(57)【要約】【要約】【課題】窓層兼支持基板をＳｉＯ２層等の誘電体膜を介して接合し出発基板を除去することによって製造されるタイプの発光素子であって、光取り出し効率を向上させた発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】窓層兼支持基板と、窓層兼支持基板上に設けられた第二導電型の第二半導体層、活性層、及び、第一導電型の第一半導体層とをこの順に含む発光部とを有する発光素子であって、発光素子は、少なくとも第一半導体層と活性層が除去された除去部と、除去部以外の非除去部とを有し、さらに、非除去部に設けられた第一オーミック電極と、除去部に設けられた第二オーミック電極とを有し、窓層兼支持基板と発光部とが誘電体膜を介して接合されたものであり、発光部と誘電体膜との間に反射防止層を有するものであることを特徴とする発光素子。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓層兼支持基板と、前記窓層兼支持基板上に設けられた第二導電型の第二半導体層、活性層、及び、第一導電型の第一半導体層とをこの順に含む発光部とを有する発光素子であって、
前記発光素子は、少なくとも前記第一半導体層と前記活性層が除去された除去部と、前記除去部以外の非除去部とを有し、さらに、前記非除去部に設けられた第一オーミック電極と、前記除去部に設けられた第二オーミック電極とを有し、
前記窓層兼支持基板と前記発光部とが誘電体膜を介して接合されたものであり、
前記発光部と前記誘電体膜との間に反射防止層を有するものであることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記誘電体膜がＳｉＯ２層であり、前記反射防止層が、１．６以上２．９以下の屈折率を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記誘電体膜が、前記発光部側に設けられた第一の誘電体膜と、前記窓層兼支持基板側に設けられた第二の誘電体膜とからなり、前記第一の誘電体膜及び第二の誘電体膜が直接接合されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記誘電体膜が、前記発光部側に設けられた第一の誘電体膜と、前記窓層兼支持基板側に設けられた第二の誘電体膜とからなり、前記第一の誘電体膜及び第二の誘電体膜が接着剤を介して接合されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
発光素子を製造する方法であって、
出発基板を準備する工程と、
前記出発基板上に、エピタキシャル成長により、第一導電型の第一半導体層、活性層、及び、第二導電型の第二半導体層が順次積層された発光部を含む積層構造を形成し、発光素子用ウェーハを作製する工程と、
該発光素子用ウェーハ上に、第一の誘電体膜を形成する工程と、
窓層兼支持基板を準備する工程と、
前記窓層兼支持基板上に、第二の誘電体膜を形成する工程と、
前記発光素子用ウェーハと前記窓層兼支持基板とを、第一の誘電体膜及び第二の誘電体膜を介して接合させ、接合基板を作製する工程と、
前記接合基板において、前記出発基板を除去して、前記第一半導体層を露出させる工程と、
前記接合基板の一部の領域において、少なくとも前記第一半導体層及び前記活性層を除去した除去部と該除去部以外の非除去部とを形成する工程と、
前記非除去部の表面に第一オーミック電極を、前記除去部の表面に第二オーミック電極を形成する工程と、
レーザー光によるスクライブ・ブレーキング法を用いて前記接合基板から発光素子をダイス状に分離する工程と、
を含み、かつ、前記第一の誘電体膜を形成する工程よりも前に、前記発光素子用ウェーハの発光部の上に反射防止層を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第一の誘電体膜及び前記第二の誘電体膜をＳｉＯ２層とし、前記反射防止層の屈折率を１．６以上２．９以下とすることを特徴とする請求項５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記接合基板を作製する工程において、前記窓層兼支持基板と前記発光素子用ウェーハとを、前記第一の誘電体膜及び前記第二の誘電体膜を直接接合させることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記接合基板を作製する工程において、前記窓層兼支持基板と前記発光素子用ウェーハとを、前記第一の誘電体膜及び前記第二の誘電体膜を接着剤により接合させることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子及び発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップオンボード（ＣＯＢ）等の製品は、ＬＥＤ素子からの放熱性に優れ、照明等の用途において採用されるＬＥＤチップ実装方法である。ＣＯＢ等にＬＥＤを実装する場合、チップを直接ボードに接合するフリップ実装が必須である。フリップ実装を実現するためには、発光素子の一方の面に極性の異なる通電用パッドを設けたフリップチップを作製する必要がある。また、通電用パッドが設けられた面の反対側の面は光取り出し機能を有する材料で構成する必要がある。
【０００３】
黄色〜赤色ＬＥＤでフリップチップを作製する場合、発光層にはＡｌＧａＩｎＰ系の材料が用いられる。ＡｌＧａＩｎＰ系材料はバルク結晶が存在せず、ＬＥＤ部はエピタキシャル法で形成されるため、出発基板にはＡｌＧａＩｎＰとは異なる材料が選択される。出発基板はＧａＡｓやＧｅが選択される場合が多く、これらの基板は可視光に対して光吸収の特性を有するため、フリップチップを作製する場合、出発基板は除去される。しかし、発光層を形成するエピタキシャル層は極薄膜のため、出発基板除去後に自立することができない。したがって、発光層に発光波長に対して透明で窓層としての機能を有し、自立させるために十分の厚さを有する支持基板としての機能を有する材料・構成で、出発基板と置換する必要がある。
【０００４】
窓層兼支持基板の機能を有する置換材料としては、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、サファイアなどが選択される。前記いずれの材料を選択しても、ＡｌＧａＩｎＰ系材料と異なる材料であるため、格子定数、熱膨張係数やヤング率などの機械的特性はＡｌＧａＩｎＰ系材料とは異なる。
【０００５】
このような技術として、特許文献１には窓層兼支持基板としてＧａＰを結晶成長と直接接合により形成する方法が開示されている。この技術では直接接合するＧａＰ基板の大きさによって発光素子用ウェーハの大きさが決まり、ウェーハを大口径化することが難しい問題がある。このため、この技術では、小さい発光素子の製造には向いていても、大きな発光素子の製造には向かない。また、特許文献２には、窓層兼支持基板としてＧａＰを結晶成長して形成する方法が開示されている。この技術によればＧａＰ基板を接合しないため、接合基板の大きさの制約をうけない。しかし、ＧａＰとＡｌＧａＩｎＰ発光層部には大きな格子不整が存在し、反りが発生する。ウェーハを大口径化すると反りが大きくなるため、大きいウェーハを使用するとデバイスプロセスが難しくなる問題がある。このため、この技術では、小さい発光素子の製造には向いていても、大きな発光素子の製造には向かない。また、特許文献３には、サファイア等からなる窓層兼支持基板としての透明基板を、ＳｉＯ２層を介して接合する技術が開示されている。この技術であれば大口径のウェーハであっても反りや接合不良を低減することができる。しかし、この場合、半導体部とＳｉＯ２層との間で反射が起こるため、透明基板側への光取り出し効率が低下する欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１２０２８号公報
【特許文献２】特開２０１５−５５５１号公報
【特許文献３】特開２０１７−１２６７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、窓層兼支持基板をＳｉＯ２層等の誘電体膜を介して接合し、出発基板を除去することによって製造されるタイプの発光素子であって、光取り出し効率を向上させた発光素子及びその製造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】
上記課題を達成するために、本発明では、窓層兼支持基板と、前記窓層兼支持基板上に設けられた第二導電型の第二半導体層、活性層、及び、第一導電型の第一半導体層とをこの順に含む発光部とを有する発光素子であって、前記発光素子は、少なくとも前記第一半導体層と前記活性層が除去された除去部と、前記除去部以外の非除去部とを有し、さらに、前記非除去部に設けられた第一オーミック電極と、前記除去部に設けられた第二オーミック電極とを有し、前記窓層兼支持基板と前記発光部とが誘電体膜を介して接合されたものであり、前記発光部と前記誘電体膜との間に反射防止層を有するものであることを特徴とする発光素子を提供する。
【０００９】
このような発光素子であれば、発光部で放射された光が誘電体膜で反射されるのを抑制することができるため、光取り出し効率を向上させることができる。
【００１０】
また、このとき、前記誘電体膜がＳｉＯ２層であり、前記反射防止層が、１．６以上２．９以下の屈折率を有するものであることが好ましい。
【００１１】
このような誘電体膜及び反射防止層であれば、より確実に光取り出し効率を向上させることができる。
【００１２】
また、前記誘電体膜が、前記発光部側に設けられた第一の誘電体膜と、前記窓層兼支持基板側に設けられた第二の誘電体膜とからなり、前記第一の誘電体膜及び第二の誘電体膜が直接接合されたものであることが好ましい。
【００１３】
このような誘電体膜であれば、接合不良による剥離が少ないものとなる。
【００１４】
また、前記誘電体膜が、前記発光部側に設けられた第一の誘電体膜と、前記窓層兼支持基板側に設けられた第二の誘電体膜とからなり、前記第一の誘電体膜及び第二の誘電体膜が接着剤を介して接合されたものであることが好ましい。
【００１５】
このような誘電体膜であっても、接合不良による剥離が少ないものとなる。
【００１６】
また、本発明では、発光素子を製造する方法であって、出発基板を準備する工程と、前記出発基板上に、エピタキシャル成長により、第一導電型の第一半導体層、活性層、及び、第二導電型の第二半導体層が順次積層された発光部を含む積層構造を形成し、発光素子用ウェーハを作製する工程と、該発光素子用ウェーハ上に、第一の誘電体膜を形成する工程と、窓層兼支持基板を準備する工程と、前記窓層兼支持基板上に、第二の誘電体膜を形成する工程と、前記発光素子用ウェーハと前記窓層兼支持基板とを、第一の誘電体膜及び第二の誘電体膜を介して接合させ、接合基板を作製する工程と、前記接合基板において、前記出発基板を除去して、前記第一半導体層を露出させる工程と、前記接合基板の一部の領域において、少なくとも前記第一半導体層及び前記活性層を除去した除去部と該除去部以外の非除去部とを形成する工程と、前記非除去部の表面に第一オーミック電極を、前記除去部の表面に第二オーミック電極を形成する工程と、レーザー光によるスクライブ・ブレーキング法を用いて前記接合基板から発光素子をダイス状に分離する工程と、を含み、かつ、前記第一の誘電体膜を形成する工程よりも前に、前記発光素子用ウェーハの発光部の上に反射防止層を形成することを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。
【００１７】
このような発光素子の製造方法であれば、発光部で放射された光が誘電体膜で反射されるのを抑制することができるため、光取り出し効率を向上させることが可能な発光素子を製造することができる。
【００１８】
また、このとき、前記第一の誘電体膜及び前記第二の誘電体膜をＳｉＯ２層とし、前記反射防止層の屈折率を１．６以上２．９以下とすることが好ましい。
【００１９】
このような第一の誘電体膜、第二の誘電体膜、及び、反射防止層とすれば、より確実に光取り出し効率を向上させることができる。
【００２０】
また、このとき、前記接合基板を作製する工程において、前記窓層兼支持基板と前記発光素子用ウェーハとを、前記第一の誘電体膜及び前記第二の誘電体膜を直接接合させることが好ましい。
【００２１】
このように誘電体膜を接合すれば、接合不良による剥離を少なくすることができる。
【００２２】
また、このとき、前記接合基板を作製する工程において、前記窓層兼支持基板と前記発光素子用ウェーハとを、前記第一の誘電体膜及び前記第二の誘電体膜を接着剤により接合させることが好ましい。
【００２３】
このように誘電体膜を接合しても、接合不良による剥離を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明の発光素子であれば、発光部で放射された光が誘電体膜で反射されるのを抑制することができるため、光取り出し効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一の実施形態において、反射防止層及び第一の誘電体膜を形成した発光素子用ウェーハの概略図である。
【図２】本発明の第一の実施形態において、誘電体膜を形成した窓層兼支持基板の概略図である。
【図３】本発明の第一の実施形態で形成した接合基板の概略図である。
【図４】本発明の第一の実施形態において、出発基板及び選択エッチング層を除去した構造の概略図である。
【図５】本発明の第一の実施形態において、除去部を形成した構造の概略図である。
【図６】本発明の第一の実施形態において、第三誘電体層を形成し、開口部を設けた構造の概略図である。
【図７】本発明の第一の実施形態において、第一オーミック電極及び第二オーミック電極を形成した構造の概略図である。
【図８】本発明の第一の実施形態において、被覆部及び開口部を形成した構造の概略図である。
【図９】本発明の第一の実施形態において、窓層兼支持基板の一部を露出させた構造の概略図である。
【図１０】本発明の第一の実施形態のスクライブ前の発光素子の概略図である。
【図１１】本発明の第二の実施形態において、反射防止層、第一の誘電体膜、及び、第一接着層を形成した発光素子用ウェーハの概略図である。
【図１２】本発明の第二の実施形態において、誘電体膜及び第二接着層を形成した窓層兼支持基板の概略図である。
【図１３】本発明の第二の実施形態で形成した接合基板の概略図である。
【図１４】本発明の第二の実施形態において、出発基板及び選択エッチング層を除去した構造の概略図である。
【図１５】本発明の第二の実施形態において、除去部を形成した構造の概略図である。
【図１６】本発明の第二の実施形態において、第三誘電体層を形成し、開口部を設けた構造の概略図である。
【図１７】本発明の第二の実施形態において、第一オーミック電極及び第二オーミック電極を形成した構造の概略図である。
【図１８】本発明の第二の実施形態において、被覆部及び開口部を形成した構造の概略図である。
【図１９】本発明の第二の実施形態において、窓層兼支持基板の一部を露出させた構造の概略図である。
【図２０】本発明の第二の実施形態のスクライブ前の発光素子の概略図である。
【図２１】実施例１の反射防止層の材質を変えたもの（実施例１−１〜１−６）及び比較例についての発光の積分出力の改善率を示す図である。
【図２２】実施例１−１、実施例２、及び、比較例の発光の積分出力の改善率を示す図である。
【図２３】本発明の反射防止層の屈折率と全反射角の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
上述のように、窓層兼支持基板をＳｉＯ２層等の誘電体膜を介して接合し出発基板を除去することによって製造されるタイプの発光素子において、光取り出し効率を向上させた発光素子が求められていた。
【００２７】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、窓層兼支持基板をＳｉＯ２層等の誘電体膜を介して接合し出発基板を除去することによって製造されるタイプの発光素子において、発光部と誘電体膜との間に反射防止層を設けることで、光取り出し効率を向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２８】
即ち、本発明は、窓層兼支持基板と、前記窓層兼支持基板上に設けられた第二導電型の第二半導体層、活性層、及び、第一導電型の第一半導体層とをこの順に含む発光部とを有する発光素子であって、
前記発光素子は、少なくとも前記第一半導体層と前記活性層が除去された除去部と、前記除去部以外の非除去部とを有し、さらに、前記非除去部に設けられた第一オーミック電極と、前記除去部に設けられた第二オーミック電極とを有し、
前記窓層兼支持基板と前記発光部とが誘電体膜を介して接合されたものであり、
前記発光部と前記誘電体膜との間に反射防止層を有するものであることを特徴とする発光素子である。
【００２９】
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３０】
［第一の実施形態の発光素子］
まず、本発明の第一の実施形態の発光素子を説明する。
【００３１】
図１０に本発明のスクライブ前の発光素子１０００の概略図を示す。
【００３２】
図１０に示すように、本発明の第一の実施形態の発光素子は、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、サファイア等からなる窓層兼支持基板としての透明基板１２０に、透明基板（窓層兼支持基板）１２０の表面上に厚さ０．０５〜１．０μｍの第二の誘電体膜１２２と、同じく厚さ０．０５〜１．０μｍの第一の誘電体膜１１２が形成されている。誘電体膜としてはＳｉＯ２あるいはＳｉＮｘとすることができる。
【００３３】
第一の誘電体膜１１２の上には、光反射防止機能を有する反射防止層（ＡＲ層）１１１を配置する。
【００３４】
その上にはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）またはＧａＡｓｗＰ１−ｗ（０≦ｗ≦１）からなる厚さ０．５〜５．０μｍの電流拡散層１０７、ＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＰからなる厚さ０．１〜１．０μｍの中間組成層１０６、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）あるいはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）からなる厚さ０．５〜１．０μｍの第二導電型の第二半導体層１０５、厚さ０．１〜１．０μｍの活性層１０４、厚さ０．５〜１．０μｍの第一導電型の第一半導体層１０３とをこの順に含む発光部１０８が形成されている。
【００３５】
活性層１０４は、発光波長に応じて（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）またはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦０．４５）で形成される。可視光照明に適用する場合、ＡｌＧａＩｎＰを選択するのが好適であり、赤外照明に適用する場合、ＡｌＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓを選択するのが好適である。ただし、活性層１０４の設計に関しては、超格子等の利用により、材料組成に起因する好適な波長以外に取り出し波長を調整可能であるため、上記の材料に限られない。
【００３６】
第一半導体層１０３、第二半導体層１０５はＡｌＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＡｓが選択され、その選択は活性層１０４と必ずしも同一の材料系でなくともよい。
【００３７】
更に、この発光素子は、活性層１０４及び第一導電型の第一半導体層１０３が除去された除去部１３６と、除去部１３６以外の非除去部１３５とを有している。このとき、第二導電型の第二半導体層１０５及び中間組成層１０６も除去して、除去部とすることもできる。そして、非除去部１３５の第一半導体層１０３の表面上に設けられた第一オーミック電極１８５と、除去部１３６の表面上に設けられた第二オーミック電極１８６とを有している。
【００３８】
このような発光素子であれば、反射防止層１１１の存在により、発光部１０８で放射された光が誘電体膜１３２で反射されるのを抑制することができるため、光取り出し効率を向上させることができる。
【００３９】
反射防止層１１１は、屈折率がＧａＰの屈折率を下回り、誘電体膜の屈折率を上回る１．６以上２．９以下程度の材料を選択することが好ましい。より好適なのは２〜２．５の範囲である。反射防止層１１１は、具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮ、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等である。また、反射防止層１１１は２層以上で構成しても同様の効果が得られる。
【００４０】
図２３は反射防止層の屈折率と全反射角の関係を示す図である。例えば、反射防止層がない場合、ＧａＰ（屈折率３）からなる電流拡散層１０７からＳｉＯ２（屈折率１．５）からなる誘電体膜１３２に光が入射する際、全反射角θは、ｓｉｎθ＝１．５／３より、３０°となる。したがって、電流拡散層１０７から反射防止層１１１への光の入射、及び、反射防止層１１１から誘電体膜１３２への光の入射における全反射角がともに３０°を超えるように反射防止層１１１の屈折率を選択すればよいことになる。図２３から、１．６以上２．９以下であれば、電流拡散層１０７から反射防止層１１１への光の入射、及び、反射防止層１１１から誘電体膜１３２への光の入射における全反射角が３０°を超えるため、このような範囲の屈折率を持つ材料を反射防止層１１１に用いればよい。
【００４１】
このような誘電体膜及び反射防止層であれば、より確実に光取り出し効率を向上させることができる。
【００４２】
この発光素子の第一の誘電体膜１１２及び第二の誘電体膜１２２は、接着剤を介さずに直接接合され、誘電体膜１３２を形成しており、接合不良による剥離の少ない接合を実現することができる。
【００４３】
［第一の実施形態の発光素子の製造方法］
次に、第一の実施形態の発光素子の製造方法を図１〜図１０を用いて説明する。
【００４４】
最初に、図１に示すように結晶軸が［００１］方向より［１１０］方向に傾斜した出発基板１００を準備する。出発基板１００としては、ＧａＡｓまたはＧｅを好適に用いることができる。出発基板１００を上記材料から選択すれば、前記活性層１０４の材料を格子整合系でエピタキシャル成長を行うことができるため、活性層１０４の品質を向上させやすく、輝度上昇や寿命特性の向上が得られる。
【００４５】
次に、出発基板１００上に例えばＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）やＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＣＢＥ（化学線エピタキシー法）により、例えば、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）あるいはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）からなる厚さ０．５〜１．０μｍの第一導電型の第一半導体層１０３、厚さ０．１〜１．０μｍの活性層１０４、及び、厚さ０．５〜１．０μｍの第二導電型の第二半導体層１０５をこの順序でエピタキシャル成長させる。その上に厚さ０．１〜１．０μｍの中間組成層１０６、及び、厚さ０．５〜５．０μｍの電流拡散層１０７をエピタキシャル成長させて、発光部１０８を含む積層構造を形成し、発光素子用ウェーハ１１０を作製する。
【００４６】
また、出発基板１００と第一半導体層１０３の間には、基板除去用の選択エッチング層１０２が挿入される。
【００４７】
電流拡散層１０７としては、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、又は、ＧａＰを好適に用いることができる。電流拡散層１０７をＧａＡｓｘＰ１−ｘ（０≦ｘ＜１）で形成した場合、中間組成層１０６はＩｎＧａＰあるいはＡｌＩｎＰで形成するのが好適である。ＧａＡｓｘＰ１−ｘ（ｘ≠１）と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＡｌＧａＡｓ系材料との間には格子不整が存在するため、ＧａＡｓｘＰ１−ｘ（ｘ≠１）には高密度のひずみや貫通転位が入る。貫通転位密度は組成ｘにより調整可能である。
【００４８】
次に、電流拡散層１０７上に、光反射防止機能を有する反射防止層１１１を配置する。反射防止層１１１は屈折率がＧａＰの屈折率を下回り、誘電体膜の屈折率を上回る１．６以上２．９以下程度の材料を選択することが好ましい。より好適なのは２〜２．５の範囲である。反射防止層１１１は、具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮ、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等である。また、反射防止層１１１は２層以上で構成しても同様の効果が得られる。
【００４９】
このような誘電体膜及び反射防止層とすれば、より確実に光取り出し効率を向上させることができる。
【００５０】
次に、反射防止層１１１上にＳｉＯ２あるいはＳｉＮｘからなる第一の誘電体膜１１２を例えば厚さ０．４μｍにて形成する。
【００５１】
次に、図２に示すように、ＧａＰ、サファイアあるいは石英などの窓層兼支持基板１２０上にＳｉＯ２あるいはＳｉＮｘからなる誘電体膜１２２を形成する。
【００５２】
次に、図３に示すように第一の誘電体膜１１２と第二の誘電体膜１２２を対向させ、かつ、真空もしくは減圧雰囲気下で圧力と熱を加えることで第一誘電体層１１２と第二誘電体層１２２を直接接合し、誘電体膜１３２を形成させ、接合基板１３０を形成する。圧力は６Ｎ／ｃｍ２以上、温度は１５０℃以上の条件で圧着することで、接着が行われる。特に、３０Ｎ／ｃｍ２、３５０℃以上に達する条件で接合すれば、より確実に接着することができるため、好適である。
【００５３】
次に図４に示すように、接合基板１３０から出発基板１００を化学的エッチングにより除去する。化学的エッチング液はＡｌＧａＩｎＰ系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。出発基板１００除去後、選択エッチング層１０２を除去し、第一の面１３５（非除去部）を有する構造１３１を形成する。選択エッチング層１０２はＡｌＧａＩｎＰ系材料をエッチングする過酸化水素と酸との混合液にて除去する。
【００５４】
出発基板１００の除去前後に、可視透明基板１２０の接合面の反対の面をラップやエッチングによって荒らし、反射防止効果を持たせた構造を追加で設けても良い。
【００５５】
次に、図５に示すように、構造１３１より第一の面１３５の一部を切り欠き、第二の面（除去部）１３６を形成する。
【００５６】
次に、図６に示すように切り欠かれた側面１３７を被覆するように、第三誘電体層１８０を形成し、開口部１８１を設ける。第三誘電体層１８０はＳｉＯ２またはＳｉＮｘが好適である。第三誘電体層１８０の製膜方法は、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法いずれの方法も選択可能である。次に、開口部１８１を、第三誘電体層１８０を成膜後、フォトリソグラフィー法によりマスク部を形成し、露出部をＢＨＦによるウェットエッチング法にて形成する。
【００５７】
次に、図７に示すように第一の面（非除去部）１３５の一部に第一オーミック電極１８５、第二の面１３６の一部に第二オーミック電極１８６を形成する。
【００５８】
次に、図８に示すようにフォトレジストにて、第一の面１３５全体と第二の面１３６の一部を被覆する被覆部１９０と開口部１９１を形成する。
【００５９】
次に、図９に示すように、ドライエッチング法にて開口部１９１を除去し、窓層兼支持基板１２０の一部を露出させ、露出部１９２を形成する。ＡｌＧａＩｎＰ層の除去は、ＩＣＰ装置内で、Ｃｌ２含有ガスとＡｒの混合雰囲気にて行い、ＳｉＯ２もしくはＳｉＮｘの誘電体層の除去はＦ含有ガスとＡｒの混合雰囲気にて行うことができる。圧力雰囲気は０．５Ｐａ、出力はプラズマ３００Ｗである。Ｃｌ２含有ガスを使用する層の除去とＦ含有ガスを使用する層の除去は、別々のチャンバーで行うことも可能である。
【００６０】
次に、図１０に示すように、被覆部１９０を除去する。被覆部１９０除去後、露出部１９２にレーザーを照射してスクライブ部１９３を形成する。そして、スクライブ前の発光素子１０００を、スクライブ部１９３に沿ってブレーキング処理を行いダイス化して発光素子を製造する。
【００６１】
このような発光素子の製造方法であれば、反射防止層１１１の存在により、発光部１０８で放射された光が誘電体膜で反射されるのを抑制することができるため、光取り出し効率を向上させることが可能な発光素子を提供することができる。
【００６２】
［第二の実施形態の発光素子］
次に、本発明の第二の実施形態の発光素子を説明する。
【００６３】
図２０に本発明の第二の実施形態のスクライブ前の発光素子２０００の概略図を示す。
【００６４】
図２０に示すように、本発明の第二の実施形態の発光素子は、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、サファイア等からなる窓層兼支持基板２２０としての透明基板に、透明基板の表面上に厚さ０．０５〜１．０μｍの第二の誘電体膜２２２と、同じく厚さ０．０５〜１．０μｍの第一の誘電体膜２１２が形成されている。誘電体膜としてはＳｉＯ２あるいはＳｉＮｘとすることができる。
【００６５】
第一の誘電体膜２１２の上には、光反射防止機能を有する反射防止層２１１を配置する。
【００６６】
その上にはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）またはＧａＡｓｗＰ１−ｗ（０≦ｗ≦１）からなる厚さ０．５〜５．０μｍの電流拡散層２０７、ＩｎＧａＰまたはＡｌＩｎＰからなる厚さ０．１〜１．０μｍの中間組成層２０６、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）あるいはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）からなる厚さ０．５〜１．０μｍの第二導電型の第二半導体層２０５、厚さ０．１〜１．０μｍの活性層２０４、厚さ０．５〜１．０μｍの第一導電型の第一半導体層２０３とをこの順に含む発光部２０８が形成されている。
【００６７】
活性層２０４は発光波長に応じて（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦０．６）またはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦０．４５）で形成される。可視光照明に適用する場合、ＡｌＧａＩｎＰを選択するのが好適であり、赤外照明に適用する場合、ＡｌＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓを選択するのが好適である。ただし、活性層２０４の設計に関しては、超格子等の利用により、材料組成に起因する好適な波長以外に取り出し波長を調整可能であるため、上記の材料に限られない。
【００６８】
第一半導体層２０３、第二半導体層２０５はＡｌＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＡｓが選択され、その選択は活性層２０４と必ずしも同一の材料系でなくともよい。
【００６９】
更に、この発光素子は、活性層２０４及び第一導電型の第一半導体層２０３が除去された除去部２３６と、除去部２３６以外の非除去部２３５とを有している。このとき、第二導電型の第二半導体層２０５及び中間組成層２０６も除去して、除去部とすることもできる。そして、非除去部２３５の第一半導体層２０３の表面上に設けられた第一オーミック電極２８５と、除去部２３６の表面上に設けられた第二オーミック電極２８６とを有している。
【００７０】
このような発光素子であれば、反射防止層２１１の存在により、発光部２０８で放射された光が誘電体膜で反射されるのを抑制することができるため、光取り出し効率を向上させることができる。
【００７１】
第一の実施形態の発光素子と同様の理由から、反射防止層２１１は屈折率が窓層兼支持基板２２０の屈折率を下回り、誘電体膜の屈折率を上回る１．６以上２．９以下程度の材料を選択することが好ましい。より好適なのは２〜２．５の範囲である。反射防止層２１１は、具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮ、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等である。また、反射防止層２１１は２層以上で構成しても同様の効果が得られる。
【００７２】
このような誘電体膜及び反射防止層であれば、より確実に光取り出し効率を向上させることができる。
【００７３】
この発光素子の第一の誘電体膜２１２及び第二の誘電体膜２２２は、接着剤を介して接合され、誘電体膜２３２を形成しており、接合不良による剥離の少ない接合を実現することができる。
【００７４】
［第二の実施形態の発光素子の製造方法］
次に、第二の実施形態の発光素子の製造方法を図１１〜図２０を用いて説明する。
【００７５】
最初に図１１に示すように結晶軸が［００１］方向より［１１０］方向に傾斜した出発基板２００を準備する。出発基板２００としては、ＧａＡｓまたはＧｅを好適に用いることができる。出発基板２００を上記材料から選択すれば、前記活性層２０４の材料を格子整合系でエピタキシャル成長を行うことができるため、活性層の品質を向上させやすく、輝度上昇や寿命特性の向上が得られる。
【００７６】
次に、出発基板２００上に例えばＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）やＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＣＢＥ（化学線エピタキシー法）により、例えば、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）あるいはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）からなる厚さ０．５〜１．０μｍの第一導電型の第一半導体層２０３、厚さ０．１〜１．０μｍの活性層２０４、及び、厚さ０．５〜１．０μｍの第二導電型の第二半導体層２０５をこの順序でエピタキシャル成長させる。その上に厚さ０．１〜１．０μｍの中間組成層２０６、及び、厚さ０．５〜５．０μｍの電流拡散層２０７をエピタキシャル成長させて、発光部２０８を含む積層構造を形成し、発光素子用ウェーハ２１０を作製する
【００７７】
また、出発基板２００と第一半導体層２０３の間には、基板除去用の選択エッチング層２０２が挿入される。
【００７８】
電流拡散層２０７としては、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、又は、ＧａＰを好適に用いることができる。電流拡散層２０７をＧａＡｓｘＰ１−ｘ（０≦ｘ＜１）で形成した場合、中間組成層２０６はＩｎＧａＰあるいはＡｌＩｎＰで形成するのが好適である。ＧａＡｓｘＰ１−ｘ（ｘ≠１）と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＡｌＧａＡｓ系材料との間には格子不整が存在するため、ＧａＡｓｘＰ１−ｘ（ｘ≠１）には高密度のひずみや貫通転位が入る。貫通転位密度は組成ｘにより調整可能である。
【００７９】
次に電流拡散層２０７上に、光反射防止機能を有する反射防止層２１１を配置する。反射防止層２１１は屈折率がＧａＰの屈折率を下回り、誘電体膜の屈折率を上回る１．６以上２．９以下程度の材料を選択することが好ましい。より好適なのは２〜２．５の範囲である。具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＮｘ、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等である。また、反射防止層２１１は２層以上で構成しても同様の効果が得られる。
【００８０】
このような誘電体膜及び反射防止層とすれば、より確実に光取り出し効率を向上させることができる。
【００８１】
次に反射防止層２１１上にＳｉＯ２あるいはＳｉＮｘからなる第一の誘電体膜２１２を例えば厚さ０．４μｍにて形成する。
【００８２】
次に、例えば、ＢＣＢ接着剤をスピンコートにて塗布して第一接着層２１３を形成する。第一接着層２１３の厚さはＢＣＢ接着剤の粘度とスピンコート時回転数によって変わるが、例えば回転数５０００ｒｐｍにて０．５μｍの厚さとすることができる。
【００８３】
次に、図１２に示すように、ＧａＰ、サファイアあるいは石英などの窓層兼支持基板２２０上にＳｉＯ２あるいはＳｉＮｘからなる誘電体膜２２２を形成する。
【００８４】
次に、例えば、ＢＣＢ接着剤を塗布して第二接着層２２３を形成する。第二接着層２２３の厚さはＢＣＢ接着剤の粘度とスピンコート時回転数によって変わるが、例えば回転数５０００ｒｐｍにて０．５μｍの厚さとすることができる。接着材としてＢＣＢを使用した場合を例示したが、エポキシ等の他の透明かつ常温で液状の部材で、第一接着層２１３及び第二接着層２２３を形成してもよい。
【００８５】
次に図１３に示すように第一接着層２１３と第二接着層２２３を対向させ、かつ、真空もしくは減圧雰囲気下で圧力と熱を加えることで第一接着層２１３と第二接着層２２３を接着剤により接着させ、誘電体膜２３２を形成させ、接合基板２３０を作製する。圧力は６Ｎ／ｃｍ２以上、温度は１００℃以上の条件で圧着することで接着が行われる。特に３０Ｎ／ｃｍ２、３００℃に達する条件で接合することが好適である。
【００８６】
次に、図１４に示すように接合基板２３０から出発基板２００を化学的エッチングにより除去する。化学的エッチング液はＡｌＧａＩｎＰ系材料とエッチング選択性があるものが好ましく、一般にはアンモニア含有エッチャントで除去する。ＧａＡｓ基板２００除去後、選択エッチング層２０２を除去し、第一の面２３５（非除去部）を有する構造２３１を形成する。選択エッチング層２０２はＡｌＧａＩｎＰ系材料をエッチングする過酸化水素と酸との混合液にて除去する。
【００８７】
出発基板２００の除去前後に、可視透明基板２２０の接合面の反対の面をラップやエッチングによって荒らし、反射防止効果を持たせた構造を追加で設けても良い。
【００８８】
次に、図１５に示すように、構造２３１より第一の面２３５の一部を切り欠き、第二の面（除去部）２３６を形成する。
【００８９】
次に、図１６に示すように切り欠かれた側面２３７を被覆するように、第三誘電体層２８０を形成し、開口部２８１を設ける。第三誘電体層２８０はＳｉＯ２またはＳｉＮｘが好適である。第三誘電体層２８０の製膜方法は、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法いずれの方法も選択可能である。次に、開口部２８１を第三誘電体層２８０を成膜後、フォトリソグラフィー法によりマスク部を形成し、露出部をＢＨＦによるウェットエッチング法にて形成する。
【００９０】
次に、図１７に示すように第一の面２３５の一部に第一オーミック電極２８５、第二の面２３６の一部に第二オーミック電極２８６を形成する。
【００９１】
次に、図１８に示すようにフォトレジストにて、第一の面２３５全体と第二の面２３６の一部を被覆する被覆部２９０と開口部２９１を形成する。
【００９２】
次に、図１９に示すように、ドライエッチング法にて開口部２９１を除去し、窓層兼支持基板２２０の一部２９２を露出させる。ＡｌＧａＩｎＰ層の除去は、ＩＣＰ装置内で、Ｃｌ２含有ガスとＡｒの混合雰囲気にて行い、ＳｉＯ２もしくはＳｉＮｘの誘電体層とＢＣＢ層の除去はＦ含有ガスとＡｒの混合雰囲気にて行うことができる。圧力雰囲気は０．５Ｐａ、出力はプラズマ３００Ｗである。Ｃｌ２含有ガスを使用する層の除去とＦ含有ガスを使用する層の除去は、別々のチャンバーで行うことも可能である。
【００９３】
次に、図２０に示すように、被覆部２９０を除去する。被覆部２９０除去後、露出部２９２にレーザーを照射してスクライブ部２９３を形成する。そして、スクライブ前の発光素子２０００を、スクライブ部２９３に沿ってブレーキング処理を行いダイス化して発光素子を製造する。
【００９４】
このような発光素子の製造方法であれば、反射防止層２１１の存在により、発光部２０８で放射された光が誘電体膜で反射されるのを抑制することができるため、光取り出し効率を向上させることが可能な発光素子を提供することができる。
【実施例】
【００９５】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９６】
［実施例１］
図１０に示すようなスクライブ前の発光素子をスクライブして、発光素子を１００００個製造した。具体的には、ＧａＰからなる窓層兼支持基板上に、ＳｉＯ２からなる厚さ０．５μｍの第二の誘電体膜、同じくＳｉＯ２からなる厚さ０．５μｍの第一の誘電体膜、その上にＴｉＯ２（屈折率２．４９３）からなる反射防止層が形成され、更に、ＡｌＧａＡｓからなる厚さ１．０μｍの電流拡散層、ＡｌＩｎＰからなる厚さ０．５μｍの中間組成層、ＡｌＧａＩｎＰからなる厚さ１．０μｍのｐ型の第二半導体層、厚さ０．５μｍの活性層、厚さ１．０μｍのｎ型の第一半導体層とをこの順に含む発光部が形成されている。更に、活性層、及び、第一導電型の第一半導体層が除去された除去部と、除去部以外の非除去部とを有している。そして、非除去部の第一半導体層の表面上にＡｕＧｅＮｉからなる厚さ５００ｎｍの第一オーミック電極と、除去部の第二半導体層の表面上にＡｕＢｅからなる厚さ５００ｎｍの第二オーミック電極とを有している。また、第一の誘電体膜と第二の誘電体膜は３０Ｎ／ｃｍ２、３５０℃の条件で接着剤を介することなく直接接合した（実施例１−１）。
【００９７】
また、反射防止層をＴｉＯ２ではなく下記に示す材料を用いて製造した以外、実施例１−１と同様に発光素子を製造した（実施例１−２〜１−６）。反射防止層の材料として、ＡｌＮ（屈折率２．１６４）を用いた（実施例１−２）。反射防止層の材料として、Ｔａ２Ｏ３（屈折率２．１６５）を用いた（実施例１−３）。反射防止層の材料として、ＺｎＳ（屈折率２．３５５）を用いた（実施例１−４）。反射防止層の材料として、ＧａＮ（屈折率２．３８）を用いた（実施例１−５）。反射防止層の材料として、ＺｎＳｅ（屈折率２．５９９）を用いた（実施例１−６）。
【００９８】
［実施例２］
図２０に示すようなスクライブ前の発光素子をスクライブして、発光素子を１００００個製造した。具体的には、ＧａＰからなる窓層兼支持基板上に、ＳｉＯ２からなる厚さ０．５μｍの第二の誘電体膜、同じくＳｉＯ２からなる厚さ０．５μｍの第一の誘電体膜、その上にＴｉＯ２からなる反射防止層が形成され、更に、ＡｌＧａＡｓからなる厚さ１．０μｍの電流拡散層、ＡｌＩｎＰからなる厚さ０．５μｍの中間組成層、ＡｌＧａＩｎＰからなる厚さ１．０μｍのｐ型の第二半導体層、厚さ０．５μｍの活性層、厚さ１．０μｍのｎ型の第一半導体層とをこの順に含む発光部が形成されており、更に、活性層、及び、第一導電型の第一半導体層が除去された除去部と、除去部以外の非除去部とを有している。そして、非除去部の第一半導体層の表面上にＡｕＧｅＮｉからなる厚さ５００ｎｍの第一オーミック電極と、除去部の第二半導体層の表面上にＡｕＢｅからなる厚さ５００ｎｍの第二オーミック電極とを有している。また、第一のＳｉＯ２膜と第二のＳｉＯ２膜はＢＣＢ接着層を介して３０Ｎ／ｃｍ２、３５０℃の条件で接合した。
【００９９】
［比較例］
反射防止層を形成しないことを除き、実施例１−１と同様に発光素子を１００００個製造した。
【０１００】
実施例１の反射防止層の材質を変えたもの（実施例１−１〜１−６）及び比較例についての発光の積分出力の改善率を図２１に示す。また、実施例１−１、実施例２、及び、比較例の発光の積分出力の改善率を図２２に示す。反射防止層がない場合（比較例）の積分出力を１００％としたときの各実施例の積分出力を改善率とした。
【０１０１】
このように反射防止層を有する場合は、反射防止層がない場合（比較例）に比べて積分出力が大きく改善することが判った。従って、本発明の発光素子は、発光部で放射された光が誘電体膜で反射されるのを抑制することができるため、光取り出し効率を向上させることができた。
【０１０２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１０３】
１００、２００…出発基板、  １０２、２０２…選択エッチング層、
１０３、２０３…第一半導体層、  １０４、２０４…活性層、
１０５、２０５…第二半導体層、  １０６、２０６…中間組成層、
１０７、２０７…電流拡散層、  １０８、２０８…発光部、
１１０、２１０…発光素子用ウェーハ、
１１１、２１１…反射防止層（ＡＲ層）、  １１２、２１２…第一の誘電体膜、
１２０、２２０…窓層兼支持基板（透明基板）、
１２２、２２２…第二の誘電体膜、  １３２、２３２…誘電体膜
１２０、２２０…窓層兼支持基板、
１３０、２３０…接合基板、  １３１、２３１…構造、
１３５、２３５…非除去部（第一の面）、  １３６、２３６…除去部（第二の面）、
１３７、２３７…側面、  １８０、２８０…第三誘電体層、
１８１、１９１、２８１、２９１…開口部、
１８５、２８５…第一オーミック電極、  １８６、２８６…第二オーミック電極、
１９０、２９０…被覆部、  １９２、２９２…露出部、
１９３、２９３…スクライブ部、  ２１３…第一接着層、  ２２３…第二接着層、
１０００、２０００…スクライブ前の発光素子。
【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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