(57)【要約】異種基板上に窒化物半導体層を成長させる工程と、その後、窒化物半導体層に支持基板を貼り合わせる工程と、その後、異種基板を除去する工程とを備える。前記貼り合わせ工程は合金共晶によって導電層を形成する。前記異種基板の除去工程はレーザー照射、研磨、ケミカルポリッシュによって行われる。前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体層の露出表面をエッチングによりチップ状に窒化物半導体層を分離する工程を備える。前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体層の露出表面に凹凸形成する工程を備える。
2003065464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に少なくとも導電層、第１の電極、発光層を有する窒化物半導体、第２の電極とを順に備えた窒化物半導体素子であって、
前記導電層上には第１の電極、及び第１絶縁性の保護膜を介して第１導電型の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１の電極、及び第１絶縁性の保護膜が、第１導電型の窒化物半導体層と接していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１の電極と第２の電極とは対向電極構造であって、第１の電極の上方には第２の電極が存在しないことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体は第１導電型の窒化物半導体層、発光層、第２導電型の窒化物半導体層を備えており、最上層が第２導電型の窒化物半導体層であって、該第２導電型の窒化物半導体層は凹凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記窒化物半導体において、発光層以外の窒化物半導体層は、発光バンドギャップより大きいバンドギャップを持つことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記支持基板の線熱膨張係数は４〜１０（×１０−６／Ｋ）であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記支持基板はＣｕ、Ｍｏ、Ｗから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記支持基板におけるＣｕの含有量は５０％以下であることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記支持基板におけるＭｏの含有量は５０％以上であることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記支持基板におけるＷの含有量は７０％以上であることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記第１絶縁性の保護膜は窒化物半導体と接しない側にＡｌ、Ａｇ、Ｒｈから成る群から選ばれる少なくとも１つの金属層を形成していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記金属層は導電層と接していることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１３】
前記発光層が、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１４】
前記発光層が、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０＜ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であり、発光層の主面の一方に第１の導電型の半導体層とし、反対側の主面に第２の導電型の半導体層を有し、第２導電型の窒化物半導体層がＡｌを含有した窒化物半導体であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１５】
前記第２導電型の窒化物半導体層が少なくとも２層からなり、該２層は、第２の電極側をＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０＜ｅ＜０．０５）、発光層側をＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜０．１）として、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ層はＡｌｆＧａ１−ｆＮ層より高い不純物濃度を有することを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１６】
前記第２導電型の窒化物半導体層が少なくとも２層からなり、該２層は、第２の電極側をＡｌｅＧａ１−ｅＮ、発光層側をＡｌｆＧａ１−ｆＮ（ｆ＞ｅ）として、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ層はＡｌｆＧａ１−ｆＮ層より高い不純物濃度を有することを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１７】
支持基板上に少なくとも導電層、第１の電極、発光層を有する窒化物半導体、第２の電極とを順に備えた窒化物半導体素子の製造方法であって、異種基板上に少なくとも第２導電型の窒化物半導体層、発光層、第１導電型の窒化物半導体層を有する窒化物半導体を成長させる工程と、その後、前記窒化物半導体の第１導電型の窒化物半導体層側に第１の電極を介して支持基板を貼り合わせる工程と、その後、前記異種基板を除去することで第２導電型の窒化物半導体層を露出させる工程とを備えた窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記貼り合わせ工程は共晶接合によって導電層を形成することを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記貼り合わせ工程は加熱圧着によって行われることを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記異種基板の除去工程はレーザー照射、研磨、によって行われることを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記発光層が、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０＜ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であることを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記発光層が、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０＜ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であり、第２導電型の窒化物半導体層がＡｌを含有した窒化物半導体であることを特徴とする請求項２１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面となる第２導電型の窒化物半導体層に凹凸部を設ける工程を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面となる第２導電型の窒化物半導体層上に第２絶縁性の保護膜を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項１７乃至２３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第２絶縁性の保護膜に凹凸部を設ける工程を備えたことを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２６】
前記第２絶縁性の保護膜の屈折率が１以上２．５以下であることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２７】
前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面をエッチングによりチップ状に窒化物半導体を分離する工程を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２８】
支持基板上に少なくとも導電層、第１の電極、発光層を有する窒化物半導体、第２の電極とを順に備えた窒化物半導体素子の製造方法であって、異種基板上に少なくともアンドープＧａＮ層、第２導電型の窒化物半導体層、発光層、第１導電型の窒化物半導体層を有する窒化物半導体を成長させる工程と、その後、前記窒化物半導体の第１導電型の窒化物半導体層側に第１の電極を介して支持基板を貼り合わせる工程と、その後、前記異種基板及びアンドープＧａＮを除去することで第２導電型の窒化物半導体層を露出させる工程とを備えた窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２９】
前記窒化物半導体において、発光層以外の窒化物半導体層は、発光バンドギャップより大きいバンドギャップを持つことを特徴とする請求項２８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、太陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化物半導体素子及びその製造方法に関するものである。製造方法の一つとして貼り合わせ構造を用いる。
背景技術
窒化物半導体は直接遷移型半導体である有望な半導体材料でありながら、バルク単結晶の製造が難しい。したがって、現状ではサファイア、ＳｉＣ等の異種基板の上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を利用してＧａＮを成長させるヘテロエピタキシ技術が汎用されている。その中でもサファイアは、そのエピタキシャル成長工程の高温アンモニア雰囲気中における安定性の為、高効率の窒化物半導体の発光素子を成長させる為の基板として望ましいことは実証されている。サファイア基板を用いる場合はサファイア基板上に６００℃程度の低温でＡｌＧａＮを緩衝層として形成後、その上に窒化物半導体層を成長させる方法が使用されている。これにより、窒化物半導体層の結晶性向上が実現される。
具体的にはサファイア基板上に成長させた窒化物半導体素子は従来型より高輝度の青色ＬＥＤ、純緑色ＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）に利用されており、その用途はフルカラーディスプレイや信号表示機、イメージスキャナー、光ディスク用光源等大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、又は印刷機器等である。さらに電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような電子デバイスへの応用も期待されている。
（特許文献１）
特開平９−１２９９３２号公報
しかしながら、サファイアは熱伝導率が悪い絶縁体であり、これにより窒化物半導体素子は限定された構造となってしまう。例えば、ＧａＡｓやＧａＰのような導電体基板であれば、電気接触部（電極）を半導体装置の上面に１つ、また底面にはもう１つの接触部を設けることができるが、サファイア上に成長させた発光素子は上面（同一面）に２つの電気接触部を設けることになる。そのため、サファイア等の絶縁体基板とすれば、導電体基板に比べて同一基板面積における有効発光面積を狭めてしまう。さらに、絶縁体基板を用いた場合、同一φのウェハーから取れる素子（チップ）数が少ないことになる。
また、サファイア等の絶縁体基板を用いた窒化物半導体素子はフェイスアップ型やフェイスダウン型があるが、これらは同一面に両電極を有するため、電流密度が局部的に高くなり素子（チップ）に発熱が生じ素子劣化が加速される。また、電極に対するワイヤーボンディング工程においてｐｎ両電極にそれぞれワイヤーが必要なためチップサイズが大きくなりチップの収率が落ちる。更にサファイアは硬度が高く、六方晶の結晶構造である。そのため、サファイアを成長基板として使う場合はサファイア基板をスクライブによりチップ分離する必要があり、他の基板に比べて製造工程を増加しなければならない。
さらに、近年、紫外領域で発光するＬＥＤが実用可能となっている。紫外領域とは、発光波長が４００ｎｍ以下である。ＧａＮのバンドギャップは３６５ｎｍであり、３６５ｎｍよりも短波長化しようとすればコンタクト層等のＧａＮの吸収により光取り出し効率が著しく低下する。
そこで、本発明は上記問題を鑑み、両電極が向かい合う対向電極構造を実現させ、かつ電圧を上げることなく高出力の窒化物半導体素子、及びその製造方法を提供することにある。さらに紫外領域においても高い発光出力の窒化物半導体素子を実現することにある。
発明の開示
本発明における窒化物半導体素子は、支持基板上に少なくとも導電層、第１の電極、発光層を有する窒化物半導体、第２の電極とを順に備えた窒化物半導体素子であって、前記導電層上には第１の電極、及び第１絶縁性の保護膜を介して第１導電型の窒化物半導体層を有する。前記窒化物半導体は支持基板側から第１導電型の窒化物半導体層、発光層、第２導電型の窒化物半導体層の順に構成され、第２導電型の窒化物半導体層上には第２の電極を形成している。前記支持基板は導電性を示すことで対向電極構造を有する窒化物半導体素子を可能とする。また、第１の電極をｐ型電極とすれば光の取り出し効率は向上する。これは、窒化物半導体層の上部となる第２の電極（ｎ型電極）側に形成される第２導電型の窒化物半導体層はｎ型窒化物半導体となることを意味する。つまり、ｎ型窒化物半導体側が光取り出し面となる。窒化物半導体（特にＧａＮ系半導体）はｎ型層の抵抗が低いため、第２の電極であるｎ型電極のサイズを小さくできる。光の取り出し効率の向上はｎ型電極を小さくすることで光を遮る領域を低減できるからである。さらに、従来の窒化物半導体素子は同一面に両電極を有する構造であったため、ｐ型電極にはｐパッド電極が必要であったが、本発明では導電性の支持基板を用い、リードフレームなどのパッケージに導電性材料でダイボンディングすることにより導通が可能となるためｐパッド電極が不用となり、発光面積を大きくできる。また第１絶縁性の保護膜を備えることでショート等を防ぐことができるため、歩留まりや信頼性を向上することができる。製造工程を簡略化することができる。
前記第１の電極、及び第１絶縁性の保護膜が、第１導電型の窒化物半導体層と接していることを特徴とする。第１の電極は第１導電型の窒化物半導体層に全面形成することもできるが部分的に形成し、開口部を第１絶縁性の保護膜で埋めることで第１の電極と第１導電型の窒化物半導体層との接触面積を調整することができる。また、第１の電極を矩形状や縞状、正方形、格子状、ドット状、菱形、平行四辺形、メッシュ形状、ストライプ形状、１つから複数に分岐した枝状等にパターン形成することで光の取り出し効率を上げることができる。前記第１導電型の窒化物半導体層は第１の電極とオーミックコンタクトが取れればｐ型窒化物半導体であっても、ｎ型窒化物半導体であってもよい。第１導電型の窒化物半導体層は単層、複数層を限定しない。
前記第１の電極はＡｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌから成る群から選ばれる少なくとも１つを有する。反射率の具体的数値はＡｇ−８９％、Ａｌ−８４％、Ｒｈ−５５％、Ｐｄ−５０％、Ａｕ−２４％である。以上より反射率はＡｇが最も好ましい材質であるが、第１の導電型の窒化物半導体の層がＰ型である場合はオーミック性ではＲｈが好ましい。前記材料を用いれば低抵抗化、及び光の取り出し効率を向上させることができる。前記導電層はＡｕ、Ｓｎ、Ｉｎから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有する共晶からなる。導電層に前記共晶材料を用いることで、低温での層形成が可能となる。共晶接合であれば低温で貼り付けることで反りの緩和効果を有する。また導電層をＡｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、Ｉｎ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ等、第１の電極側から密着層／バリア層／共晶層の構造にすることで第１の電極（例えばｐ型電極）との拡散による劣化を防ぐことができる。
前記第１の電極と第２の電極とは、同一面上に両電極が存在しない対向電極構造であって、第１の電極の上方には第２の電極が存在しない。これは、電極形成面上から見て両方の電極が重ならないことを意味する。第１の電極と第２の電極とが電極形成面上から見て重ならなければ、発光した光が第２の電極（例えば、ｎ型電極）により遮られることなく効率よく光を取り出すことができる。第２の電極が発光した光を吸収することが抑制できる。第２の導電型の窒化物半導体の層がＮ型である場合は前記第２の電極は、Ａｌを含むものが好ましく、例えばＴｉ−Ａｌ、Ｗ−Ａｌからなる。本発明において、対向電極構造とは、第１の電極と第２の電極が窒化物半導体を介して形成されている構造を示す。
前記窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体は最上層に第２導電型の窒化物半導体層を有し、該第２導電型の窒化物半導体層は凹凸部が設けられている。該凹凸（ディンプル加工）形成部は、窒化物半導体の光取り出し側となる。この表面の凹凸形成により光の全反射で出てこない光りを凹凸面で光の角度が変わることで取り出すことができる。この凹凸形成は凹凸無しに比べて１．５倍以上の出力向上が期待できる。平面形状は丸状、または六角形や三角形の多角形状がある。その他に凹凸をストライプ形状や格子形状、矩形で形成してもよい。光の取り出し効率を上げるためにはできるだけ細かいパターンが好ましい。また断面形状としてはフラット面より波状がよい。これは角張った凹凸に比べてより光取り出し効率が上がるためである。さらに凹部の深さは０．２〜３μｍであって、より好ましくは１．０μｍ〜１．５μｍである。この理由は凹部深さが０．２μｍより浅すぎると光取り出し向上の効果はなく、上記範囲より深くなると横方向の抵抗が上がってしまう。さらに、凹部の形状を丸状や多角形状として抜き取った場合には低抵抗値を維持して出力を向上させることができる。
前記窒化物半導体において、発光層以外の窒化物半導体層は、発光バンドギャップより大きいバンドギャップを持つことを特徴とする。より好ましくは発光層以外の窒化物半導体層は、発光バンドギャップより０．１ｅＶ以上大きいバンドギャップを持つようにする。このようにすることで発光した光を吸収させることがなく、光を取り出すことができる。
前記窒化物半導体素子において、支持基板の線熱膨張係数は４〜１０（×１０−６／Ｋ）であることを特徴とする。支持基板の熱膨張係数を上記範囲とすることで窒化物半導体素子の反りや割れを防止することができる。ＧａＮとの熱膨張係数差を４×１０−６／Ｋ以下にする必要がある理由としては、この範囲を超えれば歪みが大きくなり支持基板や窒化物半導体素子の割れが発生する割合が急激に高くなるからである。
前記窒化物半導体素子において、支持基板はＣｕ、Ｍｏ、Ｗから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有していることを特徴とする。支持基板の特性は導電性を有し、窒化物半導体に熱膨張係数が近いものである。上記金属から成る支持基板はこれらの特性を満たしている。さらに、高い放熱性やチップ分離のし易さ等のＬＥＤ、ＬＤの特性向上が可能となる。
前記窒化物半導体素子において、支持基板におけるＣｕの含有量は５０％以下であることを特徴とする。Ｃｕの含有量を多くすれば熱伝導性がよくなるが熱膨張係数も大きくなる。そのため、より好ましいＣｕの含有量は３０％以下である。Ｃｕと合金化させるには熱膨張係数を下げるものがよい。Ｃｕ含有量に対しＭｏを合金化させる場合にはＭｏの含有量を５０％以上とする。Ｍｏは安価である。また、Ｃｕ含有量に対しＷを合金化させる場合にはＷの含有量は７０％以上とする。Ｗはダイシングがしやすい。このような支持基板とすることで熱膨張係数が窒化物半導体に近づくため熱伝導性が良い特性が得られる。前記支持基板は導電性を示すことで大電流の投入が可能となる。
前記第１絶縁性の保護膜は窒化物半導体と接していない側にＡｌ、Ａｇ、Ｒｈから成る群から選ばれる少なくとも一つの金属膜を形成している。つまり、前記導電層と第１絶縁性の保護膜との間に金属層は存在する（図４）。この位置に前記金属膜を形成することで光の取り出し効率が向上する。横方向の光の伝播がを光多いＬＥＤ光取り出し面側に反射させるためである。前記金属膜は導電層と接していることを特徴とする。
支持基板１１上に第１の電極３、発光層を有する半導体積層体２、第２の電極４を順に有する半導体発光装置がある。ここで、第１の電極３は、前記半導体２に設けられた支持基板１１との接合面側である。また、第２の電極４は、半導体２の光取り出し面側に設けられている。このような半導体発光装置において、発光層からの発光は光取り出し面である上方に向かう光だけでなく、全方位への発光があるため、発光層からの発光の中で下方へ向かう光は他の形成層等によって吸収されてしまう。また半導体装置を形成すれば、半導体２の膜厚は数μｍから１０μｍ程度であるが横方向の長さは２００μｍ以上、大きいものでは１ｍｍ以上になる。そのため、横方向に伝搬した光は縦方向に伝搬する光に比べて半導体等の側面で反射するまでの距離は長く、半導体を構成する材料によって吸収され、光取り出し効率は低下することになる。
そこで、本発明における半導体発光装置は、支持基板１１上に少なくとも導電層１３、第１の電極３、第１の電極との接触界面側に第１導電型の半導体層２ａ、その上に発光層２ｂ、更にその上の光取り出し面側に第２導電型の半導体層２ｃとを有する半導体２、第２の電極６とを順に備えた半導体発光装置であって、前記半導体２との接触界面領域、及び／又は接触界面から前記半導体２の横方向に突出している領域を有する第１の保護膜４を有することを特徴とする。
前記第１の保護膜４が半導体２との接触界面領域を有するとは、第１の保護膜４が半導体積層体２と光伝搬可能な光学的接続をしていればよく、第１の保護膜４と半導体２との間に介在層があってもよい。また、前記第１の保護膜４において、前記接触界面から前記半導体２の横方向に突出している領域とは、第１の保護膜４が光取り出し面側に半導体２との接触しない領域を該半導体２の外部に延伸した領域（図３Ｃ、図３Ｅ、図３Ｆ、図４Ｃ等）を示す。第１の保護膜４は光透過膜として発光層から発光した光を透過させる作用があれば足りる。加えて、絶縁性であって、リーク電流の防止作用や電流狭窄作用を有する膜となる。前記突出領域は、発光層２ｂからの下方に向かう光を該第１の保護膜４を透過させ、透過光を反射作用を有した層との界面で反射させて上方への放出光として取り出すために前記半導体２の外部に設けられた光取り出し面である。前記半導体２の発光層２ｂから伝搬した光が第１の保護膜４内に入射し、該第１の保護膜４の側壁や底面で反射を繰りかえし、前記突出領域の主に上面から上方への放出光となるため、半導体の成長方向への膜厚に比べて該第１の保護膜の膜厚は小さいために、発光装置の内部で吸収や損失することは抑制され、半導体発光装置からの光取り出し効率は高くなる。該第１の保護膜４は吸収係数の小さい材質を選択することが好ましい。半導体２と光学的に接続している第１の保護膜４に入射した発光層２ｂからの発光を外部に放出するための光導出路である突出領域は、発光した光が半導体積層体で内部反射を繰り返し内部吸収をおこす前に外部に光取り出しを行う機能を持つ。これは、第１の電極３上部に出る主要（メイン）光だけでなく、半導体発光装置の外部にあたる前記突出領域から出る補助（サブ）光を合わせることで半導体発光装置からの外部量子効率は高くなる。具体的には、反射作用を有した層とは導電層１３であるが、好ましくは前記第１の保護膜４と導電層１３との間に反射膜を介することで、第１の保護膜４内での反射時の損失を小さくすることができる。
上記第１の保護膜４における突出領域の上面は、エッチング等で粗面を形成すれば、該面からの光り取り出しを向上することができる。その他の構成として、前記突出領域の上面に屈折率ｎ３である保護膜４０を有する構成がある。該保護膜４０と第１の保護膜４の屈折率ｎ２との屈折率差が、半導体２の屈折率ｎ１と第１の保護膜４の屈折率ｎ２との屈折率差より小さい構成とする保護膜４ｂを形成すれば、屈折率差が小さい側に多く光が取り出されるため、外界に露出面を有する第１の保護膜４に多くの光が入射することで光り取り出し効率は高くなる。
また、本発明の半導体発光装置は、支持基板側の窒化物半導体の面上に、少なくとも１つ以上の第１の電極３と、第１の保護膜４とが交互に形成されていることを特徴とする。好ましくは、前記第１の保護膜４の下には反射膜を有する（図１２Ｄ）。前記第１導電型の半導体層２ａと第１の電極３との界面ａでは、発光層からの光を反射させる。また、前記第１導電型の半導体層２ａと第１の保護膜４との界面では発光層からの光を透過し、第１の保護膜４と導電層１３との界面ｂで発光層からの光を反射させるのである。第１の電極３は光吸収するため、この光吸収を減らすためには積極的に第１の保護膜４へ光を透過させて、第１の保護膜４の下に形成した反射膜または導電層１３との界面ｂで光反射を行うことで光取り出し効率を高める（図１２Ｅ）。そのためには、半導体２と第１の保護膜４との界面での反射率を低くして、前記界面ｂでの反射率を高くするのである。第１の保護膜４を第１の電極３よりも光反射率を小さくして、光透過率が高い材質とすることが好ましい。
前記第１導電型の半導体層２ａと第１の電極３との界面ａ、第１の保護膜４と導電層１３との界面ｂで凹凸部を形成していることを特徴とする。ここで、前記界面ａ，ｂとは発光層２ｂからの光を反射させる光反射面として働く機能を持ち合わせた面である。第１の保護膜４は、光透過膜であるが、該保護膜４の側面に接している第１の電極３や該保護膜４の底面に接している導電層１３との界面ｂでは光を反射させることができる。前記界面ｂを凹部とし、前記界面ａを凸部とする凹凸部を、半導体発光装置の発光層２ｃの下において、横方向に設けている（図１２Ｄ）。図１２Ｄ等に示す反射膜は省略することも可能である。
該凹凸部を設けることで、半導体から外部への光取り出し効率を更に高めることができる。その理由としては、本来下方に伝搬する光を該界面で反射、若しくは回折によって縦方向成分を強めた光へと変化させる、すなわち、横方向に長い距離の光伝搬をさせる前に、該凹凸部で乱反射させることで上方へ光を導くからである。横方向成分の大きな光は、ほとんどの光が半導体内で吸収されることになるが、凹凸部があれば、発光層からの光は該凹凸部において上下左右の小さな光に乱反射され、縦方向成分の光へと変化させることができるのである。このような凹凸部と上述した前記第１の保護膜４に形成した突出領域が光学的に連なっていれば更に光取り出し効率は向上する。
前記第１の電極３と、第１の保護膜４とは前記第１導電型の半導体層２ａの同一面の下に設けられている。ここで、前記第１導電型の半導体層２ａは第１の電極３形成面にａｓ−ｇｒｏｗｎで形成された凹凸の段差や適度な微細加工があっても構わないが、平坦であることが好ましい。これは、半導体にエッチングで凹凸部を形成すれば、少なからず半導体にダメージを与えることになり、寿命特性の低下を避けられない。本件発明は、エッチングで形成した凹凸加工部ではなく、材料の組み合わせで凹凸部を形成したものであるから、エッチング損傷を有さず寿命特性を低下させずに光取り出し効率を高めるものである。
前記第１の保護膜４は、少なくとも２層からなる多層構造であって、前記層同士の界面は凹凸面となっていることを特徴とする。前記凹凸面は傾斜していることが好ましい。前記半導体２の横方向において、第１の保護膜４は第１の電極３に比べて半導体に占める面積が広い。そのため、全発光に対する該第１の保護膜を透過する光の割合は高い。そこで、一端、第１の保護膜４内に入射した光を縦方向成分に変換して光取り出しを行うことは極めて重要な課題である。第１の保護膜４を少なくとも２層以上の多層構造として、該第１の保護膜４内に凹凸を形成することで該第１の保護膜４に入射した光を層同士の界面で乱反射させて縦方向成分に変換することで上記課題は解決する。第１の保護膜の材料はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５などから成る。例えば、第１の保護膜を窒化物半導体２との界面側４ｂをＮｂ２Ｏ５とし、その下層４ａをＳｉＯ２とした２層構造として、該２層間に凹凸部を設けて積極的に該保護膜内で光を乱反射させることができる（図１２Ｆ）。
本発明の窒化物半導体素子は、第１の電極３と第２の電極６とは、対向電極構造をしており（図３、図１２等）、第１の電極３上には第２の電極６が存在しないことが好ましいことは上述したが、必ずしもこれに限定されるのではなく、第１の電極３上で第２の電極６が一部分が重なってもよい。図３Ｄにおいて、第２の電極６をｎ電極とすれば、第２の電極側の窒化物半導体、つまりｎ型窒化物半導体２ｃでは電流の広がりが大きいが、逆に第１の電極３側の窒化物半導体であるｐ型窒化物半導体２ａでの電流の広がりは小さいため、第１の電極は窒化物半導体の面内で広範囲に電極形成することになる。そのため、積極的に外部に光取り出しを行うには、第２の電極は半導体２の上面で光取り出し部を囲む形状とすることが好ましいが、第２の電極３は電極形成面積が小さくてもよいため、光を遮らない程度であれば部分的に両電極が窒化物半導体を介して重なってもよい（図１２Ｅ）。
また、本発明において、光取り出し面に形成した凹凸部の凸部、凹部の形状は垂直角を有する正方形や長方形、傾斜を有する台形や逆台形のものがある。好ましくは凹凸部の形状は傾斜を有するものである。
前記半導体２は窒化物半導体であることを特徴とする。窒化物半導体は窒素を含有した化合物半導体である。窒化物半導体は直接遷移型の半導体であるから、間接遷移型の半導体に比べてはるかに発光効率が高く、またＩｎやＧａ、Ａｌ等の３族元素との化合物半導体を形成することで、紫外領域を含めた短波長領域（３００ｎｍ〜５５０ｎｍ）での半導体発光装置を提供することができる。
前記発光層が、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であることを特徴とする。量子井戸構造とすることで良好な発光効率の発光素子が得られ、単一量子井戸構造であってもよく、多重量子井戸構造であってもよい。なお、前記井戸層におけるＩｎ組成ｂは、好ましくは０＜ｂ≦０．３とすると、高出力化が実現できる。これは、Ｉｎ混晶比ｂが大きくなると、結晶の偏析などにより結晶性が面内で一様ではなく良好な領域が面内で散在する結晶となり、電流密度増加において、電流−出力特性のリニアリティーが乏しく、飽和しやすい傾向にあるが、上記Ｉｎ組成範囲では大電流の投入が可能な本件発明では有利となる。
前記発光層が、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０＜ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造であり、第２導電型の窒化物半導体層がＡｌを含有した窒化物半導体であることを特徴とする。さらに、視感度の低い４２０ｎｍ（近紫外領域）以下では、Ｉｎ組成ｂは、０＜ｂ≦０．１程度であって、３８０ｎｍ（紫外領域）以下ではＡｌ組成ａを０．０１≦ａ≦０．２とする。
前記第２導電型の窒化物半導体層が少なくとも２層からなり、該２層は、第２の電極側をＡｌｅＧａ１−ｅＮ、発光層側をＡｌｆＧａ１−ｆＮとして、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ層はＡｌｆＧａ１−ｆＮ層より高い不純物濃度を有することを特徴とする。
本発明は、活性層がＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る窒化物半導体素子に関するもので、ＩｎＡｌＧａＮ系で発光する発光素子において、様々な波長の光を発光する素子に適応可能であるが、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子においてさらに特別な効果を奏する。本発明は、ＩｎＡｌＧａＮの４元混晶から成る井戸層と、少なくともＡｌを含む窒化物半導体から成る障壁層とを含む量子井戸構造を有する活性層を有し、３８０ｎｍ以下の短波長領域においても好適に使用可能な窒化物半導体素子の製造方法である。上記の活性層は、井戸層がＩｎＡｌＧａＮの４元混晶から形成されているので、構成元素数を最小限にしながら結晶性の悪化を抑制することができ、かつ発光効率を高めることができる。また、障壁層に少なくともＡｌを含む窒化物半導体を用いることにより井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくして発光波長に合わせた量子井戸構造の活性層を形成できるとともに、活性層内の結晶性を良好に保つことができる。
また、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子においては、結晶性の良い窒化物半導体素子を得るためには、基板、バッファ層の上に高温でＧａＮ層を成長させることが必要となる。この層を成長させずに発光層（活性層）等を成長させても結晶性が非常に悪く、窒化物半導体発光素子などにおいては、発光出力が非常に弱く、実用的でない。このように、ＧａＮからなる高温成長層を設けることで、結晶性の良い窒化物半導体素子を得ることができるが、下地層およびこの高温成長層としてＧａＮを含む場合、紫外領域ではＧａＮの自己吸収により、活性層からの光の一部がこのＧａＮ層で吸収されてしまい、発光出力が低下してしまう。本発明においては、導電性基板を接合した後、成長用基板とバッファ層および高温成長層のＧａＮとを除去するようにしたので、素子を構成する窒化物半導体の結晶性を良好に維持しながら、自己吸収を抑制することが可能となる。
前記高温成長層の上にさらに、組成傾斜層を設けても良い。この組成傾斜層は特に、結晶性を回復する役割を持つＧａＮを有しない紫外領域で発光するＬＥＤにとくに有効で、非常に欠陥が少なく、結晶性の良い窒化物半導体層を積層することが可能となる。また、この組成傾斜層は、導電性を決定する不純物を傾斜して設けた変調ドープとしても良い。たとえば上に成長させる窒化物半導体層がＳｉドープのＡｌＧａＮである場合、組成傾斜層を、アンドープから、ｎ型クラッド層のＳｉ濃度へと不純物濃度を大きくしていく構造とすることで、さらに欠陥が少なく、結晶性の良い窒化物半導体層を積層することが可能となる。また、組成傾斜層を高濃度不純物濃度領域からアンドープ層に傾斜させてもよい。
本発明の窒化物半導体素子、特に発光素子において、支持基板と接合させて形成された窒化物半導体素子に、活性層からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層や封止部材を形成することで、様々な波長の光を発光することができる。蛍光物質の一例を以下に示す。緑色系発光蛍光体としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｓｒ７Ａｌ１２Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕがある。また、青色系発光蛍光体としてはＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＳｒＣａＢａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＢａＣａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ，Ｍｎがある。さらに、赤色系発光蛍光体としてはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕがある。特にＹＡＧを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源など用途も格段に広がる。ＹＡＧは、（Ｙ１−ｘＧｄｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｒ（Ｒは、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏから選ばれる少なくとも１以上である。０＜Ｒ＜０．５である。）、例えば、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅである。また、光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質について、可視光を吸収して異なる光を発する材料は限られており、材料の選択性に問題がある。しかしながら、紫外光を吸収して異なる光を発する材料は非常に多く、様々な用途に応じてその材料を選択することができる。材料が選択できる要因の一つとしては、紫外光で吸収する蛍光物質は光の変換効率が可視光の変換効率と比べて高いということである。特に白色光においては、演色性の高い白色光を得るなど、可能性はさらに広がる。本発明は、紫外領域で発光する窒化物半導体素子において、自己吸収の少ない窒化物半導体発光素子が得られ、さらに蛍光物質をコーティングすることで、非常に変換効率の高い白色の発光素子を得ることができる。
［蛍光物質］
本発明で用いられる前記蛍光物質の詳細を以下に示す。粒径は、中心粒径が６μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍであり、このような粒径を有する蛍光物質は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。６μｍより小さく蛍光物質は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させてしまう他、光の吸収率及び変換効率が悪く励起波長の幅も狭い。
ここで本発明において、蛍光物質の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光物質の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。本発明において蛍光物質の中心粒径とは、体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値である。この中心粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることにより、色ムラが抑制され良好なコントラストを有する発光装置が得られる。
（イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質）
本実施の形態で用いられる蛍光物質は、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光された光により励起されて発光し、セリウム（Ｃｅ）あるいはプラセオジウム（Ｐｒ）で付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質をベースとした蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）とすることができる。具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることができる。
本明細書において、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
更に詳しくは、一般式（ＹｚＧｄ１−ｚ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ１−ａＳｍａ）３Ｒｅ’５Ｏ１２：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。この蛍光物質は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。
またフォトルミネッセンス蛍光体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネッセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側へ、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側へシフトすることができる。
Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネッセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能な発光装置を形成することができる。
このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅ、Ｐｒの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
本願発明の発光ダイオードにおいて、このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよい。ＹからＧｄへの置換量が異なる２種類のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を混合することにより、容易に所望とする色調の光を容易に実現することができる。特に、前記置換量の多い蛍光物質を上記蛍光物質とし、前記置換量の少なく又はゼロである蛍光物質を上記中粒径蛍光物質とすると、演色性および輝度の向上を同時に実現することができる。
（窒化物系蛍光体）
本発明で使用する蛍光物質は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一種の元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含有させることができる。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、発光素子から出光した可視光、紫外線、あるいはＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。特に本発明に係る蛍光体は、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。
蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
発光中心に希土類元素であるユウロピウム（Ｅｕ）を用いる。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。
添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Ｍｎは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Ｍｎが飛散したためであると思われる。
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
このような窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、発光素子により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置が得られる。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、発光素子により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、発光素子により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、色変換層中に一緒に混合し、発光素子により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色系の光を出光する発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色に発光する発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
▲１▼原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
▲２▼原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。  ▲３▼次に、原料のＳｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式１および式２にそれぞれ示す。
３Ｓｒ  ＋  Ｎ２  →  Ｓｒ３Ｎ２    ・・・（式１）
３Ｃａ  ＋  Ｎ２  →  Ｃａ３Ｎ２    ・・・（式２）
Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中、６００〜９００℃、約５時間、窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｓｒ、Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
▲４▼原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式３に示す。
３Ｓｉ  ＋  ２Ｎ２  →  Ｓｉ３Ｎ４  ・・・（式３）
ケイ素Ｓｉも、窒素雰囲気中、８００〜１２００℃、約５時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
▲５▼Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。
同様に、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。
▲６▼上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
▲７▼最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
本実施の形態において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
以上のようにして形成されるＹＡＧ系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の側方端面において一層からなる色変換層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる色変換層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がＹＡＧ系蛍光体より発光素子の側方端面に近い位置に配置されるように色変換層を形成することが好ましい。このように構成することによって、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、両蛍光体による混色光の演色性を向上させることができる。
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、支持基板上に少なくとも導電層、第１の電極、発光層を有する窒化物半導体、第２の電極とを順に備えた窒化物半導体素子の製造方法であって、異種基板上に少なくとも第２導電型の窒化物半導体層、発光層、第１導電型の窒化物半導体層を有する窒化物半導体を成長させる工程と、その後、前記窒化物半導体の第１導電型の窒化物半導体層側に第１の電極を介して支持基板を貼り合わせる工程と、その後、前記異種基板を除去することで第２導電型の窒化物半導体層を露出させる工程とを備えた窒化物半導体素子の製造方法である。例えば、窒化物半導体層を異種基板上にｎ型層、ｐ型層の順に形成した場合には、支持基板に貼り合わせ後、異種基板（サファイア等）を除去することによりｎ型層の表面が露出する。このｎ型層の表面には、異種基板を研磨等の除去することによりダメージ層が形成されるが、ケミカルポリッシュにより、このダメージ層を除去することができるため、異種基板を除去したことによる特性低下はない。
前記貼り合わせ工程は共晶接合によって導電層を形成することを特徴とする。前記貼り合わせ工程は加熱圧接によって行われることを特徴とする。加熱圧接の温度は１５０℃〜３５０℃が好ましい。１５０℃以上とすれば、導電層の金属の拡散が促進され均一な密度分布の共晶が形成され、窒化物半導体素子と支持基板との密着性を向上させることができる。３５０℃より大きいと、拡散範囲が接着領域にまで及び、密着性が低下してしまう。前記異種基板の除去工程はレーザー照射、研磨、ケミカルポリッシュによって行われることを特徴とする。上記工程により、鏡面である窒化物半導体の露出面を形成する。
前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面となる第２導電型の窒化物半導体層に凹凸部を設ける工程を備えたことを特徴とする。これは、発光した光を凹凸部でもって乱反射させることで従来は全反射していた光を上方へ導き、素子外部に取り出すためである。
前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面となる第２導電型の窒化物半導体層上に第２絶縁性の保護膜を形成する工程を備えたことを特徴とする。これにより、チップ化の際のダイシング等によるチッピング時のショートを防止できる。この保護膜にはＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２がある。前記第２絶縁性の保護膜に凹凸部を設ける工程を備えたことを特徴とする。また前記第２絶縁性の保護膜の屈折率が１以上２．５以下であることが好ましい。これは第２絶縁性の保護膜の屈折率を窒化物半導体と大気の間の屈折率とすることで光の取り出し効率を向上させるものである。より好ましくは１．４以上２．３以下とする。以上に示す構成により、光の取り出し効率は保護膜がないときと比べて１．１倍以上となる。この保護膜には表面劣化防止効果もある。
前記異種基板の除去工程後、窒化物半導体の露出表面をエッチングによりチップ状に窒化物半導体を分離する工程を備えたことを特徴とする。本発明における半導体発光装置は、まず、光取り出し面側から半導体２をエッチングすることによって第１絶縁性の保護膜４までエッチングして支持基板１１上でチップ状にする。これは、第１絶縁性の保護膜４の突出領域を形成するためである。ここではウェハー内において、個々の半導体２としては分離されているが支持基板が分離されていない。その後、第２絶縁性の保護膜７を第２の電極６のワイヤーボンディング領域を除いて半導体２上や第１絶縁性の保護膜４の突出領域上に成膜する。該第２絶縁性の保護膜７は半導体２の側壁や上面に成膜することで電流のショートやゴミの附着による物理的ダメージを抑制することができる。次に、第２絶縁性の保護膜７を成膜後、支持基板１側からダイシング等によりチップ化させる。以上により、単体の半導体発光装置を得ることができる。
その後、発光デバイスを形成する。まず前記半導体発光装置をリードフレームを備えたヒートシンクに実装し、半導体発光装置からリードフレームに導電性ワイヤーをボンディングする。その後、透明性ガラスでパッケージすることで発光デバイスを形成する（図１９）。
その他の発光デバイスとしては、ヒートシンクを有するパッケージ樹脂を準備して、前記ヒートシンク上に半導体発光装置を形成し、半導体発光装置からリードフレームに導電性ワイヤーをボンディングする。その後、シリコーン等の封止樹脂を前記半導体発光装置上に塗布する。さらに、その上にレンズを形成して発光デバイスとする（図２０）。
上記発光装置には、静電気から半導体発光装置を保護するための保護装置を備えていることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
本発明に係る実施形態の窒化物半導体素子は、支持基板上に少なくとも導電層、第１の電極、発光層を有する窒化物半導体、第２の電極とを順に備えた窒化物半導体素子であって、前記導電層上には第１の電極、及び第１絶縁性の保護膜を介して第１導電型の窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子である。前記窒化物半導体素子は第１の電極と第２の電極が対向電極構造である。また、第１の電極の上方には第２の電極が存在しない構成であることが好ましい。前記窒化物半導体において、発光層以外の窒化物半導体層は、発光バンドギャップより大きいバンドギャップを持つ窒化物半導体素子である。
実施形態１
以下に本実施形態に係る窒化物半導体素子の製造工程を図面を用い示す。
サファイア等の異種基板１上に少なくとも第２導電型の窒化物半導体層、発光層、第１導電型の窒化物半導体層を有する窒化物半導体２を成長させる（図１Ａ）。その後、窒化物半導体層上に第１の電極（例えばｐ型電極）３を形成する。次に、第１の電極の開口部であって、前記窒化物半導体の露出部に第１絶縁性の保護膜４を形成する（図１Ｂ）。さらに貼り合わせ時に合金化させるための導電層５を形成する（図１Ｃ）。導電層は密着層、バリア層、共晶層から成る３層構造が好ましい。他方、支持基板１１を用意する。この支持基板の表面にも導電層１２を形成することが好ましい（図２Ａ）。その後、窒化物半導体素子と支持基板とを加熱圧接により貼り合わせる（図２Ｂ）。貼り合わせ面を導電層同士として合金化させ、貼り合わせ後の導電層１３とする。その後、異種基板を除去する（図２Ｃ）。異種基板を除去後、チップ状に窒化物半導体層を分割し、第２導電型の窒化物半導体層の露出面に第２の電極を形成する（図３Ａ）。ここで、第２の電極を形成した以外の第２導電型の窒化物半導体層の露出面に凹凸を形成してもよい（図４Ａ）。その後、ワイヤーボンディング領域を除いて窒化物半導体素子の上面を第２絶縁性の保護膜で覆い（図３Ｂ、図４Ｂ）、ダイシングによりチップ化することで窒化物半導体素子とする。また、前記第２絶縁性の保護膜に凹凸形状を形成してもよい（図５、図１１）。
前記異種基板１は、窒化物半導体２をエピタキシャル成長させることができる基板であればよく、異種基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。この異種基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、デバイス加工が出来る程度の厚膜（数十μｍ以上）であればＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板を用いることもできる。異種基板はオフアングルしていてもよく、サファイアＣ面を用いる場合には、０．１°〜０．５°、好ましくは０．０５°〜０．２°の範囲とする。
また異種基板上に成長させる窒化物半導体はバッファ層を介して成長する。バッファ層としては、一般式ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．８）で表される窒化物半導体、より好ましくは、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．５）で示される窒化物半導体を用いる。バッファ層の膜厚は、好ましくは０．００２〜０．５μｍ、より好ましくは０．００５〜０．２μｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．０２μｍである。バッファ層の成長温度は、好ましくは２００〜９００℃、より好ましくは４００〜８００℃である。これにより、窒化物半導体層上の転位やピットを低減させることができる。さらに、前記異種基板上にＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法によりＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）層を成長させてもよい。このＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法とは窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて収束させることにより転位を低減させるものである。上に低温成長させたバッファ層を形成後、以下に示す第２導電型の窒化物半導体層を形成する。バッファ層上に高温成長させた高温成長層を形成することが好ましい。高温成長層としては、アンドープのＧａＮ又はｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができる。好ましくは、アンドープのＧａＮを用いることで結晶性をよく成長させることができる。高温成長層の膜厚は、１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。、また、高温成長層の成長温度は、９００〜１１００℃、好ましくは１０５０℃以上である。
次に、ｎ型コンタクト層を成長させる。ｎ型コンタクト層としては、活性層のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、ＡｌｊＧａ１−ｊＮ（０＜ｊ＜０．３）が好ましい。ｎ型コンタクト層の膜厚は特に限定されるものではないが、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。また、ｎ型クラッド層のｎ型不純物濃度は特に限定されるものではないが、好ましくは１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。また、ｎ型不純物濃度に傾斜をつけても良い。また、Ａｌの組成傾斜をつけることでキャリアの閉じ込めのためのクラッド層としても機能する。
本発明に用いる発光層（活性層）は、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層と、を含む量子井戸構造を有する。さらに好ましくは、上記井戸層及び障壁層が、それぞれ、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）である。活性層に用いられる窒化物半導体は、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれでも良いが、好ましくは、ノンドープもしくは、又はｎ型不純物ドープの窒化物半導体を用いることにより発光素子を高出力化することができる。さらに好ましくは、井戸層をアンドープとし、障壁層をｎ型不純物ドープとすることで、発光素子の出力と発光効率を高めることができる。
発光素子に用いる井戸層にＡｌを含ませることで、従来のＩｎＧａＮの井戸層では困難な波長域、具体的には、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長を得るものである。
井戸層の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは３．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。１ｎｍより小さいと井戸層として良好に機能せず、３０ｎｍより大きいとＩｎＡｌＧａＮの４元混晶の結晶性が低下し素子特性が低下するからである。また、２ｎｍ以上では膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２０ｎｍ以下では結晶欠陥の発生を抑制して結晶成長が可能となる。さらに膜厚を３．５ｎｍ以上とすることで出力を向上させることができる。これは井戸層の膜厚を大きくすることで、大電流で駆動させるＬＤのように多数のキャリア注入に対して、高い発光効率及び内部量子効率により発光再結合がなされるものであり、特に多重量子井戸構造において効果を有する。また、単一量子井戸構造では膜厚を５ｎｍ以上とすることで上記と同様に出力を向上させる効果が得られる。また、井戸層の数は特に限定されないが、４以上の場合には井戸層の膜厚を１０ｎｍ以下として活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚くなりＶｆの上昇を招くからである。多重量子井戸構造の場合、複数の井戸の内、好ましくは上記の１０ｎｍ以下の範囲にある膜厚の井戸層を少なくとも１つ有すること、より好ましくは全ての井戸層を上記の１０ｎｍ以下とすることである。
また、障壁層は、井戸層の場合と同様に、好ましくはｐ型不純物又はｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであること、より好ましくはｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであることである。例えば、障壁層中にｎ型不純物をドープする場合、その濃度は少なくとも５×１０１６／ｃｍ３以上が必要である。例えば、ＬＥＤでは、５×１０１６／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下が好ましい。また、高出力のＬＥＤやＬＤでは、５×１０１７／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下である。この場合、井戸層はｎ型不純物を実質的に含有しないか、あるいはアンドープで成長させることが好ましい。また、障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内のすべての障壁層にドープしても良く、あるいは、一部をドープとし一部をアンドープとすることもできる。ここで、一部の障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内でｎ型層側に配置された障壁層にドープすることが好ましい。例えば、ｎ型層側から数えてｎ番面の障壁層Ｂｎ（ｎは正の整数）にドープすることで、電子が効率的に活性層内に注入され、優れた発光効率と内部量子効率を有する発光素子が得られる。また、井戸層についても、ｎ型層側から数えてｍ番目の井戸層Ｗｍ（ｍは正の整数）にドープすることにより上記の障壁層の場合と同様の効果が得られる。また、障壁層と井戸層の両方にドープしても同様の効果が得られる。
本発明の発光素子においては、障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体を用いる必要がある。特に、井戸層の発光波長が３８０ｎｍ以下の領域では、障壁層には一般式ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）で表わされるＡｌＩｎＧａＮの４元混晶、又はＡｌＧａＮの３元混晶を用いることが好ましい。障壁層のＡｌ組成比ｃは、井戸層のＡｌ組成比ａよりも大きく、ｃ＞ａとして、井戸層と障壁層との間に十分なバンドギャップエネルギーを設けることで、発光素子として良好な発光効率を有する量子井戸構造を形成することができる。また、障壁層がＩｎを含有する場合（ｄ＞０）、Ｉｎ組成比ｄは０．１以下、より好ましくは０．０５以下である。Ｉｎ組成比ｄが０．１を超えると、成長時にＡｌとＩｎとの反応が促進され結晶性が悪化して良好な膜が形成されないためである。Ｉｎ組成比ｄを０．０５以下とすることにより、さらに結晶性を向上させて良好な膜を形成することができる。
また、主にＡｌ組成比によりバンドギャップエネルギーの差を設けること、そして障壁層のＩｎ組成比ｄは井戸層のＩｎ組成比ｂに比べ広い組成比を適用できることから、ｄ≧ｂとすることも可能である。その場合、井戸層と障壁層の臨界膜厚を変化させることができるので、量子井戸構造において自由に膜厚を設定でき、所望の特性の活性層を設計することができる。障壁層の膜厚は、好ましくは井戸層の場合と同様に１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。１ｎｍより小さいと均一な膜が得られず障壁層として十分に機能せず、また、３０ｎｍより大きいと結晶性が悪化するからである。
次に、前記発光層上に第１導電型の窒化物半導体層を形成する。ここでは、ｐ型窒化物半導体層であって、以下の複数層を形成する。まずｐ型クラッド層としては、活性層のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、活性層へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、ＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０≦ｋ＜１）が用いられ、特にＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜０．４）が好ましい。。ｐ型クラッド層の膜厚は特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．３μｍ、より好ましくは０．０４〜０．２μｍである。ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３、１×１０１９〜５×１０２０ｃｍ３である。ｐ型不純物濃度が上記の範囲にあると、結晶性を低下させることなくバルク抵抗を低下させることができる。ｐ型クラッド層は、単一層でも多層膜層（超格子構造）でも良い。多層膜層の場合、上記のＡｌｋＧａ１−ｋＮと、それよりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層とからなる多層膜層であれば良い。例えばバンドギャップエネルギーの小さい層としては、ｎ型クラッド層の場合と同様に、ＩｎｌＧａ１−ｌＮ（０≦ｌ＜１）、ＡｌｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１、ｍ＞ｌ）が挙げられる。多層膜層を形成する各層の膜厚は、超格子構造の場合は、一層の膜厚が好ましくは１００Å以下、より好ましくは７０Å以下、さらに好ましくは１０〜４０Åとすることができる。また、ｐ型クラッド層がバンドギャップエネルギーの大きい層と、バンドギャップエネルギーの小さい層からなる多層膜層である場合、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の少なくともいずれか一方にｐ型不純物をドープさせても良い。また、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の両方にドープする場合は、ドープ量は同一でも異なっても良い。
次にｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成する。ｐ型コンタクト層は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜１）が用いられ、特に、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜０．３）で構成することによりオーミック電極である第１の電極と良好なオーミックコンタクトが可能となる。ｐ型不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３以上が好ましい。また、ｐ型コンタクト層は、導電性基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有することが好ましい。この場合、組成勾配は、連続的に組成を変化させても、あるいは、不連続に段階的に組成を変化させても良い。例えば、ｐ型コンタクト層を、オーミック電極と接し、ｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の低い第１のｐ型コンタクト層と、ｐ型不純物濃度が低くＡｌ組成比の高い第２のｐ型コンタクト層とで構成することもできる。第１のｐ型コンタクト層により良好なオーミック接触が得られ、第２のｐ型コンタクト層により自己吸収を防止することが可能となる。
本発明では窒化物半導体を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、やハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いて成長させる
次に、前記窒化物半導体をｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層の順に形成した場合には、異種基板１上に窒化物半導体２を成長後（図１Ａ）、ウェハーを反応装置から取り出し、その後、酸素を含む雰囲気中で４５０℃以上で熱処理をする。これによりｐ型窒化物半導体層に結合している水素が取り除かれ、ｐ型の伝導を示すｐ型窒化物半導体層を形成する。
その後、第１導電型の窒化物半導体層であるｐ型窒化物半導体層表面とオーミック接触が得られる第１の電極を形成する。該第１の電極３はＮｉ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ−ＲｈＯ、Ｒｈ−Ｉｒ、Ｒｈ−Ｉｒ−Ｐｔ等である。好ましくは反射率の高いＲｈ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕなどで第１の電極を形成する。次に、酸素を含む雰囲気で熱処理を行う。第１の電極の膜厚は０．０５〜０．５μｍである。
次に、第１の電極３を形成した窒化物半導体２の露出面に第１絶縁性の保護膜４を形成する（図１Ｂ）。この第１絶縁性の保護膜の材料はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を用いることができる。更にその上の支持基板との貼り合わせ面にＡｌ、Ａｇ、Ｒｈなどの高反射率の金属膜を形成してもよい。この金属膜により反射率が高くなるから光の取り出し効率を良くすることができる。その後、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有する合金から成る導電層５を支持基板との張り合わせ面に形成する（図１Ｃ）。また、前記第１の電極をＡｇとした場合は高い光取り出し効果があるが高温、高湿動作時に該Ａｇのマイグレーションが起こりやすい。マイグレーションが起こればリーク電流が発生する。そこで、第１の電極をＡｇとする場合は第１絶縁性の保護膜４を形成せずに導電層５の第１層目をＲｈＯで形成する。ＲｈＯを全面に形成すれば、Ａｇを覆うことになりＡｇのマイグレーションは抑制されると共に高い光取り出し効果も実現できる。
他方、上記窒化物半導体素子の導電層形成面に貼り合わせる支持基板１１を準備する（図２Ａ）。具体例としては、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、ＡｌＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックの複合体などである。例えば、一般式をＣｕｘＷ１−ｘ（０≦ｘ≦３０）、またＣｕｘＭｏ１−ｘ（０≦ｘ≦５０）のように示すことができる。ＡｌＮを支持基板とすれば絶縁性基板であるのでプリント基板などの回路上にチップを載せるときに有利である。またＳｉを用いる利点は安価でチップ化がしやすい点である。支持基板の好ましい膜厚としては５０〜５００μｍである。前記範囲に支持基板を薄くすることで放熱性が良くなる。また、支持基板には、窒化物半導体との張り合わせ面、又はその反対面に凹凸を有する構造としてもよい。前記貼り合わせ面には密着層、バリア層、共晶層を備えた構造が好ましい。第１の電極との拡散を防ぐからである。これらは支持基板側の導電層１２である。例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｐｄ又はＴｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｗ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、ＲｈＯ−Ｐｔ−（Ａｕ、Ｓｎ）等の金属膜を形成する。前記金属膜は共晶により合金化され、後工程で導電層１３となる。また、貼り合わせの表面金属は支持基板側と窒化物半導体素子側が異なることが好ましい。この理由は低温で共晶が可能で、共晶後の融点が上がるためである。
次に支持基板１１の導電層形成面と窒化物半導体素子の導電層形成面の表面とを向かい合わせて、加熱圧接をする（図２Ｂ）。プレスをしながら１５０℃以上の熱を加える。貼り合わせで共晶させるには支持基板側と窒化物半導体側との接着面にそれぞれ密着層、バリア層、共晶層とを備えていることが好ましい。密着層は第１の電極との間に高い密着性を確保する層であり、好ましくはＴｉ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏのいずれかの金属である。また、バリア層は、共晶層を構成する金属が密着層へ拡散するのを防止する層であり、好ましくはＰｔあるいはＷである。また、共晶層の金属が密着層へ拡散するのをさらに防止するため、バリア層と共晶層との間に、０．３μｍ程度の厚さのＡｕ膜を形成しても良い。貼り合わせ時には第１の電極／Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ−Ｐｔ−Ｔｉ／支持基板、その他に第１の電極／ＲｈＯ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ−Ｐｔ−Ｔｉ／支持基板、第１の電極／Ｔｉ−Ｐｔ−ＰｄＳｎ−Ｐｔ−Ｔｉ／支持基板、第１の電極／Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ−Ｐｔ−ＲｈＯ／支持基板となる。これにより剥がれにくい合金形成ができる。導電層を共晶とすることで低温での貼り合わせが可能となり、また接着力も強力になる。低温で貼り合わせることで反りの緩和効果を有する。
その後、異種基板側からエキシマレーザを照射するか、又は研削により異種基板を取り除く（図２Ｃ）。異種基板を除去後、露出した窒化物半導体の表面をＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシュ）処理することで所望の膜である第２導電型の窒化物半導体層を露出させる。このとき高温成長したＧａＮ膜を除去してしまうため、紫外領域の発光波長を持つＬＥＤにおいても吸収の影響をなくすことができる。この処理によりダメージ層の除去や窒化物半導体層の厚みを調整、表面の面粗さの調整ができる。その後、窒化物半導体素子をチップ化するためＲＩＥ等で外周エッチングを行い、外周の窒化物半導体層を除去する。
次に、前記第２導電型の窒化物半導体層の露出面に第２の電極６を形成する（図３Ａ）。第２の電極にｎ型電極を用いる場合にはＴｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｗ−Ａｌ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ａｌ−Ｐｔ−Ａｕなどがある。第２の電極は膜厚を０．１〜１．５μｍとする。また、光の取り出し効率を向上させるために第２導電型の窒化物半導体層の露出面をＲＩＥ等で凹凸（ディンプル加工）を形成をしてもよい（図４Ａ）。好ましくは第２の電極形成面を除く領域とする。前記凹凸形成の断面形状はメサ型、逆メサ型があり、平面形状は島状形状、格子状、矩形状、円状、多角形状がある。
次に、露出面の第２の電極のパッド電極形成領域以外を覆うように第２絶縁性の保護膜７を形成する（図３Ｂ、図４Ｂ）。該第２絶縁性の保護膜７はＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの絶縁膜である。その後、光の取り出し効率を向上させるために該保護膜の露出面をＲＩＥ等で凹凸形状を形成することもできる（図５）。凹凸形成方法は、ＲＩＥやウェットエッチングによって行うことで０．１μｍオーダーの制御が可能となる。前記保護膜の凸部形状は断面が台形、三角形、半円形である。つまり、凸部に傾斜を設けるであることで乱反射がおこる確率を上げている。凸部傾斜であるテーパー角は好ましくは３０°以上６０°以下とする。また保護膜の平面形状は島状形状、格子状、矩形状、円状、多角形状である。
前記第２絶縁性の保護膜の光取り出し面の断面が凹凸形状であれば、光の全反射により出てこない光を凹凸面（光取り出し界面）で該光の角度を変えることで光を透過させることができる。そのため、光取り出し効率は保護膜に凹凸が無い場合に比べて１．５倍以上となる。前記窒化物半導体発光素子における保護膜の凸部形状は断面が台形、三角形、半円形から成る群から選ばれる少なくとも１つである。また、角が丸みがあるものとすれば乱反射の確率が高くなり更に光取り出し効率が良くなる。凹部の深さは０．２〜３μｍであって、より好ましくは１．０μｍ〜１．５μｍである。この理由は凹部深さが０．２μｍより浅すぎると光取り出し向上の効果はなく、上記３μｍより深くなると抵抗値は変化がないが保護膜としての機能を果たさない。さらに、凹部の形状を丸状や多角形状として抜き取った場合でも同じように低抵抗値を維持して出力を向上させることができる。該凹凸形状を窒化物半導体層上の保護膜に形成することで、電圧を上げることなく光取り出し効率の向上が可能となる。その理由としては、窒化物半導体を加工して薄くするわけではないので、抵抗は高くならない。さらに、窒化物半導体への直接エッチングによるダメージもない。また、窒化物半導体層に凹凸加工する場合と比べて保護膜に凹凸加工する場合は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のエッチング加工性が良い材質を選ぶことで微細加工もできる。  上記断面形状とすることで効率よく乱反射が行われる。好ましくは保護膜はＧａＮとの屈折率差が±０．５の範囲である。以上に示す構成により、保護膜を有しないものと比べて電圧を上げることなく、光の取り出し効率は１．５倍以上となる。また保護膜には表面劣化防止効果もある。保護膜が絶縁性を示すことで、チップ化の際のダイシング等によるチッピング時のショートを防止できる。
さらに、窒化物半導体素子をダイシングなどでチップ状に分離を行う。
図１８は貼り合わせにより支持基板を用いた一実施形態と従来のサファイア基板を用いた窒化物半導体素子との電流出力特性を示したグラフである。支持基板を用いた窒化物半導体素子は熱抵抗が低いため２０００ｍＡ以上の大電流を流すことができ、出力も３５０ｍＷ以上を示す。これに対し、従来のサファイア基板を用いた窒化物半導体素子は熱抵抗が高く放熱性が悪いため高出力が望めない。尚、窒化物半導体素子、電極等については同条件である。
実施形態１における他の窒化物半導体発光素子を示す。支持基板上に導電層、第１の電極、窒化物半導体を順に有する。前記窒化物半導体上には第２の電極を有する。第２の電極は四隅の対角上にパッド電極形成領域を形成し、さらにパッド電極形成領域間にも網目状に第２の電極を形成している。パッド電極形成領域は対角上の２カ所に限らず四隅全てに形成してもよい。また第１の電極と第２の電極は上面から見れば重ならない。さらに、前記第２の電極上には保護膜を有する。該保護膜は第２の電極のパッド電極形成領域以外であれば窒化物半導体層上だけでなく、第２の電極上にも形成してもよい。第２の電極を網目状、格子状等で発光範囲の全面に形成することにより、窒化物半導体層の抵抗を下げることができる。
図１２Ａに示す窒化物半導体発光素子を断面（図１２Ｂ）で見ると、窒化物半導体２と接している第１の電極３は開口部があり、該開口部には第１絶縁性の保護膜４が形成されており、該保護膜４は反射膜（図示されていない）と２層構造であるのが好ましい。この保護膜４の材料はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を用いる。絶縁性である膜を備えることでショート等を防ぐことができるため、歩留まりや信頼性を向上することができる。前記保護膜４には窒化物半導体２と接していない側にＡｌ、Ａｇ、Ｒｈ等の反射膜（図示されていない）を５００Å以上２０００Å以下の膜厚で形成することで横方向に伝播する光を効率良く取り出せる。
上記に示すように、フェイスダウン構造（ｎ側が表面）を取るため光の取り出し効率が良くなる。これは窒化物半導体層の裏面反射率が高いからである。また、対向電極構造であるため発光面積の拡大が可能となる。さらに、本発明に用いる支持基板は放熱性が向上する。導電性基板を用いれば１ワイヤー構造ができる。また本実施形態はレーザーダイオードについても利用することができる。
前記実施形態１により得られる窒化物半導体素子の他の構造を以下に示す。上面から見た図を示す。図６は対角線上に第２の電極を有するタイプである。第１の電極としては第２の電極と重ならない領域であれば特に形状や大きさは限定されない。また第２の電極は２カ所以外に四隅全てに形成したもよい。図７には第２の電極が中央に延びたタイプを示す。図８には第１の電極がパッド電極を有するタイプを示す。図９に示すタイプは第１の電極を広範囲で形成するために第２の電極をＬ字で覆うタイプである。その他には図１０に示すような中央部に第２の電極を有するタイプがある。その第２の電極と重ならないように外周に第１の電極を形成している。
上記に示すように、フェイスダウン構造（ｎ側が表面）を取るため光の取り出し効率が良くなる。また、対向電極構造であるため大口径化が可能となる。さらに、基板の選択により放熱性が向上する。さらに導電性基板を用いることができるので１ワイヤー構造ができる。また本実施形態はレーザーダイオードについても利用することができる。
実施形態２
異種基板１上に、窒化物半導体を第２導電型の窒化物半導体層、発光層、第１導電型の窒化物半導体層の順に形成する。まずＲＩＥなどにより部分的に表面をエッチングする。その後、酸素を含む雰囲気中で熱処理をする。エッチングされていない面の一部に第１導電型の窒化物半導体層表面とオーミック接触が得られ、反射率の高い第１の電極をパターン形成する。そして、第１の電極の形成されていない部分に第１絶縁性の保護膜を形成する。該保護膜の材料はＳｉＯ２などを用いることができ、またそれらの多層構造でも良い。さらにその上に、Ａｌなどの高反射率の金属膜を形成しても良い。その後、ウエハ全面又はエッチングされていない部分に密着層、バリア層、共晶層から成る導電層を成膜する。導電層は貼り合わせ時に共晶させるものである。例えば、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎを成膜する。
他方、金属膜を形成した支持基板１１を用意する。この支持基板の金属膜形成面と前記窒化物半導体層上に形成した第１の電極面を向かい合わせて、プレスしながら熱をかける。その後、反応基板側から研削、エッチング、電磁波照射、あるいはこれらの組み合わせによる。電磁波照射の一例としてエキシマレーザ照射がある。露出後、窒化物半導体をＣＭＰ処理をし、所望の膜を露出させる。これによりダメージ層の除去や、ＧａＮ厚みの調整、表面の面粗さの調整ができる。
その後、第２導電型の窒化物半導体層の露出面をＲＩＥ等のエッチングにより段差加工を行う。そして窒化物半導体層の表面にＴｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｗ−Ａｌ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕなどにより第２の電極６を形成する。さらに、第２の電極（例えばｎ型電極）以外を覆うようにＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの保護膜を窒化物半導体層の露出面を覆うように形成する。その後ダイシングなどによりチップ状に分離を行う。本実施形態で得られる窒化物半導体素子の特性は実施形態１と同等である。
発明の実施の形態３．
本実施形態における窒化物半導体素子は張り合わせ工程を２度行うものである（図１３）。支持基板上に少なくとも第１の電極、発光層を有する窒化物半導体、第２の電極とを備えた窒化物半導体発光素子の製造方法であって、第１の基板上に前記発光層を有する窒化物半導体を成長させ、該窒化物半導体の成長面に第２の基板を貼り合わせる第１の工程と、その後、前記第１の基板を除去させ、窒化物半導体層の露出面を形成する第２の工程と、その後、前記窒化物半導体の露出面に段差を形成する第３の工程と、その後、前記窒化物半導体層の露出面に第１の電極を介して支持基板を貼り合わせる第４の工程と、その後、前記第２の基板を除去させる第５の工程とを備えている。
前記第１の工程において、窒化物半導体層の成長面には第２の電極を介して第２の基板を貼り合わせる。前記第４の工程は、支持基板と窒化物半導体層との貼り合わせ時に第１の電極を合金共晶によって形成する。窒化物半導体発光素子が、第１の電極は窒化物半導体との界面にアルミニウムを有し、且つ該界面は段差形状である。前記第１の電極は共晶層を有する。前記第１の電極と前記窒化物半導体層との界面段差は０．１μｍ以上である。
本実施の形態における窒化物半導体発光素子は、支持基板上に少なくとも第１の電極、発光層を有する窒化物半導体層、第２の電極とを備えた窒化物半導体発光素子であって、前記第１の電極は前記窒化物半導体層との界面にアルミニウムを有し、且つ該界面は段差形状であることを特徴とする。このように、前記界面に形成されたアルミニウムは発光素子からの光を支持基板側に透過させることなく、光取り出し面からの光取り出し効率を向上させることができる。更に、アルミニウムはｎ型窒化物半導体に対してオーミック接触となるため電圧低下が可能となる。アルミニウムを窒化物半導体素子界面に形成することはＧａＮやＡｌＮ等の窒化物基板が量産されていないため、困難であった。本発明では貼り合わせ技術を２回行うことによって、アルミニウムを前記第１の電極との界面に形成することが可能となった。また、該第１の電極は共晶層を有しているため、支持基板との導電性を得る効果がある。第１の電極がアルミニウムを窒化物半導体との界面に有することで高反射させることができる。
また、前記第１の電極と前記窒化物半導体層との界面を段差形状とすることで、光取り出し効率を向上させることができる。これは光の全反射により本来全反射角内に入り出てこない光を前記界面の段差により該光の角度を変えることで光取り出しさせるのである。前記界面の段差が有れば、光取り出し効率は界面に段差が無い場合と比べて１．５倍以上となる。界面の段差は０．１μｍ以上、好ましくは０．３μｍ以上とする。
前記支持基板は導電性を示すことで対向電極構造を有する窒化物半導体発光素子となる。前記第１の電極は共晶層を形成するため、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有する。第１の電極をｎ側電極とすれば、該ｐ側電極はＡｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有する。取出し効率をあげるためにｐ電極はＡｇやＲｈなどをメッシュ状に形成したもの又はＮｉ及び／又はＡｕ薄膜など透光性を有する材料とする。このような材料を用いれば低抵抗化、及び光の取り出し効率を向上させることができる。
前記第４の工程は、支持基板と窒化物半導体層との貼り合わせ時に第１の電極を合金共晶によって接合することを特徴とする。共晶により低温での貼り合わせが可能となり、また接着力も強力になる。低温で貼り合わせることで反りの緩和効果を有する。
支持基板／第１の電極（共晶層＋アルミニウム）／窒化物半導体との順に形成されている。
前記第１の工程での貼り合わせ工程は、窒化物半導体を第１の基板（サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ等）上にｎ型窒化物半導体層、発光層、ｐ型窒化物半導体層の順に形成した後、該ｐ型窒化物半導体層の成長面に第２の基板を加熱圧接により貼り合わせる。前記第１の工程において、窒化物半導体層の成長面には第２の電極を介して第２の基板を貼り合わせることを特徴とする。ここで、第２の基板はＣｕ−Ｗ、インバー材、ステンレス等であって、エポキシシートなど比較的低温で接着できる材料で貼りあわせる。第２の基板を窒化物半導体とエポキシシートで張り合わせる時に、拡散防止層を介することが好ましい。窒化物半導体側の一時的なプロテクト膜として塗布されたレジストと第２の基板側のエポキシシートの有機物質が拡散防止作用を有する金属膜を介して張り合わせ工程を行うことで後工程での第２の基板除去が容易になる。拡散防止作用を有する金属膜はＴｉ等である。次に第２の工程であるが、前記第１の基板を研磨、レーザー照射、又はケミカルポリッシュ等により除去することによりｎ型窒化物半導体層の表面が露出する。このｎ型層の表面には、異種基板を研磨により除去することでダメージ層が形成されるが、ケミカルポリッシュにより該ダメージ層を除去する。そのため異種基板を除去したことによる特性低下は抑制される。次に第３の工程として、前記窒化物半導体層の露出面に段差を形成する。この段差は０．１μｍ以上である。また、段差形成はドライエッチング（ＲＩＥ）やウェットエッチングで行うことで０．１μｍオーダーの制御が可能となる。次に第４の工程として、前記窒化物半導体層が露出している段差面に第１の電極を介して支持基板を形成する。前記第１の電極は、前記窒化物半導体層との界面にアルミニウム又は銀を有することを特徴とする。また第１の電極の最表面にはＳｎ、Ｉｎを含む低融点金属を形成することを特徴とする。前記支持基板は熱伝導性を示すものが好ましい。支持基板の貼り合わせ条件は支持基板にＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｐｄからなる群から選ばれる少なくとも１つの材料を介して、第１の電極と１００℃〜５００℃程度で熱プレスを行い共晶接合させる。次に第５の工程で前記第２の基板は２００℃以上の加熱で接着力を無くす、または有機溶剤や酸溶液で共晶部を溶かす等によって接着層から除去させることで窒化物半導体発光素子を形成する。以上より前記窒化物半導体発光素子は支持基板側から支持基板／Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｔｉ−Ｐｔ−ＰｄＳｎ等／第１の電極／窒化物半導体／第２の電極から成る構造にする。
以下に本実施形態３に係る窒化物半導体発光素子の製造工程を各工程ごとに図面を用いて示す。
（第１の工程）
まず、第１の基板１０１上に窒化物半導体１０２を成長させる（図１３Ａ）。その後、窒化物半導体層をエッチングする（図１３Ｂ）。このエッチングは窒化物半導体層の割れ防止及びチップ分離を容易にするためであって、ｎ型窒化物半導体を露出させる。また、エッチング後の窒化物半導体は膜厚１μｍ以上残すことで、第１の基板除去時に割れが発生を抑制することができる。次に、前記窒化物半導体１０２のエッチングされていない領域に第２の電極（ｐ側電極）１０３を形成する（図１３Ｃ）。その後、該窒化物半導体１０２上に第２の基板１０５を貼り合わせる（図１３Ｄ）。第２の基板１０５を貼り合わせる接着層１０４にはエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂等の高分子材料やレジストを用いて、熱プレスによって貼り合わせる。熱プレスは１００℃〜２００℃で行う。
前記第２の基板１０５は後工程で除去するため、それまで平坦度、強度を有していれば良く材質は特に限定されないが、好ましくは熱膨張係数が第１の基板と近い値を示すものとする。これは第４の工程で貼り合わせた時に熱膨張差が生じないようにする理由による。また、簡単に除去可能なものが好ましく、Ｃｕ−Ｗ、Ｗ、Ｍｇ、コバール材、インバー材、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂等がある。また、第２の電極は、前記活性層の面積Ｓ（μｍ２）とし、該第２の電極の外周長の和をＬ（μｍ）とすると、Ｌ／Ｓ≧０．０２である。この範囲とすることで、光取り出し効率は１．２倍以上を示す。また、第２の電極にはＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びこれらの酸化物、窒化物からなる群から選ばれる少なくとも一種から成る。
（第２の工程）
次に、第１の基板を除去させ、窒化物半導体１０２の露出面を形成する（図１３Ｅ）。第１の基板１０１は研磨やエキシマレーザ照射によって除去される。第１の基板を除去した前記窒化物半導体１０２の露出面はさらにケミカルポリッシュにより平坦面を形成させる。
（第３の工程）
次に、前記窒化物半導体層の露出面に段差を形成する（図１３Ｆ）。ここで、段差とは界面段差が０．１μｍ以上であって、段差形状はテーパー形状や逆テーパー形状である。また、前記段差形状の平面形状のパターンはストライプ状、格子状、島状、円状の凸部及び／又は凹部を有することで、矩形状、くし形状、メッシュ形状から選ぶことができる。例えば、円状の凸部を形成すれば、該円状凸部の直径幅は５μｍ以上、凹部溝の間隔は３μｍ以上とする。ＬＥＤ光の取り出し効率を向上させるには上記段差を有するのが効果的であって、さらに光反射率の高いアルミニウムを後工程で界面に介することで段差を有さない窒化物半導体発光素子に比べて光取り出し効率が１．５倍以上を実現できる。
（第４の工程）
次に、前記段差形成面に第１の電極１０６を形成し（図１４Ａ）、次に支持基板１１１を貼り合わせる（図１４Ｂ）。貼り合わせ方法としては、ＡｕＳｎ系、ＰｄＳｎ系、ＩｎＰｄ系等のメタライズ材料を表面に形成した支持基板１１１と、表面に第１の電極１０６を形成した窒化物半導体１０２とを向かい合わせて、プレスをしながら熱を加える。張り合わせ面には導電層１１３が形成される。この時の貼り合わせ温度は１２０℃以上、好ましくは１５０℃以上、３００℃以下である。前記第１の電極は、前記窒化物半導体層との界面にアルミニウムを有する。また、支持基板８は、第１の電極と合金共晶によって接合されるため第１の電極１０６の表面にはＳｎ，Ｉｎなどの共晶させるための金属を形成する。また、アルミニウムと共晶させるための金属との合金化を防止するために、Ｐｔ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔｉなどの高融点金属よりなるバリア層を形成しても良い。
前記第１の電極１０６としては、Ａｌ−Ｐｔ−Ｓｎ，Ａｌ−Ｗ−Ｉｎ等となる。該第１の電極はトータル膜厚を５０００００Å以下とする。また、アルミニウムの膜厚は５００以上１００００Å以下とする。アルミニウムは上記膜厚範囲であれば２回の貼り合わせ工程後もチップ内で均一な膜厚となる。例えば、前記第１の電極１０６の膜厚は２０００Å−２０００Å−３００００Åとなる。
ＡｌＮを支持基板とすれば絶縁性基板であるのでプリント基板などの回路上にチップを載せるときに有利である。またＳｉを用いる利点は安価でチップ化がしやすい点である。支持基板の好ましい膜厚としては５０〜５００μｍである。前記範囲に支持基板を薄くすることで放熱性が良くなる。前記支持基板の貼り合わせ面には後工程で共晶により合金化される密着層、バリア層、共晶層を備えた構造が好ましい。例えば、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｐｄ、又はＴｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｗ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、ＲｈＯ−Ｐｔ−（Ａｕ、Ｓｎ）等の金属膜である。また、貼り合わせの表面金属は支持基板側と窒化物半導体層側が異なることが好ましい。この理由は低温で共晶が可能で、共晶後の融点が上がるためである。
（第５の工程）
その後、第５の工程で、第２の基板１０５を除去する（図１４Ｃ）。これは貼り合わせ時よりも高い温度に加熱する。２００℃以上に加熱すれば接合（接着）力が低下するため、第２の基板５は接着層４と共に除去される。この方法はエポキシ系樹脂を用いた接着を除去するのに有効である。また、アセトンやＮ−メチル−２−ピロリドンなどの有機溶剤で接着層を溶解することも出来る。ＡｕＳｎ等を用いて共晶させている場合には、酸に浸漬して接合部を溶解させて分離させる。これらの方法は研磨との組み合わせでも用いることができる。
第２の基板を除去後、窒化物半導体層の露出面に絶縁性の保護膜１０７を成膜する（図１４Ｄ）。次に、保護膜の開口部にパット電極を形成する（図１５Ａ）。その後、ダイシングによりチップ化することで窒化物半導体発光素子とする。前記第１の電極はｎ側電極としたが、本発明はこれに限定されない。支持基板を用いた窒化物半導体素子は熱抵抗が低いため２Ｗ以上の大電力を投入することができ、出力も２００ｍＷ以上を示す。以上に示す本実施形態より、電圧を上げることなく、光取り出し効率の良好なＬＥＤ素子を製造することができる。これに対し、従来のサファイア基板を用いた窒化物半導体素子は熱抵抗が高く放熱性が悪いため高出力が望めない。
実施形態３における上記以外の窒化物半導体発光素子を示す。支持基板上に第１の電極、窒化物半導体層を順に有する。前記窒化物半導体層上には第２の電極を有する。第２の電極は光取り出し面上に網目状に形成されている（図１６）。開口部の面積は１〜１００μｍ２である。また第２の電極は四隅の対角上にパッド電極形成領域を形成している。パッド電極形成領域は対角上の２カ所に限らず四隅全てに形成してもよい。前記支持基板が絶縁性基板であって、同一面上で両電極を形成する構造となる（図１７）。さらに、前記第２の電極上にはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などの単層膜または多層膜から成る保護膜を有するのが好ましい。この絶縁膜は単層膜または多層膜である。保護膜には表面劣化防止効果もある。また前記保護膜は絶縁性を示すことを特徴とする。保護膜が絶縁性を示すことで、チップ化の際のダイシング等によるチッピング時のショートを防止できる。絶縁膜を備えることでショート等を防ぐことができるため、歩留まりや信頼性を向上することができる。第２の電極を網目状、格子状等で発光範囲の全面に形成することにより、窒化物半導体層の抵抗を下げることができる。
上記に示す製造方法によって、第１の電極と窒化物半導体層との界面に反射率の高いアルミニウムを形成することが実現できる。そのため、光取り出し効率が向上する。また、対向電極構造であるため発光面積の拡大が可能となる。さらに、本発明に用いる支持基板は放熱性が向上する。導電性基板を用いれば１ワイヤー構造ができる。また本実施形態はレーザーダイオードについても利用することができる。
第２の電極１０６と半導体１０２との界面に凹凸部を有する半導体発光装置において、前記第２の電極は凹部の底面及び／又は斜面に反射ミラーを形成していることを特徴とする（図１５Ｂ）。該反射ミラーは上述した反射作用を有する材料である。反射ミラーによって前記界面での光散乱を積極的に行うことができ、光取り出し効率が向上する。
実施例
以下に本発明の様々な実施例を示すが、本発明はこれに限定されない。
［実施例１］
以下、実施例１のＬＥＤ素子の製造方法について説明する。まず、サファイア（Ｃ面）よりなる異種基板１をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
（バッファ層）
続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とを用い、基板１上にＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるバッファ層を約１００オングストロームの膜厚で成長させる。
（第２導電型の窒化物半導体層）
バッファ層成長後、第１導電型の窒化物半導体層を以下の順に成長させる。まず、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層１０３を１．５μｍの膜厚で成長させる。続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層の膜厚は２〜３０μｍであればよい。
次にシランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を３０００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層を３００オングストロームの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアンドープＧａＮ層を５０オングストロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚３３５０オングストロームとする。以上を第２導電型の窒化物半導体層とする。
次に、同様の温度で、アンドープＧａＮ層を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ層を２０オングストローム成長させる。これらの操作を繰り返し、交互に１０層ずつ積層させ、最後にＧａＮ層を４０オングストローム成長させて形成される超格子構造層を６４０オングストロームの膜厚で成長させる。
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を５層、井戸層を４層、交互に積層して、総膜厚１１２０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させる。なお、活性層と、活性層の下（基板側）に積層されているｎ側第２多層膜とはいずれも、ＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層の積層体によって形成されているが、活性層に含まれるＩｎＧａＮ層の組成がＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎである。
（第１導電型の窒化物半導体層）
次に、温度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し、交互に５層ずつ積層し、最後に前記ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜を３６５オングストロームの膜厚で成長させる。
続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１２００オングストロームの膜厚で成長させる。
反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
アニーリング後、ウェハを反応容器から取り出し、第１の電極としてｐ型電極を形成する。ｐ型電極にはＲｈを２０００Åで成膜する。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、第２絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成する。その後、導電層５を形成するために密着層、バリア層、共晶層をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成する。
他方、支持基板１１を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ１５％、Ｗ８５％から成る支持基板の表面に導電層をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
次に前記第１の電極であるｐ型電極及び第２絶縁性の保護膜上に形成された導電層５と支持基板の金属膜形成面とを貼り合わせる。ヒーター設定温度を２８０℃としてプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。その後、研削によってサファイア基板を除去後、露出した後、第２導電型の窒化物半導体層の露出面であるｎ型コンタクト層を研磨して面荒れを無くす。
次にＲＩＥ装置により、ＳｉＯ２マスクでＧａＮをチップ状に分離を行う。次に前記ｎ型コンタクト層上に第２の電極６であるｎ型電極をＴｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。その後、支持基板を１００μｍまで研磨した後、支持基板の裏面にＴｉ−Ｐｔ−Ａｕを１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した後、ダイシングを行う。以上より得られるＬＥＤ素子はサイズが１ｍｍ×１ｍｍであって、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光を示し、出力４ｍＷ、Ｖｆは２．９Ｖである。
［実施例２］
実施例１において、第１の電極であるｐ型電極をＡｇで形成する。前記ｐ型電極の膜厚は２０００Åであって、他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＥＤ素子は出力６ｍＷ、Ｖｆは３．３Ｖである。
［実施例３］
実施例１において、膜厚が２００μｍであってＣｕ５０％、Ｍｏ５０％から成る支持基板を用いる。その他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＥＤ素子は出力４ｍＷ、Ｖｆは２．９Ｖである。
［実施例４］
前記実施例１において、ｎ型電極を形成後、露出しているｎ型コンタクト層の表面にストライプ形状で凹凸形成を行う。凹部の深さは１．５μｍとし、凹部幅を３μｍ、凸部幅を３μｍとする。その他の条件は同様とする。このディンプル加工により、順方向電流２０ｍＡにおいて出力５．４ｍＷ、Ｖｆは３．１８Ｖである。順方向電流１００ｍＡにおいて出力２１．３ｍＷ、Ｖｆが３．４４であった。
［実施例５］
前記実施例１において、ｎ型電極を形成後、露出しているｎ型コンタクト層の表面に凹凸形成を行う。凸部の平面形状を六角形とする。凸部幅は８μｍ、凹部幅は２μｍ、凹部の深さが１．５μｍで形成をする。その他の条件は同様とする。このディンプル加工により、順方向電流２０ｍＡにおいて出力６ｍＷ、Ｖｆは３．２９Ｖである。また順方向電流２０ｍＡにおいて出力２３．４ｍＷ、Ｖｆが３．５２であった。
［実施例６］
前記実施例１において、ｎ型電極を形成後、露出しているｎ型コンタクト層の表面に凹凸形成を行う。凹部を抜き取り、該凹部の平面形状を六角形とする。凸部幅は２μｍ、凹部幅は８μｍ、凹部の深さが１．５μｍで形成をする。その他の条件は同様とする。このディンプル加工により、順方向電流２０ｍＡにおいて出力６．１ｍＷ、Ｖｆは３．１Ｖである。また順方向電流２０ｍＡにおいて出力２４．７ｍＷ、Ｖｆが３．４１であった。
［実施例７］
実施例１において、ｐ型電極の開口部であって窒化物半導体の露出面に第１絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成する。さらに、該絶縁膜上には反射膜であるＡｌを５００Åで形成する。
さらに、ｎ型電極である第２の電極を形成後、第２絶縁性の保護膜をＺｒＯ２（屈折率２．２）で膜厚１．５μｍで成膜する。さらに該保護膜を３μｍ間隔で凹凸形成する。凸部の平面形状は円形であって、凹部の深さは１．０μｍとする。その後、支持基板を１００μｍまで研磨した後、ダイシングを行うことでＬＥＤ素子とする。以上より得られるＬＥＤ素子はサイズが１ｍｍ×１ｍｍであって、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光を示し、出力６ｍＷ、Ｖｆは２．９Ｖである。また、本実施例のＬＥＤ素子は光取り出し効率は保護膜に凹凸がないものと比べて１．５倍となる。
［実施例８］
実施例７において、保護膜ＺｒＯ２の凸部をテーパー角６０°形状とする。その他の条件は同様とする。出力、Ｖｆともに同等の特性が得られる。また、本実施例のＬＥＤ素子は光取り出し効率は保護膜に凹凸がないものと比べて１．５倍となる。
［実施例９］
実施例７において、第２絶縁性の保護膜をＮｂ２Ｏ５（屈折率２．４）で膜厚１．５μｍで成膜する。さらに該保護膜を３μｍ間隔で凹凸形成する。凸部の平面形状は円形であって、凹部の深さは１．０μｍとする。他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＥＤ素子は出力、Ｖｆともに同等の特性が得られる。また、本実施例のＬＥＤ素子は光取り出し効率は保護膜Ｎｂ２Ｏ５に凹凸がないものと比べて１．５倍以上となる。
［実施例１０］
実施例７において、第２絶縁性の保護膜をＴｉＯ２（屈折率２．７）で膜厚１．５μｍで成膜する。さらに該保護膜を３μｍ間隔で凹凸形成する。凸部の平面形状は円形であって、凹部の深さは１．０μｍとする。他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＥＤ素子は出力、Ｖｆともに同等の特性が得られる。また、本実施例のＬＥＤ素子は光取り出し効率は保護膜ＴｉＯ２に凹凸がないものと比べて１．５倍以上となる。
［実施例１１］
異種基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。バッファ層：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。高温成長層：バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるｎ型クラッド層５を３μｍの膜厚で形成した。
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎよりなる井戸層を、障壁層▲１▼／井戸層▲１▼／障壁層▲２▼／井戸層▲２▼／障壁層▲３▼の順に積層した。この時、障壁層▲１▼を２００Å、障壁層▲２▼と▲３▼を４０Å、井戸層▲１▼と▲２▼を７０Åの膜厚で形成した。活性層は、総膜厚約４２０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を６００Åの膜厚で成長させた。続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成して第１の電極であるｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に第１絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
次に、ｐ電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を導電層として、膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成した。ここで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は密着性を向上させる役割を果たす。
一方、支持基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る支持基板側の導電層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
次に、導電層の形成面を対向させた状態で、窒化物半導体素子と支持基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、導電層は互いに拡散させて共晶を形成させた。その後、研削によってサファイア基板を除去した後、露出したバッファ層または高温成長層を研磨して、さらにｎ型クラッド層のＡｌＧａＮ層が露出するまで研磨して、面荒れを無くした。
次に、ｎ型クラッド層の表面をポリッシングした後、ｎ型クラッド層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成して第２の電極であるｎ電極とした。その後、支持基板を１００μｍまで研磨した後、支持基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３７３ｎｍの紫外発光を示し、出力は４．２ｍＷ、Ｖｆは３．４７Ｖであった。
［実施例１２］
異種基板の除去に際し、研磨法に代えてレーザ照射法を用いた以外は、実施例１１と同様の条件により行った。
サファイヤ基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板を除去した。
得られたＬＥＤ素子は、順方向電圧２０ｍＡにおいて、発光ピーク波長が３７３ｎｍであり、Ｖｆは３．４７Ｖ、発光出力は４．２ｍＷであった。さらに、実施例１と比較して、サファイア基板を研磨する必要がないので、製造に要する時間を大幅に短縮することができた。従来の素子に比べ、発光出力が大きく向上した。
［実施例１３］
実施例１１と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。
これにより、白色を呈し、自己吸収が少なく、変換効率の高い窒化物半導体発光素子が得られた。
［実施例１４］
実施例１３と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として形成した。
これにより、白色を呈する窒化物半導体素子が複数個配列し、大面積で白色発光する窒化物半導体発光装置ができた。これは、照明用の光源として利用可能である。
［実施例１５］
異種基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。バッファ層成長後、第２導電型の窒化物半導体層としてＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる井戸層を、障壁層▲１▼／井戸層▲１▼／障壁層▲２▼／井戸層▲２▼／障壁層▲３▼／井戸層▲３▼／障壁層▲４▼の順に積層した。この時、障壁層▲１▼と▲２▼と▲３▼と▲４▼をそれぞれ３７０Å、井戸層▲１▼と▲２▼と▲３▼をそれぞれ８０Åの膜厚で形成した。障壁層▲４▼のみアンドープとした。活性層は、総膜厚約１７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
次に、第１導電型の窒化物半導体層を形成する。水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を３７０Åの膜厚で成長させた。続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、第１導電型の窒化物半導体層の最表面である前記Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ層上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に第１絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
一方、支持基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る基板を用い、その表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＰｄから成る支持基板側の導電層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
次に、導電層同士を対向させた状態で、窒化物半導体素子と支持基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、導電層を互いに拡散させて共晶を形成させた。
次に、支持基板を接合した後、サファイヤ基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板を除去した。さらに、ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎより成るｎ型クラッド層の残り膜厚が２．２μｍ程度になるまで研磨して面荒れを無くした。
次に、前記ｎ型クラッド層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕから成る多層電極を形成してｎ電極とした。その後、支持基板を１００μｍまで研磨した後、支持基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕから成る多層膜を２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。ｎ電極とｐ電極は、それぞれの半導体層表面の全面に亘って格子状に形成した。この時、格子間の開口部がｎ側とｐ側で互いに重ならないように、互い違いに形成した。
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は２．４ｍＷ、Ｖｆは３．６Ｖであった。
［実施例１６］
本実施例は、青色ＬＥＤ素子に関するものである。
異種基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉが１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を５μｍの膜厚で成長させた。次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層５を４００Åの膜厚で形成した。
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＧａＮよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎＧａＮよりなる井戸層を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順に積層した。このとき、障壁層を２００Å、井戸層を５０Åの膜厚で形成した。活性層は、総膜厚約７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を６００Åの膜厚で成長させた。続いてクラッド層上にＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．１５μｍの膜厚で成長させた。
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に第１絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
次に、ｐ電極の上に、導電層としてＮｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成した。ここでで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２の共晶形成層との密着性を向上させる役割を果たす。
一方、支持基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る基板を用い、その基板表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る支持基板側の導電層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
次に、窒化物半導体素子と支持基板とを導電層同士、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、導電層は金属が互いに拡散させて共晶を形成する。
次に、導電性基板を接合した接合用積層体について、サファイア基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層の窒化物半導体を分解して、サファイア基板を除去した。さらにｎ型コンタクト層が露出するまで研磨して面荒れを無くした。
次に、ｎ型コンタクト層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成して第２の電極であるｎ電極とした。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光を呈した。
［実施例１７］
実施例１６と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。これにより、白色を呈する窒化物半導体発光素子が得られた。
［実施例１８］
実施例１７と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として形成した。
これにより、白色を呈する窒化物半導体素子が複数個配列し、大面積で白色発光する窒化物半導体発光装置ができた。これは、照明用光源として利用可能である。
［実施例１９］
異種基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層を約２００Åの膜厚で成長させた。バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
高温成長層成長後、さらに同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、組成傾斜ＡｌＧａＮ層を０．４μｍの膜厚で成長させた。この組成傾斜層は、高温成長層とｎ型クラッド層との格子不整合を緩和させるためのもので、アンドープのＧａＮからＳｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３ＮまでＡｌの混晶比とＳｉのドープ量とを徐々に大きくして形成した。
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる井戸層を、障壁層▲１▼／井戸層▲１▼／障壁層▲２▼／井戸層▲２▼／障壁層▲３▼／井戸層▲３▼／障壁層▲４▼の順に積層した。この時、障壁層▲１▼と▲２▼と▲３▼と▲４▼をそれぞれ２００Å、井戸層▲１▼と▲２▼と▲３▼をそれぞれ６０Åの膜厚で形成した。障壁層▲４▼のみアンドープとした。
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３８Ｇａ０．６２Ｎよりなるｐ型クラッド層７を２７０Åの膜厚で成長させた。続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを４×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
一方、支持基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ１５％とＷ８５％の複合体から成る基板を用い、その基板表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＰｄから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
次に、窒化物半導体層と支持基板との導電層同士を、ヒータ温度を２３０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、導電層は金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
次に、サファイヤ基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板を除去した。さらに、下地層と高温成長層と組成傾斜層と、さらにはｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎより成るｎ型クラッド層の残り膜厚が２．２μｍ程度になるまで研磨して面荒れを無くした。
次に、ｎ型コンタクト層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕから成る多層電極を形成して第２の電極であるｎ電極とした。ｎ電極は、光取り出し効率を考慮して、全面に形成せず、開口率が７０％となるように形成した。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕから成る多層膜を２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。ｎ電極とｐ電極は、それぞれの半導体層表面の全面に亘って格子状に形成した。この時、格子間の開口部がｎ側とｐ側で互いに重ならないように、互い違いに形成した。
この素子は、室温でパルス電流５００ｍＡ（パルス幅２μｓｅｃ、デューティー１％）において、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は１１８ｍＷ、駆動電圧４．９Ｖ、外部量子効率６．９％で、さらに室温で直流電流５００ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は１００ｍＷ、駆動電圧４．６Ｖ、外部量子効率５．９％であった。
［実施例２０］
サファイア基板上に窒化物半導体を成長させ、７００℃でアニーリングをする。その後、窒化物半導体の表面をＲＩＥにより４．５μｍの深さでエッチングする。その後、第１の電極（ｐ側電極）を材料Ｎｉ−Ａｕで膜厚８０Å−１００Åで形成する。その後、酸素を含む雰囲気中で６００℃で熱処理する。
次に、第２の基板であるＣｕ−Ｗ基板（Ｃｕ１５％）を用意し前記窒化物半導体素子の第１の電極形成面とエポキシのシートで１５０℃で熱圧着する。次に、サファイア基板の裏面を鏡面研磨し、更にサファイア基板の裏面よりエキシマレーザを照射し窒化物半導体からサファイア基板を分離する。その後、ＣＭＰによりＳｉドープのＧａＮ面を露出させる。次に、露出した前記ＧａＮ面上にレジストでメッシュ状のパターンを形成し、ＲＩＥによりＧａＮを１μｍの深さでエッチングをする。ＧａＮの平面形状は凸部を５μｍ間隔で６角形の網目状とする。
その後、前記窒化物半導体のエッチング表面をＢＨＦで表面処理を行った後、Ａｌ−Ｐｔ−Ｓｎよりなる第２の電極（ｎ側電極）６を２０００Å−２０００Å−３００００Åの厚さでＧａＮ側から形成する。また支持基板となるＣｕＷ（Ｃｕ１５％）基板を用意し、共晶層７であるＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄを２０００Å−２０００Å−１５０００Åの厚さで形成する。その後、前記第２の基板を有する窒化物半導体と前記支持基板とを２５０℃で熱圧着させる。
更に、前記支持基板を貼り合わせた窒化物半導体を煮沸アセトン溶液中に入れる。その後、接着層４であるエポキシシートから第２の基板を分離する。以上より、支持基板上に窒化物半導体層を形成する。
次に、ＳｉＯ２よりなる保護膜９をパット電極形成領域を除いて第２の電極（ｐ側電極）上に形成する。前記パット電極形成領域にＮｉ−Ａｕよりなるパット電極１０を１０００Å−６０００Åの厚さで形成する。
その後、支持基板８を１００μｍまで研磨した後、ダイシングを行うことでＬＥＤ素子とする。以上より得られるＬＥＤ素子はサイズが１ｍｍ×１ｍｍであって、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光を示し、出力６ｍＷ以上、Ｖｆは２．９Ｖである。また、本実施例のＬＥＤ素子は光取り出し効率は窒化物半導体層内に凹凸段差を有さないＬＥＤ素子と比較して光取り出し効率は１．５倍以上となる。
［実施例２１］
前記実施例２０において、窒化物半導体２に紫外発光ＬＥＤ素子を形成する。その他の条件は実施例２０と同様にする。以下に窒化物半導体２の条件を示す。
バッファ層をＧａＮで膜厚２００Å、アンドープＧａＮ層を膜厚５μｍ、ｎ型クラッド層を膜厚４００ÅでＳｉドープＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ（Ｓｉのドープ量：５×１０１７／ｃｍ３）、活性層を膜厚２００ÅのＳｉドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ／膜厚７０ÅのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎ／膜厚４０ÅのＳｉドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ／膜厚７０ÅのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎ／膜厚４０ÅのＳｉドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎを合計膜厚４２０Åで形成する。次に、ｐ型クラッド層を膜厚６００ÅでＭｇドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ、ｐ型コンタクト層を膜厚０．１μｍでＭｇドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ（Ｍｇのドープ量：１×１０１９／ｃｍ３）、膜厚０．０２μｍでＭｇドープＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｍｇのドープ量：２×１０２１／ｃｍ３）で形成する。
以上より得られるＬＥＤ素子はサイズ１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３７３ｎｍの紫外発光を示し、出力４．２ｍＷ、Ｖｆは３．５Ｖとなる。
［実施例２２］
前記実施例２０において、第２の電極にＲｈを用いる。該第２の電極は６角形の網目状であって、網目状の間隔は５μｍとし、また膜厚を２０００Åとする。その他の条件は実施例２０と同様にする。以上より得られるＬＥＤ素子は実施例１と同程度の特性を示す。
［実施例２３］
前記支持基板を絶縁性のＡｌＮ基板とし、同一面に両電極を形成する（図１７）。その他の条件は実施例２３と同様にする。以上より得られるＬＥＤ素子は順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光を示し、出力５ｍＷ以上、Ｖｆは３．０Ｖである。
［実施例２４］
前記実施例１において、ＬＥＤ素子を導電性ワイヤーにて外部電極とＬＥＤ素子との電気的導通を図った後、以下の方法によりＬＥＤ素子の上に蛍光物質を含有したコーティング層を形成する。
▲１▼まず、ＬＥＤ素子の電極上にレジストあるいはポリイミドによる膜を形成する。▲２▼次に、上述したように、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とエチルシリケートの加水分解溶液と高沸点溶媒との混合溶液を調整し、蛍光体が均一に分散するように撹拌して塗布液を調整する。▲３▼上述したスプレーコーティング方法により、支持基板上および保護膜を形成した部分を除くＬＥＤ素子の上面および側面上に塗布液を付着させる。▲４▼１５０℃の温度で３０分間乾燥させることにより一次硬化を行い膜厚数十μｍの層を形成する。▲５▼形成された層上に蛍光体を含まないエチルシリケートの加水分解溶液を含浸させる。▲６▼最後に、レジストあるいはポリイミドによる膜を除去し、２４０℃の温度で３０分間乾燥させることにより二次硬化を行う。以上▲１▼から▲６▼の工程により、総膜厚が５〜１０μｍである窒化物系半導体層の少なくとも露出面上にある連続した層であり、且つ、ＬＥＤ素子の電極上を除く素子の上面、側面および角の上に配置され、ほぼ均一な膜厚２０〜３０μｍのコーティング層１４が形成された。
本実施例にかかる発光装置は、青色から紫外線領域の光を出光する発光素子を共に使用しても劣化しない無機物を材料として蛍光体を発光素子の上に固着しており、長時間使用しても発光色のバラツキの少ない発光装置を提供できる。また、少なくとも発光素子の発光観測面をほぼ均一な膜厚で覆うコーティング層１４を形成することにより、本実施例に係る発光装置は、発光観測方向が異なっても、色温度の変化が少ない発光装置とすることが可能である。さらに、発光素子からの発光が観測される全ての面に蛍光体を含有するコーティング層が形成され、支持基板を光が透過することはないため、従来のサファイア基板を使用した発光素子と比較して、蛍光体により波長変換された光の取り出し効率が向上した。また、熱伝導性の良い支持基板を使用することにより、従来のサファイア基板を使用した発光素子と比較して、放熱性が向上した。
［実施例２５］
実施例２４と同様に調製した塗布液、あるいはセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体をシリコーン樹脂に含有させた材料を用いたスクリーン印刷によりコーティング層を形成させた。ここで、蛍光体をシリコーン樹脂に含有させた材料を使用する場合は、温度１５０℃１時間の条件のもとで硬化を行った。こうして出来上がった半導体ウエハーを、スクライブラインを引いた後、ダイシングにより分割させ発光素子としてＬＥＤチップを形成させた。
このように、ウェハ状態のときに蛍光体を含むコーティング層１４を形成することにより、金属パッケージ等にＬＥＤチップを載置して発光装置を形成する前段階、即ち蛍光体を含むコーティング層が形成されたＬＥＤチップの段階で発光色の検査および選別を行うことが可能であるため、発光装置の製品歩留まりが向上する。また、本実施例に係るＬＥＤチップは、上記コーティング層１４を形成したＬＥＤチップに対する発光観測方向が異なっても、色温度の変化が少ない発光素子とすることが可能である。
［実施例２６］
実施例２４において、窒化物半導体素子の露出表面に、メサ型あるいは逆メサ型、そして、平面形状は島状、格子状、矩形状、円状あるいは多角形状とすることができる。このようなディンプル加工を行った露出面および半導体層の側面に対して、実施例２５と同様にコーティング層を形成する。前記コーティング層の厚みは、前記発光素子の上面、側面および角の上においてほぼ等しいことが好ましい。
このように形成することにより、発光素子からの光の取り出し効率を向上させ、また、長時間使用しても発光色のバラツキの少ない発光装置を提供できる。
［実施例２７］
実施例１９において、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を形成した後、ｐ電極の上に、Ｒｈ−Ｉｒ−Ｐｔから成る共晶形成層を形成する。その他の条件は実施例２０と同様にする。以上により得られるＬＥＤ素子は実施例１と同程度の特性を示す。
［実施例２８］
実施例１９において、ｎ型クラッド層を次のようにする他は同様にしてＬＥＤを作成する。
１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｎ型クラッド層を１．７μｍの膜厚で形成し、さらにその上に、Ｓｉを２×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｎ型クラッド層を０．８μｍの膜厚で形成し、第１のｎ型クラッド層と第２のｎ型クラッド層とでもって、ｎ型クラッド層とした。
これによって得られたＬＥＤ素子は、実施例１９よりも駆動電圧が０．３Ｖ程度下がり、また長時間発光でも素子劣化は小さかった。
［実施例２９］
サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を５１０℃で約２００Åの膜厚で成長させた。次に温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
（第２導電型の窒化物半導体層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層を４００Åの膜厚で形成した。
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎよりなる井戸層を、障壁層▲１▼／井戸層▲１▼／障壁層▲２▼／井戸層▲２▼／障壁層▲３▼の順に積層した。この時、障壁層▲１▼を２００Å、障壁層▲２▼と▲３▼を４０Å、井戸層▲１▼と▲２▼を７０Åの膜厚で形成した。活性層は、総膜厚約４２０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
（第１導電型の窒化物半導体層）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を６００Åの膜厚で成長させた。続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
次に、ｐ電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの導電層５を、膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成した。ここでで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は支持基板側の導電層１２との密着性を向上させる役割を果たす。
他方、支持基板１１として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る導電層１２を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
次に、前記導電層同士を対向させた状態で、窒化物半導体素子と支持基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、導電層は互いに拡散させて共晶を形成させた。
次に、研削によってサファイア基板を除去した後、露出したバッファ層または高温成長層を研磨して、さらにｎ型クラッド層のＡｌＧａＮ層が露出するまで研磨して、面荒れを無くした。
次に、ｎ型コンタクト層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極（ｎ電極）を、膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成してｎ電極とした。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３７３ｎｍの紫外発光を示し、出力は４．２ｍＷ、Ｖｆは３．４７Ｖであった。
［実施例３０］
実施例２９と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。
これにより、白色を呈し、自己吸収が少なく、変換効率の高い窒化物半導体発光素子が得られた。
［実施例３１］
実施例２９と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として形成した。
これにより、白色を呈する窒化物半導体素子が複数個配列し、大面積で白色発光する窒化物半導体発光装置ができた。これは、照明用の光源として利用可能である。
［実施例３２］
サファイヤ（Ｃ面）よりなる異種基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
（第１導電型の窒化物半導体層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
（活性層）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を、障壁層▲１▼／井戸層▲１▼／障壁層▲２▼／井戸層▲２▼／障壁層▲３▼／井戸層▲３▼／障壁層▲４▼の順に積層した。この時、障壁層▲１▼と▲２▼と▲３▼と▲４▼をそれぞれ３７０Å、井戸層▲１▼と▲２▼と▲３▼をそれぞれ８０Åの膜厚で形成した。障壁層▲４▼のみアンドープとした。活性層は、総膜厚約１７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
（第２導電型の窒化物半導体層）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を３７０Åの膜厚で成長させた。
続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。次に、ｐ電極の上に、導電層をＲｈ−Ｉｒ−Ｐｔから成る多層膜で形成した。
一方、支持基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＰｄから成る支持基板側の導電層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
次に、導電層同士を対向させた状態で、窒化物半導体素子と支持基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、導電層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
支持基板を接合した接合用積層体について、サファイヤ基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板を除去した。さらに、下地層と高温成長層と、さらにはｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎより成るｎ型クラッド層の残り膜厚が２．２μｍ程度になるまで研磨して面荒れを無くした。
次に、ｎ型コンタクト層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕから成る多層電極を形成してｎ電極とした。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕから成る多層膜を２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。ｎ電極とｐ電極は、それぞれの半導体層表面の全面に亘って格子状に形成した。この時、格子間の開口部がｎ側とｐ側で互いに重ならないように、互い違いに形成した。
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は２．４ｍＷ、Ｖｆは３．６Ｖであった。
（実施例３３）
実施例１において得られた半導体発光装置を用いて、ヒートシンク（パッケージ）の開口部底面に前記半導体発光装置をエポキシ樹脂にてダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合部材は特に限定されず、Ａｕ−Ｓｎ合金や導電性材料が含有された樹脂やガラス等を用いることができる。含有される導電性材料はＡｇが好ましく、含有量が８０％〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。次に、ダイボンドされた半導体発光装置の各電極と、パッケージ開口部底面から露出された各リード電極とをそれぞれＡｕワイヤにて電気的導通を取る（図２０）。
次に、フェニルメチル系シリコーン樹脂組成物１００ｗｔ％（屈折率１．５３）に対して、拡散剤として平均粒径１．０μｍ、吸油量７０ｍｌ／１００ｇである軽質炭酸カルシウム（屈折率１．６２）を３ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。
こうして得られた硬化性組成物を前記パッケージ開口部内に、前記開口部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、７０℃×３時間、及び１５０℃×１時間熱処理を施す。これにより、前記開口部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称の放物線状に凹みを有する発光面が得られる。また、前記硬化性組成物の硬化物からなる封止部材は、前記拡散剤の含有量の多い第一の層と、前記第一の層より前記拡散剤の含有量の少ないもしくは含有していない第二の層との２層に分離しており、前記半導体発光装置の表面は前記第一の層にて被覆されている。これにより、前記半導体発光装置から発光される光を効率良く外部へ取り出すことができると共に良好な光の均一性が得られる。前記第一の層は、前記開口部の底面から前記半導体発光装置の表面にかけて連続して形成されていることが好ましく、これにより、発光面の形状を滑らかな開口部とすることができる。
本実施例にかかる発光デバイスは、発光素子からの出光を無駄なく主面側から出光させることができ、従来と比較して薄型化しつつ導光板の光入射面に対して広範囲に光を入射させることができる。
（実施例３４）
実施例３３において、封止部材中に蛍光物質を含有させる以外は、同様にして発光でデバイスを形成する。
蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。
蛍光体を含有させることにより、半導体発光装置からの光と、該発光装置の光の一部が蛍光体により波長変換された光との混色光が得られる発光デバイスとすることができる。
（実施例３５）
実施例１９で得られた半導体発光装置を前記実施例３３と同様の条件で発光デバイスを形成する。本実施例にかかる発光デバイスは、発光素子からの出光を無駄なく主面側から出光させることができ、従来と比較して薄型化しつつ導光板の光入射面に対して広範囲に光を入射させることができる。
以上に示すように、本発明では電圧を上げることなく光取り出し効率を大幅に上げることができる。対向電極構造であり、支持基板の選択により放熱性が向上することで寿命特性も向上する。支持基板に導電性基板を用いることで１ワイヤー構造ができる。さらに、導電性の支持基板を用い、リードフレームなどのパッケージに導電性材料でダイボンディングすることで導通が可能となるため第１の電極にパッド電極が不用となり発光面積が大きくなる。上記に示すように、フェイスダウン構造（ｎ側が表面）を取るため光の取り出し効率が良くなる。また、対向電極構造であるため大口径化が可能となる。凹凸段差を有し、且つ段差界面にアルミニウムを有することで光を高反射させ、光取り出し効率が向上する。
本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、剥離の際の窒化物半導体層の欠けや割れの少なく、放熱性に優れた窒化物半導体素子を提供することが可能となる。
また、本発明の窒化物半導体素子は、活性層からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層を有しているので、様々な波長の光を発光することができる。特にＹＡＧを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源に好適である。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る支持基板を有する窒化物半導体素子及びその製造方法は、ＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子、太陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスやこれらを用いたフルカラーディスプレイや信号表示機、イメージスキャナー、光ディスク用光源等大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、印刷機器、照明用光源等に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の製造工程を説明する模式断面図である。
図２は、本発明の製造工程を説明する模式断面図である。
図３は、本発明の一実施形態を説明する模式断面図、斜視図である。
図４は、本発明の一実施形態を説明する模式断面図である。
図５は、本発明の一実施形態を説明する模式断面図である。
図６は、本発明の一実施形態を説明する平面図である。
図７は、本発明の一実施形態を説明する平面図である。
図８は、本発明の一実施形態を説明する平面図である。
図９は、本発明の一実施形態を説明する平面図である。
図１０は、本発明の一実施形態を説明する平面図である。
図１１は、本発明の一実施形態を説明する模式断面図、平面図である。
図１２は、本発明の一実施形態を説明する模式断面図、平面図である。
図１３は、本発明の製造工程を説明する模式断面図である。
図１４は、本発明の製造工程を説明する模式断面図である。
図１５は、本発明の一実施形態を説明する平面図である。
図１６は、本発明の一実施形態を説明する平面図である。
図１７は、本発明の一実施形態を説明する平面図である
図１８は、本発明の一実施形態における電流出力特性を比較例と共に示したグラフである。
図１９は、本発明の発光デバイスを説明する斜視図、平面図、模式断面図である。
図２０は、本発明の発光デバイスを説明する斜視図、平面図、模式断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【国際調査報告】
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