(57)【要約】【課題】発光素子の発光効率と信頼性を向上させる。【解決手段】ｐ−型窒化物半導体層３０と、該ｐ−型窒化物半導体層３０上に位置する発光層２０と、該発光層２０上に位置するｎ−型窒化物半導体層１０と、該ｎ−型窒化物半導体層１０上に位置するエッチング障壁層４０と、該エッチング障壁層４０上に位置する光抽出構造５０と、を含んで構成され、前記エッチング障壁層４０は、前記ｎ−型窒化物半導体層１０よりも大きいエネルギーバンドギャップを有し、前記エッチング障壁層４０の少なくとも一部が前記光抽出構造５０と接している。【選択図】図４
2015039003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１伝導性半導体層と、
該第１伝導性半導体層上に位置する発光層と、
該発光層上に位置する第２伝導性半導体層と、
該第２伝導性半導体層上に位置する窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層上に位置する光抽出構造と、
を含んで構成され、
前記窒化物半導体層は、前記第２伝導性半導体層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有し、前記窒化物半導体層の少なくとも一部が前記光抽出構造と接している、
ことを特徴とする、光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項２】
前記光抽出構造は、前記光抽出構造の上面から前記窒化物半導体層の上面までの深さを有することを特徴とする請求項１に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項３】
前記光抽出構造は、前記窒化物半導体層上に形成されたエッチングパターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項４】
前記第１伝導性半導体層は、ｐ型半導体層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項５】
前記第１伝導性半導体層は、支持層上に位置していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項６】
前記支持層は、金属基板又は伝導性半導体基板であることを特徴とする請求項５に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項７】
前記窒化物半導体層は、異なるエネルギーバンドギャップを有する層を交互に配置した少なくとも２枚の層を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項８】
元の請求項３
前記窒化物半導体層は、第１層及び第２層を含んだ量子井戸構造を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項９】
前記第１の層は、前記第２伝導性半導体層よりもエネルギーバンドギャップの大きい物質を含んで形成され、
前記第２の層は、前記第２伝導性半導体層とエネルギーバンドギャップが等しいか又は小さい物質を含んで形成されている、
ことを特徴とする請求項８に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項１０】
前記第２層は、ナノメートル級の厚さで形成されたことを特徴とする請求項９に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項１１】
前記光抽出構造は、前記第２伝導性半導体層の物質から形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項１２】
前記窒化物半導体層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層（０≦ｘ、ｙ≦１）であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項１３】
前記光抽出構造は、前記第２伝導性半導体層の表面で行われた光電化学エッチングにより形成されたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項１４】
前記窒化物半導体層は、光電化学エッチングに用いられた光子エネルギーよりも大きいエネルギーバンドギャップを有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直型発光素子に係り、特に、発光素子の発光効率と信頼性を向上させることができる垂直型発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、電流を光に変換する周知の半導体発光素子で、１９６２年、ＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤの商品化を皮切りに、ＧａＰ：Ｎ系物質の緑色ＬＥＤと共に、情報通信機器を含めた電磁装置の表示画像用光源として用いられてきた。このようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤ製造に使われる半導体材料による。これは、放出される光の波長が、価電子帯（valence band）の電子と伝導帯（conduction band）の電子との間のエネルギー差を表す半導体材料のバンドギャップ（band-gap）によるためである。
【０００３】
窒化ガリウム化合物半導体（Gallium Nitride：ＧａＮ）は、高い熱的安全性と幅広いバンドギャップ（０．８〜６．２ｅＶ）を持っており、ＬＥＤを含めた高出力電子部品素子の開発分野で注目を集めてきた。その理由の一つに、ＧａＮが、他の元素（インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）等）と組み合わせることで、緑色、青色、白色の光を放出する半導体層を製造できる、ということが挙げられる。このように放出波長を調節できるということは、特定装置特性に合わせて材料を用いることができるということで、例えば、ＧａＮを用いて、光記録に有益な青色ＬＥＤや、白熱灯に取って代わる白色ＬＥＤを作ることができる。
【０００４】
このようなＧａＮ系物質の利点から、ＧａＮ系物質のＬＥＤ市場が急速に成長している。すなわち、１９９４年に商業的に導入されて以来、ＧａＮ系物質の光電子装置技術も急激に発達してきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようなＧａＮ系物質を用いたＬＥＤの輝度または出力は、大きく分けて、活性層の構造、光を外部へ抽出できる光抽出効率、ＬＥＤチップの大きさ、ランプパッケージ組み立て時のモールド（mold）の種類及び角度、蛍光物質などによって左右される。
【０００６】
本発明は、この点に注目したもので、その目的は、均一な深さを持つ光抽出構造を形成することによって、素子の効率と信頼性を向上させた垂直型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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、第１伝導性半導体層と、該第１伝導性半導体層上に位置する発光層と、該発光層上に位置する第２伝導性半導体層と、該第２伝導性半導体層上に位置する窒化物半導体層と、該窒化物半導体層上に位置する光抽出構造と、を含んで構成され、前記窒化物半導体層は、前記第２伝導性半導体層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有し、前記窒化物半導体層の少なくとも一部が前記光抽出構造と接している光抽出構造を備えた垂直型発光素子を提案する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＧａＮ系物質半導体層のエッチング時にエッチングの深さを正確に制御でき、素子表面全域に亘って均一なエッチング深さを確保することが可能になる。すなわち、デザインされたエッチング深さ位置にエッチング障壁層を備えることによって、正確にエッチング深さを制御できるという効果が得られる。さらに、薄膜の結晶欠陥の不均一な分布に起因して、ある部分は深くエッチングされ、ある部分は浅くエッチングされるといった、エッチング深さの不均一性を解消できる。
【０００９】
その結果、本発明によるエッチング障壁層を有する垂直型発光素子は、素子の作動時に電流が均一に分散して発光層に注入されるので、発光効率の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の水平型発光素子の一例を示す断面図である。
【図２】従来の垂直型発光素子の一例を示す断面図である。
【図３】従来の光抽出構造を持つ垂直型発光素子の一例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る垂直型発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る垂直型発光素子の製造過程を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図７】本発明の他の実施形態に係るエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図８】本発明に係る光電化学エッチングを説明する電子顕微鏡写真である。
【図９】本発明に係る光電化学エッチングを説明する電子顕微鏡写真である。
【図１０】本発明に係る光電化学エッチングを説明する電子顕微鏡写真である。
【図１１】本発明に係る光電化学エッチングを説明する電子顕微鏡写真である。
【図１２】光電化学エッチングのバンド選択性を示すエネルギーバンドダイヤグラムである。
【図１３】伝導性による表面のエネルギーバンド構造を示すダイヤグラムである。
【図１４】伝導性による表面のエネルギーバンド構造を示すダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
本発明が様々に修正及び変形されるのを許容する上で、その実施の形態を図面に基づいて例示し、その詳細を以下に説明する。ただし、これらの特定事項は本発明を限定するためのものではなく、よって、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の思想と合致するあらゆる修正、均等及び代用を含む。
【００１３】
図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の参照番号を付し、また、各層及び領域の寸法は、明瞭性のために誇張されている。なお、ここで説明される各例は、相補的な導電型の例を含む。
【００１４】
層、領域または基板のような要素が他の構成要素の“上（on）”に存在するという記載は、直接的に他の要素上に存在する、または、その間に中間要素が存在することもあるという意味として理解すれば良い。面のような構成要素の一部が‘内部（inner）’と表現される場合、これはその要素の他の部分よりも素子の外側からより遠く離れているという意味として理解すれば良い。なお、‘下（beneath）’または‘重複（overlay）’のような相対的な用語は、ここでは、図面に示すように、基板または基準層と関連して、ある層または領域と他の層または領域に対するある層または領域の関係を説明するために使用され得る。これらの用語は、図面に描写された方向に加えて素子の他の方向を含もうとする意図のためであることが理解できる。最後に、‘直接（directly）'という用語は、中間に介入する要素がないということを意味する。
【００１５】
ここで使用される‘及び／又は’という用語は、記載された関連項目のうちのいずれか１つまたはそれ以上のいずれかの組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。たとえば第１、第２などの用語が、様々な要素、成分、領域、層及び／又は地域を説明するために使用され得るが、それらの要素、成分、領域、層及び／又は地域は、そのような用語によって限定されてはならないということは明らかである。すなわち、これらの用語は、単に他の領域、層または地域からいずれかの要素、成分、領域、層または地域を区分するために使用されるものである。したがって、下記における第１領域、層または地域は、第２領域、層または地域という名称にもなり得る。
【００１６】
本実施形態は、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）系基板のような非導電性の基板上に形成された窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光素子で説明される。ただし、このような構造に本発明が限定されることはない。すなわち、導電性基板を含めた他の基板を使用することができる。例えば、ＧａＰ基板上のＡｌＧａＩｎＰダイオード、ＳｉＣ基板上のＧａＮダイオード、ＳｉＣ基板上のＳｉＣダイオード、サファイア基板上のＳｉＣダイオード及び／又はＧａＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＺｎＯ及び／又は他の基板上の窒化物系ダイオードなどの組み合わせを使用することができる。しかも、本発明において活性領域はダイオード領域の使用に限定されるわけではない。また、活性領域の他の形態が本発明の一部実施形態に使用されても良い。
【００１７】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系物質半導体の成長が他のIII−Ｖ族化合物半導体よりも難しい理由の一つには、高品質の基板、すなわち、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮなどの物質のウエハが存在しないことが挙げられる。したがって、サファイアのような異種基板上に発光素子構造を成長させることになり、このときに多くの欠陥が発生する恐れがあって、これらの欠陥は、発光素子性能に大きな影響を及ぼしてしまう。
【００１８】
このようなＧａＮ系物質の発光素子の基本構造では、図１に示すように、異種基板１上においてｎ−型半導体層２とｐ−型半導体層３との間に、量子井戸構造（quantum well）を持つ発光層４が配置される。そして、ｐ−型半導体層３と発光層４の一部がエッチングされ、ｎ−型半導体層２を露出させた後に、該露出したｎ−型半導体層２とｐ−型半導体層３とにそれぞれｎ−型電極５とｐ−型電極６を形成する。
【００１９】
しかしながら、このような基本素子構造は、次のような本質的な問題点を持っている。第一に、上述の如く、発光層４の一部がエッチングされるので、発光面積が減少してしまう。第二に、ｐ−型半導体層３の低い正孔濃度と低い正孔移動度によって、電流が效果的に均一に分散して注入されなくなる。第三に、異種基板１は、その熱伝導度が低いため、素子作動時に発生する熱を效果的に放出することができない。
【００２０】
かかる問題点を克服するために提案された構造が、図２に示すような垂直型（縦型）発光素子である。当該垂直型発光素子の構造は、ｎ−型半導体層２とｐ−型半導体層３との間に発光層４が配置され、ｐ−型半導体層３上には、オーミック電極７、反射層８及び支持層９が順に配置される。このような構造を形成した後の基板は除去され、この除去によって露出するｎ−型半導体層２に、ｎ−型電極５が形成される。また、支持層９上には金属パッド６ａを形成し得る。
【００２１】
このような垂直型発光素子は、上述の如く、ｎ−型半導体層２が基板の除去によって露出し、この露出した面にｎ−型電極５が形成されるので、発光面積が減少せず、また、基板が除去されるので、基板による問題が解消される。
【００２２】
このような垂直型発光素子の構造では、光抽出効率の向上のため一般的に、ｎ−型半導体層２の表面形状を制御する。その表面形状を制御する従来の方法には、素子を化学的エッチング溶液中に入れたのち紫外線を照射し、湿式エッチングを行う方法がある。このような方法をいわゆる光電化学（photo-electrochemical；ＰＥＣ）エッチングという。この従来の光電化学（光電気化学）エッチング法を用いて窒化物半導体垂直型発光素子を製造する場合、次のような現象が発生し得る。
【００２３】
すなわち、素子の表面層であるｎ−型半導体層２が化学的にエッチングされる時、図３に示すように、その表面形状は非常に不規則的になり、無秩序な高さや形状を有する円錐あるいはピラミッド形状の突出部２ａが分布する。このような不規則な表面化学エッチング特性は、以降、素子作動のために電流を注入する際に電流の不均一な注入特性を招き、素子の信頼性を低下させ、さらには素子性能の不均一性によって生産収率を減少させる可能性がある。
【００２４】
以下、このような垂直型発光素子における短所を改善できる実施形態について説明する。
【００２５】
図４に示すように、窒化物半導体垂直型発光素子の基本構造は、ｎ−型窒化物半導体層（第２伝導性半導体層）１０、窒化物多重量子井戸発光層２０及びｐ−型窒化物半導体層（第１伝導性半導体層）３０からなる。ｎ−型窒化物半導体層１０上には、化学的エッチング時にエッチングを阻止するエッチング障壁層（窒化物半導体層）４０が形成され、光電化学エッチング（photo-electrochemical etching）を行う時に、エッチング深さを效果的に均一に制御できる。
【００２６】
窒化物半導体垂直型発光素子は、光抽出効率の向上のため、基本的にｎ−型窒化物半導体層１０の表面を制御して光抽出構造５０を形成するが、光電化学エッチングは、紫外線を照射しながら化学的湿式エッチングをすることによって光抽出構造５０を形成する方法である。エッチング障壁層４０は、光抽出構造５０の形成のための化学的エッチングの進行をｎ−型窒化物半導体層１０内の一定深さで止めることによって、ｎ−型窒化物半導体層１０の表面から一定の深さまで均一にエッチングがなされるように制御する。すなわち、ｎ−型窒化物半導体層１０の外側面からエッチングが始まり、光抽出構造５０の形成が進行し、エッチング障壁層４０が位置する部分に至ると、エッチングが止まる。これにより、ｎ−型窒化物半導体層１０の外側面からエッチング障壁層４０に達する深さを持つ光抽出構造５０が形成されるわけである。
【００２７】
エッチング障壁層４０は、エネルギーバンドギャップが、エッチング障壁層４０の上層部、すなわち、エッチングが進行するｎ−型窒化物半導体層１０表面のエネルギーバンドギャップよりも大きい。また、エッチング障壁層４０のエネルギーバンドギャップは、光電化学エッチング時に用いられる紫外線の光子エネルギー（photon energy）よりも大きいという特徴を持つ。このようなエッチング障壁層４０の物質は、窒化アルミニウムであるインジウムガリウム（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ；０≦ｘ，ｙ≦１）とすれば良い。
【００２８】
ｎ−型窒化物半導体層１０またはｐ−型窒化物半導体層３０は、通常、窒化ガリウム（ＧａＮ）とすれば良く、特に、窒化物半導体層３０は、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌｖＩｎｗＧａ１−ｖ−ｗＮ；０≦ｖ，ｗ≦１）とすれば良い。
【００２９】
このような垂直型発光素子の基本構造は、第１電極６０と支持層７０の上に形成することができ、第１電極６０は、オーミック電極６１と反射電極６２とを含んだ構成とすることができる。ただし、これらオーミック電極６１と反射電極６２は、一つの層で構成しても良い。また、支持層７０は、金属基板または伝導性半導体基板とすれば良い。
【００３０】
光抽出構造５０上には、ｎ−型金属パッド１１を形成することができ、そして、支持層７０の外側面には、ｐ−型金属パッド３１を形成することができる。
【００３１】
以下、このような垂直型発光素子の製造工程を具体例で説明する。
【００３２】
図５に示すように、まず基板８０上に、エッチング障壁層４０を内部に含むｎ−型窒化物半導体層１０を形成する。すなわち、所定厚のｎ−型窒化物半導体層１１、エッチング障壁層４０及びｎ−型窒化物半導体層１２が順次に形成される。エッチング障壁層４０は、数ｎｍの厚さとすることができ、１ｎｍ乃至１μｍの厚さとすることが好ましい。ｎ−型窒化物半導体層１０の物質はｎ−型窒化ガリウム（ＧａＮ）とすれば良く、エッチング障壁層４０の物質はｎ−型窒化アルミニウムガリウム（ｎ−ＡｌＧａＮ）とすれば良い。
【００３３】
このとき、異種基板を用いる場合には、基板８０とｎ−型窒化物半導体層１０との間に、非ドープのバッファ層８１を配置することができる。
【００３４】
初期の表面層であるｎ−型窒化物半導体層１１は、光抽出構造５０（図４参照）を形成する部分で、光抽出構造５０の形成に適合する厚さに形成しておくことが好ましい。
【００３５】
このようなｎ−型窒化物半導体層１０上に、発光層２０及びｐ−型半導体層３０を順に形成し、そのｐ−型半導体層３０上に、第１電極６０を形成する。さらに第１電極６０上に、垂直型構造のための基板８０の除去時に発光素子構造を支持するための支持層７０を形成する。
【００３６】
その後、基板８０を、レーザ照射、化学的エッチング、または物理的な方法によって除去する。そして、基板８０の除去によって露出したｎ−型窒化物半導体層１０に対し、光抽出構造５０の形成のためのエッチングを実施する。
【００３７】
このようなｎ−型窒化物半導体層１０のバンドは、図６に示すように、エッチング障壁層４０であるｎ−型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層のエネルギーバンドギャップよりも小さい。これに対して、光電化学エッチングで湿式エッチングを行いながら紫外線を照射する。窒化物半導体の光電化学エッチングのための紫外線は、ｎ−型窒化物半導体層１０のバンドギャップエネルギーよりも大きいエネルギーを持つ光子（photon）を供給できるような紫外線を使用する。
【００３８】
したがって、紫外線によって供給される光子は、効果的に、ｎ−型窒化物半導体層１０の電子を、バンドギャップＥｇａＮを飛び越えて価電子帯（valence band；Ｅｖ）から伝道帯（conduction band；Ｅｃ）へ励起させる。このとき、価電子帯Ｅｖには正孔が生成されるが、当該正孔は、ｎ−型窒化物半導体層１０では少数電荷として作用する。このような正孔の生成は、化学的エッチング進行において酸化反応を促進させ、よって、窒化ガリウム（ＧａＮ）の湿式エッチングの速度を増加させる。
【００３９】
該エッチングは、紫外線によって表面から進行し続け、エッチング障壁層４０に達する。エッチング障壁層４０のバンドギャップエネルギー（ＥＡｌＧａＮ）は、紫外線から供給される光子のエネルギーよりも大きいため、紫外線はエッチング障壁層４０の価電子帯で電子を励起させず、正孔を生成できなくなる。これにより、化学的エッチングはそれ以上進行せずに止まる。
【００４０】
このようなエッチング障壁層４０は多重層にしても良い。図７は、多重エッチング障壁層４０の一例を示すエネルギーバンドダイヤグラムであり、多重エッチング障壁層４０は、異なるエネルギーバンドギャップを有する２層を交互に積層することによって形成される。この場合、エネルギーバンドギャップの大きい２層の間にエネルギーバンドギャップの小さい１層が位置するように形成する。特に、エネルギーバンドギャップの小さい層の厚さをナノメートル級にしたとき、多重エッチング障壁層４０は、量子閉じ込め効果を示す。この量子閉じ込め効果を示す多重量子井戸（multiple quantum wells）構造の多重エッチング障壁層４０の一例が、図７に例示されている。多重量子井戸構造の多重エッチング障壁層４０では、量子井戸構造によって決定される量子エネルギー准位（ＥＭＱＷ）が光電化学エッチング時に用いられる紫外線の光子エネルギーよりも大きいという特徴を持つ。
【００４１】
次に、このような光電化学エッチングの過程をより詳細に説明する。
【００４２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）の光電化学エッチングの原理は、次の数式１のように表される。
【数１】
2015039003.tif 000003
【００４３】
すなわち、ＧａＮ表面に紫外線を照射すると、少数電荷（minority carrier）である正孔（hole）が生成され、これらの正孔が表面の曲がったバンド（surface band bending）によって表面側に移動する。この時、電解質中のＯＨ−基がＧａＮと反応してＧａ２Ｏ３酸化物を生成する。このような酸化物は再びＯＨ−基と反応してＧａＯ３３−として電解質中に溶解し分離される。つまり、電解質中で酸化／還元過程を経てＧａＮ半導体が湿式エッチングされるが、紫外線照射は剰余正孔を供給して酸化反応を促進させるので、結局としてエッチング速度を大きく増加させる。
【００４４】
このような過程によって、図８に示すように、ＧａＮの［０００−１］インデックスを持つ窒素極性表面（N-polar surface）においてエネルギーの不安定によりエッチングが発生し、安定したエネルギーを持つ六角ピラミッド（Hexagonal pyramid）状の面が形成される。
【００４５】
一方、ＧａＮの［０００１］ガリウム極性表面（Ga-polar surface）は安定しているため、エッチングがほとんど起こらず、表面は滑らかな状態を維持する。このとき、表面に不安定な欠陥、例えば、転位（dislocation）などがあれば、この欠陥存在部分は選択的にエッチングされる。この場合にも同様に、安定した六角ピラミッド（Hexagonal pyramid）状の面が形成され、その結果、図９に示すようなピンホール（pin hole）形状を有する。
【００４６】
上述の如く、ＧａＮの［０００１］ガリウム極性表面は安定しているため、エッチング時に滑らかな表面形状を維持しながらエッチングされる。しかし、表面に不安定な欠陥、例えば、転位などが存在すると、当該領域は紫外線照射によって生成された剰余正孔を效果的に補償（compensation）するから、周囲よりもエッチング速度が非常に遅くなる。その結果、島（islands）などが形成され、表面が図１０のように粗くなる。
【００４７】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、ＧａＮの［０００−１］窒素極性表面においてエネルギーが不安定なため、エッチング時にエネルギーが安定した六角ピラミッド｛１０−１−１｝面が形成された状態を示している。図１１Ａは２分間エッチングした場合であり、図１１Ｂは１０分間エッチングした場合である。この場合、紫外線を照射しなかった場合と比較すると、紫外線照射時にエッチング速度が約２次指数以上増加する。
【００４８】
図１２に示すように、照射される光のエネルギーが、たとえば、ＧａＮより小さく且つＩｎＧａＮより大きい場合、光はＧａＮを通過してＩｎＧａＮでのみ正孔を生成する。したがって、ＧａＮはエッチングされず、ＩｎＧａＮのみ選択的にエッチングされる。このような現象を、光電化学エッチングのバンドギャップ選択性（Band gap selectivity）という。このような光電化学エッチングの速度は、非ドープの状態及びｐ−型ＧａＮに比べて、ｎ−型ＧａＮにおいて最も速い。これは、図１３及び図１４に示すようなＧａＮと電解質（electrolyte）との間の界面で発生するバンド曲げ（band bending）に起因する。
【００４９】
すなわち、バンド曲げによって、図１４に示すようなｐ−型ＧａＮでは、正孔が表面から遠方へ移動し、図１３に示すようなｎ−型ＧａＮでは、正孔が表面側に集まるようになる。これをドーパント選択性（dopant selectivity）という。
【００５０】
以上の実施形態は、本発明の技術的思想を具体的に説明するために例示されたもので、本発明を限定するためのものではない。したがって、本発明は、様々な形態に変形実施でき、これらの技術的思想に基づく様々な実施形態はいずれも本発明の保護範囲に属することは明らかである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ｎ−型窒化物半導体層（第２伝導性半導体層）
２０  窒化物多重量子井戸発光層
３０  ｐ−型窒化物半導体層（第１伝導性半導体層）
４０  エッチング障壁層（窒化物半導体層）
５０  光抽出構造
６０  第１電極
６１  オーミック電極
６２  反射電極
７０  支持層
８０  基板
８１  バッファ層
【図１】
2015039003.tif 000004
【図２】
2015039003.tif 000005
【図３】
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【図４】
2015039003.tif 000007
【図５】
2015039003.tif 000008
【図６】
2015039003.tif 000009
【図７】
2015039003.tif 000010
【図１２】
2015039003.tif 000011
【図１３】
2015039003.tif 000012
【図１４】
2015039003.tif 000013
【図８】
2015039003.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月7日(2014.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１伝導性半導体層と、
該第１伝導性半導体層上に位置する発光層と、
該発光層上に位置する第２伝導性半導体層と、
該第２伝導性半導体層上に位置する光抽出構造と、
を含んで構成され、
前記光抽出構造は、前記第２伝導性半導体層の物質を含み、
前記窒化物半導体層は、前記第２伝導性半導体層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有し、前記窒化物半導体層の少なくとも一部が前記光抽出構造と接しており、
前記窒化物半導体層は、交互に配置された第1層及び第２層を含む量子井戸構造を有し、前記第２層は、ナノメートル級の厚さで形成され、前記第１層は、前記第２伝導性半導体層のエネルギーバンドギャップよりも大きいエネルギーバンドギャップを有する物質を含み、前記第２層は、前記第２伝導性半導体層のエネルギーバンドギャップと同一であるか、又は前記第２伝導性半導体層のエネルギーバンドギャップよいも小さいエネルギーバンドギャップを有する物質を含む、光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項２】
前記光抽出構造は、前記光抽出構造の上面から前記窒化物半導体層の上面までの深さを有することを特徴とする請求項１に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項３】
前記第１伝導性半導体層は、ｐ型半導体層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項４】
前記第１伝導性半導体層は、支持層上に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項５】
前記支持層は、金属基板又は伝導性半導体基板であることを特徴とする請求項４に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体層は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層（０≦ｘ、ｙ≦１）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項７】
前記光抽出構造は、前記第２伝導性半導体層の表面で行われた光電化学エッチングにより形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項８】
前記窒化物半導体層は、光電化学エッチングに用いられた光子エネルギーよりも大きいエネルギーバンドギャップを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項９】
前記第１伝導性半導体層は、支持層又は該支持層上に位置する第１電極上に位置することを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【請求項１０】
前記第１電極は、
反射電極と、
前記反射電極上に位置するオーミック電極と、
を備えてなることを特徴とする請求項９に記載の光抽出構造を備えた垂直型発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、第１伝導性半導体層と、該第１伝導性半導体層上に位置する発光層と、該発光層上に位置する第２伝導性半導体層と、該第２伝導性半導体層上に位置する光抽出構造と、を含んで構成され、前記光抽出構造は、前記第２伝導性半導体層の物質を含み、前記窒化物半導体層は、前記第２伝導性半導体層よりも大きいエネルギーバンドギャップを有し、前記窒化物半導体層の少なくとも一部が前記光抽出構造と接しており、前記窒化物半導体層は、交互に配置された第1層及び第２層を含む量子井戸構造を有し、前記第２層は、ナノメートル級の厚さで形成され、前記第１層は、前記第２伝導性半導体層のエネルギーバンドギャップよりも大きいエネルギーバンドギャップを有する物質を含み、前記第２層は、前記第２伝導性半導体層のエネルギーバンドギャップと同一であるか、又は前記第２伝導性半導体層のエネルギーバンドギャップよいも小さいエネルギーバンドギャップを有する物質を含む、光抽出構造を備えた垂直型発光素子を提案する。