向における断面積が減少するように凹部側面を傾斜させている。この反射用凹部により、活性層近傍に閉じ込められて素子面方向に伝搬している光をｎ型層側へと反射させ、光取り出し効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】２００８−２０５００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のように光反射用凹部を設けた場合であっても、光反射用凹部によってｎ型層側へと反射された光の一部は、ｎ型層のｎ電極と接合している側の表面において反射して素子内部へと戻ってしまうため、光取り出し効率が十分に向上していなかった。
【０００７】
また、ｎ型層の表面に形成されるｎ電極の占める面積を小さくすることで、光取り出し効率を向上させることも考えられる。しかし、その場合は素子面方向へ電流が十分に拡散せず、発光の均一性が損なわれてしまい、高電流密度で駆動させた際の発光効率の低下が大きくなってしまう。
【０００８】
そこで本発明の目的は、発光の均一性を損なうことなく光取り出し効率を向上させたIII 族窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、導電性の支持体と、支持体上に位置するｐ電極と、ｐ電極上に順に位置する、III 族窒化物半導体からなるｐ型層、活性層、ｎ型層と、ｎ型層上に位置するｎ電極と、を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、ｐ型層のｐ電極側表面からｎ型層に達する深さの溝と、溝の底面であるｎ型層に接し、溝の側面には接しない補助電極と、補助電極、および溝の底面、側面を覆う絶縁膜と、を有し、溝および補助電極は、配線状のパターンである、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【００１０】
ここでIII 族窒化物半導体とは、一般式Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１）で表される半導体であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの一部を他の第３Ｂ族元素（第１３族元素）であるＢやＴｌで置換したもの、Ｎの一部を他の第５Ｂ族元素（第１５族元素）であるＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。より一般的には、Ｇａを少なくとも含むＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮを示す。ｎ型不純物としてはＳｉ、ｐ型不純物としてはＭｇが通常用いられる。
【００１１】
ｎ電極は、円形や角形のパッド部のみであってもよいし、パッド部と配線部からなるものであってもよい。ｎ電極のパターンは任意のパターンでよいが、発光の均一性を高めるために対称性を有したパターンが望ましい。たとえば、中央に設けられたパッド部から放射状に配線部が伸びたパターンや、配線部を矩形としてその矩形の頂点位置に２つのパッド部を設けたパターンなどである。
【００１２】
溝および補助電極は任意のパターンでよいが、発光の均一性を高めるために対称性を有した配線状のパターンが望ましい。たとえば、格子状、ストライプ状、放射状の配線パターンや、それらを複合させた配線パターンなどである。溝のパターンと補助電極のパターンは一致していなくてもよく、補助電極のパターンが溝のパターンの一部であってもよい。また、補助電極の一部とｎ電極の一部ないし全部とが、素子面に垂直な方向において対向するパターンであることが望ましく、その対向する領域がなるべく広いことが望ましい。補助電極とｎ電極との間で導通し易くなり、補助電極による素子面方向への電流拡散がより容易になるからである。また、ｎ電極直下の活性層からの光は、ｎ電極によって遮蔽してしまうので、ｎ電極と対向する領域に溝および補助電極を形成して発光しないようにする方が損失を低減できて有利だからである。特に、ｎ電極のパッド部と素子面に垂直な方向において対向する位置に、そのパッド部に等しい面積、形状で補助電極の一部を設けることが望ましい。また、溝および補助電極の一部を、発光領域の外側を囲う配線パターンとするとよい。ここで発光領域は、発光素子に電圧を印加して発光させたときに発光している領域であり、活性層形成領域とｐ電極の形成領域とが重なる領域にほぼ一致した領域である。溝および補助電極の一部をこのようなパターンとすると、従来は素子側面から放射されていた光を溝の側面によってｎ型層側へ反射させることができるので、素子側面からの光の放射が減少し、上面からの放射が増加するが、一般に素子側面から放射される光は有効活用されることがないため、実質的な高効率化を図ることができる。
【００１３】
また、補助電極の面積は、ｎ電極の面積よりも広くすることが望ましい。ｎ電極の面積を減らし、補助電極の面積を増やすことによって、発光の均一性を維持したまま光取り出し効率を向上させることができるからである。特に、ｎ電極の面積を素子面積の１〜１０％とし、補助電極の面積を素子面積の４〜１６％とすると、より光取り出し効率を向上させることができるので望ましい。
【００１４】
また、ｎ電極と補助電極は、溝の一部領域がｎ型層を貫通するようにする等の構造によって、部分的に連続させてもよい。ただし、その連続する領域を広くとることは望ましくない。補助電極がIII 族窒化物半導体のｎ型層の＋ｃ面と接触する面積が小さくなり、素子面方向に電流を拡散させる効果が低くなるからである。
【００１５】
溝の側面は、溝の素子面方向における断面積がｎ型層側に向かって減少するように傾斜を持たせることが望ましい。素子面方向に伝搬する光を溝の側面によってｎ型層側へ反射させることができ、光取り出し効率をより向上させることができるからである。溝の側面が素子面に対して成す角度は、３０〜８５°が望ましい。３０°未満の角度、または８５°より大きい角度では、十分に光取り出し効率を向上させることができないからである。さらに望ましい角度は４０〜８０°である。
【００１６】
補助電極の材料は、従来よりIII 族窒化物半導体のｎ型層の＋ｃ面（Ｇａ極性面）にコンタクトをとるためのｎ電極材として知られている任意の材料を用いることができる。たとえば、Ｖ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの材料を補助電極に用いることができる。ｎ電極の材料は、補助電極の材料と同じものを使用することができるが、III 族窒化物半導体のｎ型層の−ｃ面（Ｎ極性面）に良好なコンタクトを取ることができる他の材料を用いてもよい。
【００１７】
ｎ型層表面には、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、リン酸などの水溶液によるウェットエッチングによって微細な凹凸を設け、光取り出し効率を向上させることが望ましい。微細な凹凸を設ける場合、ｎ電極形成領域には微細な凹凸を設けず、平坦なままとすることが望ましい。ｎ電極と微細な凹凸との間で光が多重反射して減衰してしまい、光取り出し効率が悪化してしまうのを防止するためである。
【００１８】
絶縁膜は、電流のリークやショートを防止するために設けるものである。絶縁膜には発光素子の発光波長に対する透光性と絶縁性とを有した材料であれば任意の材料を用いることができ、たとえば、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＴｉＯ2 などを用いることができる。絶縁膜を介して溝の側面や底面には高反射層を設けることが望ましい。また、高反射な材料からなるｐ電極が上記高反射層であってもよい。また、絶縁膜を介して溝の側面や底面に誘電体多層膜を設けたり、絶縁膜自体を誘電体多層膜としたりして、反射率を高めた構造としてもよい。
【００１９】
III 族窒化物半導体の成長基板は、サファイアが一般的であるが、他にもＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、などを用いることができる。また、支持体には、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗなどの基板を用いることができ、金属層を介してｐ電極と支持体を接合することで、支持体上にｐ電極を形成することができる。金属層には、Ａｕ−Ｓｎ層、Ａｕ−Ｓｉ層、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などの金属共晶層を用いることができ、Ａｕ層、Ｓｎ層、Ｃｕ層などを用いることもできる。また、ｐ電極上に直接めっきやスパッタなどによってＣｕなどの金属層を形成して支持体としてもよい。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明において、補助電極の面積は、ｎ電極の面積よりも広いことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【００２１】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、溝および補助電極は、配線状のパターンである、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【００２２】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、溝の側面は、溝の素子面方向における断面積がｎ型層側に向かって減少する傾斜を有する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【００２３】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、補助電極の少なくとも一部は、ｎ電極の一部ないし全部と対向する位置に形成されている、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【００２４】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、溝および補助電極の一部は、発光領域の外側を囲む配線状のパターンであることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【００２５】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、補助電極は、Ｖ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、またはＮｉ／Ａｕから成ることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【発明の効果】
【００２６】
第１の発明では、ｎ電極と導通し、素子面方向への電流拡散を補助するための補助電極を設けている。この補助電極は、溝の底面であるIII 族窒化物半導体のｎ型層の＋ｃ面と接触しているので、コンタクト抵抗が低い。そのため、補助電極によって素子面方向に効率的に電流を拡散させることができ、発光の均一性を高めることができる。その結果、ｎ電極によって面方向への電流の拡散を図る必要性が少なくなり、ｎ電極の占める面積を低減することができ、ｎ電極の存在による光取り出しの阻害が減少し、光取り出し効率を向上させることができる。
【００２７】
また、第２の発明によれば、発光の均一性を損なうことなく、ｎ電極の存在による光取り出しの阻害をさらに減少させることができ、光取り出し効率をより向上させることができる。
【００２８】
また、第３の発明によると、補助電極による素子面方向への電流の拡散性が向上し、発光の均一性をより高めることができる。
【００２９】
また、第４の発明によると、溝の側面によって素子の面内に閉じ込められていた光を上方へ反射させることができ、光取り出し効率を向上させることができる。
【００３０】
また、第５の発明によると、ｎ電極と補助電極との間の導通が容易となり、素子面方向の電流の拡散性が向上するため、発光の均一性をより高めることができる。
【００３１】
また、第６の発明によると、素子側面からの光の放射が減少し、素子上面からの放射が増加するため、実質的な高効率化を図ることができる。
【００３２】
また、第７の発明のように、補助電極の材料として、Ｖ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１の発光素子１００の構造を示した図。
【図２】ｎ電極のパターンを示した図。
【図３】補助電極のパターンを示した図。
【図４．Ａ】発光素子１００の製造工程を示した図。
【図４．Ｂ】発光素子１００の製造工程を示した図。
【図４．Ｃ】発光素子１００の製造工程を示した図。
【図４．Ｄ】発光素子１００の製造工程を示した図。
【図４．Ｅ】発光素子１００の製造工程を示した図。
【図４．Ｆ】発光素子１００の製造工程を示した図。
【図４．Ｇ】発光素子１００の製造工程を示した図。
【図４．Ｈ】発光素子１００の製造工程を示した図。
【図５】他のｎ電極、補助電極のパターンを示した図。
【図６】他のｎ電極、補助電極のパターンを示した図。
【図７】他のｎ電極、補助電極のパターンを示した図。
【図８】他のｎ電極、補助電極のパターンを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
図１は、実施例１の発光素子１００の構造を示した断面図であり、図２は発光素子１００を上面からみた図である。図２のように、発光素子１００は平面視で正方形であり、図１のように、支持体１０１と、支持体１０１上に低融点金属層１０２を介して接合されたｐ電極１０３と、ｐ電極１０３上に順に積層されたIII 族窒化物半導体からなるｐ型層１０４、活性層１０５、ｎ型層１０６と、ｎ型層１０６上に形成されたｎ電極１０７と、によって構成されている。
【００３６】
支持体１０１には、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗなどからなる導電性基板を用いることができる。低融点金属層１０２には、Ａｕ−Ｓｎ層、Ａｕ−Ｓｉ層、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などの金属共晶層を用いることができ、低融点金属ではないが、Ａｕ層、Ｓｎ層、Ｃｕ層などを用いることもできる。なお、低融点金属層１０２を用いて支持体１０１とｐ電極１０３とを接合するのではなく、ｐ電極１０３上に直接めっきやスパッタなどによってＣｕなどの金属層を形成して支持体１０１としてもよい。ｐ電極１０３は、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕやこれらの金属を主成分とする合金などの高光反射率で低コンタクト抵抗な金属である。他にｐ電極１０３の材料として、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｕ合金などを用いることもでき、ＩＴＯなどの透明電極膜と高反射金属膜からなる複合層であってもよい。
【００３７】
ｐ型層１０４、活性層１０５、ｎ型層１０６は、従来より発光素子の構成として知られている任意の構成でよい。ｐ型層１０４は、たとえば、支持体１０１側から順に、ＧａＮからなるＭｇがドープされたｐコンタクト層、ＡｌＧａＮからなるＭｇがドープされたｐクラッド層が積層された構造である。活性層１０５は、たとえば、ＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層が繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。ｎ型層１０６は、たとえば、活性層１０５側から順に、ＧａＮからなるｎクラッド層、ＧａＮからなる高濃度にＳｉがドープされたｎ型コンタクト層、が積層された構造である。
【００３８】
ｐ型層１０４のｐ電極１０３と接合している側の表面には、溝１０８が形成されている。この溝１０８は、ｐ型層１０４、活性層１０５を貫通し、ｎ型層１０６に達する深さである。溝１０８の側面は、ｐ型層１０４からｎ型層１０６に向かうにつれ素子面方向の断面積が減少するよう傾斜しており、溝１０８の底面は素子面に平行である。
【００３９】
溝１０８側面の傾斜角度は、素子面方向に対して３０〜８５度であることが望ましく、４０〜８０度であるとより望ましい。光取り出し効率をより向上させることができるからである。
【００４０】
溝１０８の底面にはｎ型層１０６が露出しており、補助電極１０９はこのｎ型層１０６が露出した溝１０８の底面に接し、溝１０８の側面には接しないよう形成されている。また、溝１０８の側面、補助電極１０９の形成されていない溝１０８の底面、補助電極１０９に連続してＳｉＯ2 からなる絶縁膜１１０が形成されている。この絶縁膜１１０は、溝１０８の側面とｐ電極１０３との間、および補助電極１０９とｐ型層１０４との間での短絡を防止するために設けたものである。補助電極１０９には、従来よりIII 族窒化物半導体のｎ型層の＋ｃ面にコンタクトをとるｎ電極材として使用されているものを用いることができる。たとえば、Ｖ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの材料を用いることができる。
【００４１】
なお、絶縁膜１１０は、発光素子１００の発光波長に対する透光性と絶縁性を有した材料からなるものであればよく、ＳｉＯ2 以外に、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＴｉＯ2 などを用いることができる。
【００４２】
溝１０８の側面と補助電極１０９との間には絶縁膜１１０を介して隙間が生じているが、この隙間は高反射な金属からなるｐ電極１０３で埋められており、溝１０８の側面における光の反射率を高め、より効率的に光をｎ型層１０６側へ反射できる構造としている。ｐ電極１０３で隙間を埋めるのに替えて、溝１０８の側面に絶縁膜１１０を介して高反射な金属膜を別途設けたり、屈折率のことなる複数の誘電体からなる誘電体多層膜を形成することにより、光取り出し効率を向上させてもよい。
【００４３】
ｎ電極１０７は、図２に示すように、素子中央部に円形のパッド部のみを有した形状であり、電流拡散性を向上させるための配線状の部分を有していない。ｎ電極１０７には、補助電極１０９と同様の材料、つまり、従来よりIII 族窒化物半導体のｎ型層の＋ｃ面（Ｇａ極性面）にコンタクトをとるｎ電極材として使用されているものを用いることができる。ただし、これらの材料ではｎ電極１０７の形成されるIII 族窒化物半導体のｎ型層の−ｃ面（Ｎ極性面）に対して十分に低いコンタクト抵抗を実現することが難しいため、ｎ型III 族窒化物半導体の−ｃ面に対してより低いコンタクト抵抗を実現することができる材料を用いてもよい。
【００４４】
図３は、補助電極１０９の平面パターンを示した図である。溝１０８の平面パターンも補助電極１０９の平面パターンとほぼ同様の形状であり、以下では補助電極１０９の平面パターンについてのみ説明する。補助電極１０９は、図３に示されているように、素子面に垂直な方向においてｎ電極１０７に対向する位置（素子中央部）に、そのｎ電極１０７と形状、大きさをほぼ同じくして円形部分１０９ａを有している。さらに補助電極１０９は、その円形部分１０９ａから、正方形の対角線方向に伸びた４本の配線状部分１０９ｂを有している。さらに補助電極１０９は、発光素子１００の発光領域の外周１１１を囲む正方形の配線状部分１０９ｃを有し、配線状部分１０９ｃの内側に同じく正方形の配線状部分１０９ｄを有している。なお、発光領域の外周１１１は、図２において正方形の点線で示した部分であり、発光領域はｐ電極１０７の形成領域であって、かつ、活性層１０５の形成領域である領域にほぼ一致した領域である。
【００４５】
補助電極１０９の一部である円形部分１０９ａを素子面に垂直な方向においてｎ電極１０７に対向する位置に設けたのは、ｎ電極１０７と補助電極１０９との間でより円滑に電流が流れるようにすることができるからである。また、元来その対向する位置での発光は、ｎ電極１０７によって遮られてほとんど光を取り出すことができないのであるから、対向する位置に溝１０８を形成して発光させないようにする方が光出力を向上させることができて望ましい、というのも理由の１つである。
【００４６】
また、補助電極１０９の一部として発光領域の外周を囲む配線状部分１０９ｃを設けたのは、以下の理由による。配線状部分１０９ｃを形成する場合、この配線状部分１０９ｃは溝１０８の底面に形成されるものであるから、当然に溝１０８の一部も発光領域の外周を囲む正方形の配線状に形成される。従来、素子の側面から放射されていた光は、発光素子１００ではこの発光領域の外周を囲む溝１０８の側面によってｎ型層１０６側へと反射される。一般に素子の側面から放射される光は有効活用されることがないものであるから、配線状部分１０９ｃによってｎ型層１０６側へ反射させる構造の発光素子１００では、実質的な効率が向上している。
【００４７】
ｎ型層１０６のｎ電極１０７と接合している側の表面には、ｎ電極１０７が形成されている領域を除いて微細な凹凸１１３が形成されている。微細な凹凸１１３は、微小な六角錐が多数形成されたものであり、その六角錐の側面は、素子面方向に対して約６０度の角を成している。この微細な凹凸１１３により、光取り出し効率を向上させている。ｎ型層１０６のｎ電極１０７が接合している側の表面のｎ電極１０７形成領域については微細な凹凸１１３を形成せず、平坦なままとしているが、これはｎ電極１０７の裏面と微細な凹凸１１３の表面との間で光が多重反射して減衰し、光取り出し効率を悪化させてしまうのを防止するためである。
【００４８】
この発光素子１００では、ｐ型層１０４側からｎ型層１０６に達する溝１０８を形成し、その溝１０８底面に補助電極１０９を設けている。ここで、溝１０８底面は、III 族窒化物半導体であるｎ型層１０６の＋ｃ面であり、補助電極１０９は溝１０８底面に十分低抵抗にコンタクトを取ることができる。そのため、ｎ電極１０７から供給され、ｎ型層１０６を通って補助電極１０９に達した電子は、配線状に形成された補助電極１０９を流れて素子面方向へ広く拡散させることができ、発光の均一性を高めることができる。この補助電極１０９を設けたことによって素子面方向への電流拡散性が向上した分、ｎ電極１０７によって面方向へ電流を拡散させる必要性が小さくなり、ｎ電極１０７の占める面積を従来の発光素子に比べて小さくすることができる。実際に発光素子１００のｎ電極１０７では、パッド部のみの形状とし、配線状の部分を有しておらず、ｎ電極１０７の占める面積は従来の発光素子に比べて小さくなっていて、補助電極２０９の面積よりもｎ電極１０７の面積は小さくなっている。ｎ電極１０７の面積が小さくなると、ｎ電極１０７によって光が反射、吸収されて遮られる割合が減少し、光取り出し効率が向上する。以上のように、発光素子１００では、発光の均一性を損なうことなく、光取り出し効率が向上された構造となっている。
【００４９】
また、溝１０８の側面がｐ型層１０４からｎ型層１０６に向かうにつれ素子面方向の断面積が減少するよう傾斜しているため、溝１０８の側面によって素子面方向に伝搬する光をｎ型層１０６側へと反射させることができ、光取り出し効率を向上させることができる。また、溝１０８の一部は、発光領域の外側を囲うように形成されているため、従来素子の側面から放射されていた光は溝１０８の側面によってｎ型層１０６側へ反射される。素子の側面から放射されていた光は、一般的に有効活用されることがなかったものであるから、溝１０８の一部を発光領域の外側を囲うように形成したことで、実質的に効率が高められている。
【００５０】
次に、発光素子１００の製造工程について図４を参照に説明する。
【００５１】
まず、サファイア基板１１５上に、ＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体からなるｎ型層１０６、活性層１０５、ｐ型層１０４を順に積層させる（図４．Ａ）。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ3 ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）、キャリアガスとしてＨ2 とＮ2 である。サファイア基板１１５の表面には凹凸加工が施されていてもよい。また、サファイア基板１１５以外にもＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、などを用いることができる。
【００５２】
次に、ｐ型層１０４上に、溝１０８を形成する領域に窓を開けたパターンのＳｉＯ2 からなるマスクを形成し、塩素系ガスプラズマを用いたドライエッチングを行う。これにより、補助電極１０８のパターン形状にほぼ一致したｎ型層１０６に達する深さの溝１０８が形成される。その後、マスクはバッファードフッ酸等により除去する（図４．Ｂ）。
【００５３】
次に、溝１０８の底面に接し、かつ、溝１０８の側面には接しないようにして溝１０８の側面から距離をとって、補助電極１０９を形成する（図４．Ｃ）。補助電極１０９のアロイ処理は、補助電極１０９形成後のいずれのタイミングで行ってもよく、補助電極１０９のアロイ化のみを目的に行ってもよいし、のちに形成するｐ電極１０３とともにアロイ化を行ってもよい。
【００５４】
続いて、溝１０８の側面、補助電極１０９が形成されていない溝１０８の底面、補助電極１０９の側面、補助電極１０９の上面に連続して膜状に絶縁膜１１０を形成し、絶縁膜１１０によって補助電極１０９、および溝１０８の側面を覆う（図４．Ｄ）。
【００５５】
次に、ｐ電極１０３をスパッタ法によってｐ型層１０４上および絶縁膜１１０上に形成し、さらにその上に低融点金属層１０２を形成する（図４．Ｅ）。
【００５６】
次に、支持体１０１を用意し、低融点金属層１０２を介して、支持体１０１とｐ電極１０３を接合する（図４．Ｆ）。なお、ｐ電極１０３と低融点金属層１０２との間に図示しない拡散防止層をあらかじめ形成しておき、低融点金属層１０２の金属がｐ電極１０３側に拡散するのを防止するとよい。
【００５７】
そして、サファイア基板１１５側からレーザー光を照射して、レーザーリフトオフにより、サファイア基板１１５を分離除去する（図４．Ｇ）。
【００５８】
次に、サファイア基板１１５の除去により露出したｎ型層１０６表面であって、のちにｎ電極１０７を形成する領域に、ＳｉＯ2 からなるマスクを形成し、濃度２２％のＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液にウェハを浸漬することで、マスクに覆われていないｎ型層１０６表面の領域に微細な凹凸１１３を形成する。その後マスクをバッファードフッ酸により除去する（図４．Ｈ）。これにより、ｎ型層１０６表面のｎ電極１０７形成領域以外には微細な凹凸１１３が形成され、ｎ電極１０７形成領域は微細な凹凸１１３が形成されずに平坦なままとなる。微細な凹凸１１３の形成にはＴＭＡＨ以外にもＫＯＨやＮａＯＨなどの水溶液を用いることもできる。
【００５９】
次に、微細な凹凸１１３が形成されていない平坦なｎ型層１０６上に、ｎ電極１０７を、レジストを用いたリフトオフ法によって形成する。そして、支持体１０１を研磨して薄くし、支持体１０１の低融点金属層１０２側とは反対側の表面に裏面電極（図示しない）を形成し、レーザーダイシングによるチップ分離を行って図１に示す発光素子１００が製造される。
【００６０】
なお、ｎ電極および補助電極のパターンは、実施例１に示したものに限るものではなく、任意のパターンでよい。ただし、素子面方向の電流の拡散性を向上させ、発光の均一性を高めるために対称性を有したパターンが望ましい。また、補助電極の一部とｎ電極の一部ないし全部とが、素子面に垂直な方向において対向するパターンであることが望ましく、その対向する領域がなるべく広いことが望ましい。また、補助電極の一部は発光領域の外周を囲む配線状部分を有していることが望ましい。以下、ｎ電極および補助電極のパターン例を列挙する。
【００６１】
図５（ａ）は他のｎ電極２０６のパターン、図５（ｂ）は他の補助電極２０９のパターンを示した図である。ｎ電極２０６は、図５（ａ）に示すように、平面視で正方形の発光素子において正方形の対角位置に２つのパッド部２０６ａを有している。パッド部２０６ａの形状は正方形である。また、ｎ電極２０６は、発光領域の外周２１１の内部に、パッド部２０６ａに接続する正方形の配線状部分２０６ｂを有している。一方、補助電極２０９は、素子面に垂直な方向においてパッド部２０６ａと対向する位置に、そのパッド部２０６ａと面積、形状を同じくする２つの正方形部分２０９ａを有している。また、補助電極２０９は、２つの正方形部分２０９ａに接続する格子状部分２０９ｂを有している。この図４に示したｎ電極２０６および補助電極２０９のパターンは、いずれも正方形の対角線に対して線対称であり、ｎ電極２０６のパッド部２０６ｂと補助電極２０９の正方形部分２０９ａが対向し、ｎ電極２０６の面積は補助電極２０９の面積よりも小さいパターンとなっている。したがって、発光素子の発光の均一性を損なうことなく、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６２】
図６（ａ）は他のｎ電極３０６のパターン、図６（ｂ）は他の補助電極３０９のパターンを示した図である。ｎ電極３０６は、図６（ａ）に示すように、平面視で正方形の発光素子において正方形の中央に円形のパッド部３０６ａを有している。また、ｎ電極３０６は、パッド部３０６ａから十字型に伸びる配線状部分３０６ｂを有している。一方、補助電極３０９は、素子面に垂直な方向においてパッド部３０６ａと対向する位置に、そのパッド部３０６ａと面積、形状を同じくする円形部分３０９ａを有している。また、補助電極３０９は、円形部分３０９ａに接続する田の字型の格子状部分３０９ｂを有している。この格子状部分３０９ｂの中央の十字型部分は、素子面に垂直な方向において、ｎ電極３０６の配線状部分３０６ｂに対向している。この図６に示したｎ電極３０６および補助電極３０９のパターンは、いずれも対称性を有したパターンであり、ｎ電極３０６のパッド部３０６ａと補助電極３０９の正方形部分３０９ａ、およびｎ電極３０６の配線状部分３０６ｂと補助電極３０９の格子状部分３０９ｂの十字型部分が対向し、ｎ電極３０６の面積は補助電極３０９の面積よりも小さいパターンとなっている。したがって、発光素子の発光の均一性を損なうことなく、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６３】
図７（ａ）は他のｎ電極４０６のパターン、図７（ｂ）は他の補助電極４０９のパターンを示した図である。ｎ電極４０６は、図７（ａ）に示すように、平面視で正方形の発光素子において正方形の対角位置に２つのパッド部４０６ａを有している。パッド部４０６ａの形状は正方形である。また、ｎ電極４０６は、発光領域の外周４１１を囲い、パッド部４０６ａに接続する正方形の配線状部分４０６ｂを有している。一方、補助電極４０９は、素子面に垂直な方向において２つのパッド部４０６ａと対向する位置に、そのパッド部４０６ａと面積、形状を同じくする四角形部分４０９ａを有している。また、補助電極４０９は、発光領域の外周４１１を囲い、四角形部分４０９ａに接続する田の字型の格子状部分４０９ｂを有している。この格子状部分４０９ｂの外周部分は、素子面に垂直な方向において、ｎ電極４０６の配線状部分４０６ｂに対向している。この図６に示したｎ電極４０６および補助電極４０９のパターンは、いずれも対称性を有したパターンであり、ｎ電極４０６のパッド部４０６ｂと補助電極４０９の正方形部分４０９ａ、およびｎ電極３０６の配線状部分４０６ｂと補助電極３０９の格子状部分３０９ｂの外周部分が対向し、ｎ電極４０６の面積は補助電極４０９の面積よりも小さいパターンとなっている。したがって、発光素子の発光の均一性を損なうことなく、光取り出し効率を向上させることができる。また、ｎ電極４０６の配線状部分４０６ｂは、発光領域の外周４１１を囲う位置に形成されているため、発光領域の外周４１１よりも内側にｎ電極４０６を配置する場合よりも光を阻害する効果が低く、光取り出し効率が向上している。
【００６４】
図８（ａ）は他のｎ電極５０６のパターン、図８（ｂ）は他の補助電極５０９のパターンを示した図である。ｎ電極５０６は、図８（ａ）に示すように、平面視で正方形の発光素子において正方形の対角位置に２つのパッド部５０６ａを有している。パッド部５０６ａの形状は正方形である。また、ｎ電極５０６は、発光領域の外周５１１の内側に、パッド部５０６ａに接続する正方形の配線状部分５０６ｂを有している。一方、補助電極５０９は、格子状のパターンを有していて、発光領域の外周５１１を囲う正方形の配線状部分５０９ａを有している。ｎ電極５０６の２つのパッド部５０６ａの一部と、補助電極５０９の配線状部分５０９ａの一部が、素子面に垂直な方向において対向している。この図７に示したｎ電極５０６および補助電極５０９のパターンは、いずれも対称性を有したパターンであり、ｎ電極３０６の面積は補助電極３０９の面積よりも小さいパターンとなっている。したがって、発光素子の発光の均一性を損なうことなく、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６５】
また、実施例において、ｎ電極と補助電極との対向するｎ型層の領域をｎ型層表面側からエッチングして溝を形成し、その溝の底面にｎ電極を形成するようにしてもよい。ｎ電極と補助電極との対向する領域のｎ型層の厚さが薄くなり、ｎ電極と補助電極との間の導通がより容易となるため、ｎ電極の面積を低減して光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
【００６６】
また、実施例では、サファイア基板の除去にレーザーリフトオフを用いているが、サファイア基板とｎ型層との間に薬液に溶解させることができるバッファ層を形成し、支持体との接合後に薬液によってバッファ層を溶解させてサファイア基板を分離除去するケミカルリフトオフを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明のIII 族窒化物半導体発光素子は、照明装置や表示装置などに用いることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０１：支持体
１０２：低融点金属層
１０３：ｐ電極
１０４：ｐ型層
１０５：活性層
１０６：ｎ型層
１０７：ｎ電極
１０８：溝
１０９：補助電極
１１０：絶縁膜
１１１：発光領域の外周
１１３：微細な凹凸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４．Ａ】
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【図４．Ｂ】
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【図４．Ｃ】
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【図４．Ｄ】
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【図４．Ｅ】
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【図４．Ｆ】
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【図４．Ｇ】
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【図４．Ｈ】
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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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