(57)【要約】【課題】  従来よりさらに高い輝度を示す窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  ｐ型導電性の層と、ｎ型導電性の層と、これらの間の発光層と、これら三つの層の両側に配置された１対のオーミック電極と、導電性基板を有し、発光面側のオーミック電極が、透明導電膜からなり、対向面側のオーミック電極が、透明導電膜と光反射機能を有する膜とを発光層に近い順にこの順で備えてなる窒化物半導体発光素子。単結晶からなる元基板の上に、ｐ型導電性の層、発光層、ｎ型導電性の層を形成する第１の工程と、透明導電膜と光反射機能を有する膜とをこの順で形成してオーミック電極とし、それと導電性基板とを接着する第２の工程と、元基板を除去する第３の工程と、発光面側に透明導電膜からなるオーミック電極を形成する第４の工程を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型導電性の層と、ｎ型導電性の層と、これらの間に配置された発光層と、これら三つの層の両側に配置された１対のオーミック電極と、導電性基板とを有し、オーミック電極のうち、発光面側のオーミック電極が、透明導電膜からなり、対向面側のオーミック電極が、透明導電膜と光反射機能を有する膜とを発光層に近い順にこの順で備えてなることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
ｐ型導電性の層と透明導電膜の間に配置され、少なくともｐ型導電性の層に接するｎ型導電性の層を有する請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
ｐ型導電性の層と透明導電膜の間のｎ型導電性の層のキャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3以上である請求項２記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
ｐ型導電性の層と透明導電膜の間に配置されたｎ型導電性の層が、式ｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）により示される化合物であって、ｘの値が異なる２種のそれぞれの化合物からなる二つの層を含んでなる層である請求項２または３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
光反射機能を有する膜が、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃｒ、ＲｈおよびＺｎからなる群から選ばれた１種以上の金属からなる膜である請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
対向面側のオーミック電極と導電性基板との間に、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｌ、ＭｇおよびＧａからなる群から選ばれる１種以上の金属からなる接着層を有してなる請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
接着層と光反射機能を有する膜との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｃ、Ｔｈ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｌｕ、Ｒｕ、ＲｅおよびＲｈから選ばれる１種以上の金属の膜からなるバリア層を有してなる請求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
単結晶からなる元基板の上に、ｐ型導電性の層、ｎ型導電性の層、およびこれらの間に配置された発光層を有する窒化物半導体層を形成する第１の工程と、透明導電膜と光反射機能を有する膜とをこの順で形成してオーミック電極とし、該オーミック電極と導電性基板とを接着する第２の工程と、元基板を除去する第３の工程と、発光面側に透明導電膜からなるオーミック電極を形成する第４の工程を含むことを特徴とする窒化物半導体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、ｐ型導電性の層と、ｎ型導電性の層と、これらの間に配置された発光層を有する窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の３−５族の窒化物半導体からなる発光素子である窒化物半導体発光素子は、各種表示用あるいは照明用としてその利用が拡大しつつあり、発光素子にはさらに高い輝度が求められている。
【０００３】
そこで、高い輝度を示す窒化物半導体発光素子として、窒化物半導体発光素子の面で光が出射する面（この面を以下、「発光面」といい、発光層をはさんで発光面と反対側の窒化物半導体発光素子の面を「対向面」という。）側に透明性と導電性を有する電極を設置し、ｐ型導電性の層とｎ型導電性の層と、これら二つの層の間に配置された発光層（以下、ｐ型導電性の層とｎ型導電性の層と、これら二つの層の間に配置された発光層、およびそれらに付加された層をまとめて「窒化物半導体層」ということがある。）とをその対向面側に配置し、さらその対向面側に、不透明金属膜からなるオーミック電極を設置した構成とした窒化物半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。発光面側の電極は透明性と導電性を有しているので、発光面から発光素子の外部への光の出射を妨げることが少ない。さらに、対向面側のオーミック電極を、オーミック性（電極と接している面と電極との接触抵抗が少ないこと。）と光反射機能の両方の機能を備え不透明金属膜からなるオーミック電極とすることにより、発光層から対向面側に出射した光がオーミック電極により反射し、発光面から出射するように素子を構成することが提案されており、不透明金属膜を構成する金属として、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＰｔおよびＰｄが具体的に提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、輝度が充分ではなく、さらに輝度の高い窒化物半導体発光素子が求められていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３６６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ｐ型導電性の層と、ｎ型導電性の層と、これらの間に配置された発光層と、これら三つの層の両側に配置された１対のオーミック電極と、導電性基板とを有する窒化物半導体発光素子であって、従来よりさらに高い輝度を示す窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記課題について鋭意検討した結果、ｐ型導電性の層と、ｎ型導電性の層と、これらの間に配置された発光層と、これら三つの層の両側に配置された１対のオーミック電極と、導電性基板とを有し、該オーミック電極のうち、発光面側のオーミック電極が透明導電膜からなり、対向面側のオーミック電極が不透明金属膜からなる窒化物半導体発光素子において、オーミック性の高い金属からなる不透明金属膜は光反射機能が不十分であり、光反射機能が高い金属からなる不透明金属膜は、オーミック性に劣るという問題があることを見出すとともに、対向面側のオーミック電極が、オーミック性の高い透明導電膜と光反射機能を有する膜とを発光層に近い順にこの順で共に備えてなる場合に、窒化物半導体発光素子が高い輝度を示すことを見出した。また、単結晶からなる元基板の上に、ｐ型導電性の層、ｎ型導電性の層、およびこれらの間に配置された発光層を有する窒化物半導体層を形成する第１の工程と、透明導電膜と光反射機能を有する膜とをこの順で形成してオーミック電極とし、該オーミック電極と導電性基板とを接着する第２の工程と、元基板を除去する第３の工程と、発光面側に透明導電膜からなるオーミック電極を形成する第４の工程を含む製造方法によれば、高い輝度を示す窒化物半導体発光素子を製造することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、次のものを提供する。
（１）ｐ型導電性の層と、ｎ型導電性の層と、これらの間に配置された発光層と、これら三つの層の両側に配置された１対のオーミック電極と、導電性基板とを有し、オーミック電極のうち、発光面側のオーミック電極が、透明導電膜からなり、対向面側のオーミック電極が、透明導電膜と光反射機能を有する膜とを発光層に近い順にこの順で備えてなることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
（２）ｐ型導電性の層と透明導電膜の間に配置され、少なくともｐ型導電性の層に接するｎ型導電性の層を有する前記（１）記載の窒化物半導体発光素子。
（３）ｐ型導電性の層と透明導電膜の間のｎ型導電性の層のキャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3以上である（２）記載の窒化物半導体発光素子。
（４）ｐ型導電性の層と透明導電膜の間のｎ型導電性の層が、式ｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）により示される化合物であって、ｘの値が異なる２種のそれぞれの化合物からなる二つの層を含んでなる層である（２）または（３）のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
（５）光反射機能を有する膜が、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃｒ、ＲｈおよびＺｎからなる群から選ばれた１種以上の金属からなる膜である（１）〜（４）のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
（６）対向面側のオーミック電極と導電性基板との間に、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｌ、ＭｇおよびＧａからなる群から選ばれる１種以上の金属からなる接着層を有してなる（１）〜（５）のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
（７）接着層と光反射機能を有する膜との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｃ、Ｔｈ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｌｕ、Ｒｕ、ＲｅおよびＲｈから選ばれる１種以上の金属の膜からなるバリア層を有してなる（６）に記載の窒化物半導体発光素子。
（８）単結晶からなる元基板の上に、ｐ型導電性の層、ｎ型導電性の層、およびこれらの間に配置された発光層を有する窒化物半導体層を形成する第１の工程と、透明導電膜と光反射機能を有する膜とをこの順で形成してオーミック電極とし、該オーミック電極と導電性基板とを接着する第２の工程と、元基板を除去する第３の工程と、発光面側に透明導電膜からなるオーミック電極を形成する第４の工程を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の窒化物半導体発光素子は、発光の輝度が高いので、表示用および照明用に好適であり、また本発明の製造方法によれば、高い輝度を示す本発明の窒化物半導体発光素子を製造することができるので、工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の窒化物半導体発光素子は、ｐ型導電性の層と、ｎ型導電性の層と、これらの間に配置された発光層と、これら三つの層の両側に配置された１対のオーミック電極と、導電性基板とを有してなり、素子から外部に光が射出する面である発光面側に透明導電膜からなるオーミック電極（以下、「発光面側オーミック電極」ということがある。）が配置され、発光層に対して発光面と反対側である対向面側に別のオーミック電極（以下、「対向面側オーミック電極」ということがある。）が配置されてなり、このオーミック電極が、透明導電膜と光反射機能を有する膜とを発光層に近い順にこの順で備えてなることを特徴とする。なお、ｐ型導電性の層と発光層の間、ｎ型導電性の層と発光層の間、ｐ型導電性の層とオーミック電極の間、ｎ型導電性の層ととオーミック電極の間、オーミック電極と導電性基板の間には、それぞれ本発明の目的を阻害しない範囲で他の層を配置させることができる。
【００１０】
発光面側オーミック電極が透明導電性膜からなることにより、窒化物半導体発光素子の発光面から出射する光の量が発光面側オーミック電極によって減少することを抑えることができる。
【００１１】
この透明導電性膜の材質としては、ＩＴＯ（酸化錫が固溶した酸化インジウム）、ＳｎＯ2、ＳｂドープＳｎＯ2、ＦドープＳｎＯ2、ＺｎＯ等が挙げられ、導電性が高いのでＩＴＯが好ましく挙げられる。光の透過率が大きく低下しない範囲において、金属薄膜層が積層されていてもよい。また透過率が低い金属あるいは厚い金属層であっても、例えば網目状または格子状等の形状を有しており、透明導電性膜と合わせた平均の透過率が高いものであれば、用いることができる。発光面側オーミック電極の光の透過率は平均で８０％以上が好ましく、９０％以上がさらに好ましい。
【００１２】
次に、対向面側オーミック電極は、透明導電膜と光反射機能を有する膜とを発光層に近い順にこの順で備えてなる。透明導電膜は光反射機能は殆ど有していないが、オーミック性に優れており、透明導電膜から電子注入または正孔注入を行う。そして、光反射機能を有する膜はオーミック性には優れていないが、光反射機能に優れているので、本発明の対向面側オーミック電極は、透明電極によりオーミック性に優れたものとなり、光反射機能を有する膜により光反射機能にも優れたものとなる。
【００１３】
発光層から対向面側に出た光は、この透明導電膜を通過し、光反射機能を有する膜で反射して、再び透明導電膜を通過して、次いで発光層を通過して、発光面側オーミック電極を通過して、発光面から出射する。発光層から対向面側に出た光が発光面から出射することにより、窒化物半導体発光素子の輝度がさらに増加する。
【００１４】
この対向面側オーミック電極に用いる透明導電膜としては、発光面側オーミック電極と同様の材質を用いることができる。
【００１５】
対向面側オーミック電極が備える光反射機能を有する膜は、反射率が高く導電性を有する材質からなる層であり、その材質としては具体的には、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃｒ、ＲｈおよびＺｎなどの金属を挙げることができる。中でも紫外線領域の発光を利用する場合にはこの領域において高い反射率を有するＡｇ、ＡｌおよびＭｇが好ましく、青色の発光を利用する場合には、Ｃｒ、ＲｈおよびＺｎが好ましい。
【００１６】
導電性基板は素子の対向面側に配置されるので、本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、導電性基板側から順に、導電性基板、対向面側オーミック電極、ｐ型導電性の層とｎ型導電性の層に挟まれた発光層、発光面側オーミック電極が積層されてなる。なお、図１（ａ）は発光層より発光面側にｎ型導電性の層が配置された場合を示し、図１（ｂ）は発光層より発光面側にｐ型導電性の層が配置された場合を示す。
【００１７】
本発明の窒化物半導体発光素子のｐ型導電性の層の材質としては、具体的には、ｐ−ＧａＮ、ｐ−ＩｎｘＧａ１−ｘＮ、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮなどが挙げられ、ｎ型導電性の層としては、ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮなどが挙げられ、発光層の材質としては、具体的には、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ、ＧａＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮなどが挙げられる（ただし、前記ｐ型導電性の層の材質および前記発光層の材質を示す化学式中のｘは０≦ｘ≦１の範囲である。）。
【００１８】
なお、本発明の素子においてｐ型導電性の層、ｎ型導電性の層、発光層は、それぞれ複数の層からなっていてもよい。発光層は、例えばアンドープＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に繰り返して積層した多重量子井戸層（「ＭＱＷ」と略称される。）からなっていてもよい。
【００１９】
また、ｐ型導電性の層、ｎ型導電性の層、発光層はすべて光を透過させる層なので、光の吸収が少ない程度に十分薄いことが好ましく、各々の層の合計が１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明の素子は高い輝度を有する素子であるので、ｐ型導電性の層、ｎ型導電性の層、発光層には欠陥が少ないことが好ましく、具体的にはそれぞれの層における転位密度が１×１０7ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００２１】
ここで、透明導電膜は、ｐ型導電性の層と接触させた場合よりもｎ型導電性の層と接触させた場合の方が優れたオーミック性を示すので、ｐ型導電性の層に直接透明導電膜を形成するのではなく、ｐ型導電性の層と透明導電膜の間に、少なくともｐ型導電性の層に接してｎ型導電性の層を形成することにより、透明導電膜は優れたオーミック性を示す傾向があるので好ましい。このｎ型導電性の層と透明導電膜の間には、本発明の目的を阻害しない範囲で他の層を配置させることができる。そして、ｎ型導電性の層におけるキャリア濃度が高く、１×１０19ｃｍ-3以上であれば、透明導電膜はより優れたオーミック性を示す傾向があるのでより好ましい。そして、このｎ型導電性の層が、二つの層からなり、それぞれが式ｎ−ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）により示されるがｘの値が異なる二つの別の化合物からなる層である場合に、透明導電膜は特に優れたオーミック性を示すのでさらに好ましい。本発明の実施態様の一つであり、ｐ型導電性の層と透明導電膜の間に、このようなキャリア濃度の高いｎ型導電性の層を形成した窒化物半導体発光素子で、発光面がｎ型導電性の層側の例を図１（ｃ）に、発光面がｐ型導電性の層側の例を図１（ｄ）に示した。
【００２２】
ただし、このようにｐ型導電性の層と透明導電膜の間に、それぞれに接してこのようなキャリア濃度の高いｎ型導電性の層を形成する場合には、発光層をはさんで存在するｐｎ接合とは逆方向のｐｎ接合が生成するので、駆動電圧が増加する場合がある。しかし、このキャリア濃度の高いｎ型導電性の層とｐ型導電性の層の接合面に生じるｐｎ接合の接合界面近傍のキャリア濃度だけが十分高くなるように調整し、接合界面から離れた箇所のキャリア濃度は低くなるように調整することができ、そのように調整することにより、ｐ型導電性の層と透明導電膜の間に、それぞれに接してｎ型導電性の層を形成して生じるｐｎ接合にとっての逆方向電流を流れやすくし、駆動電圧の増加分を抑制することができる。
【００２３】
さらに、本発明の窒化物半導体発光素子が有する導電性基板としては、高い熱伝導度を示す材質からなることが好ましい。導電性基板の材質の熱伝導度が高いほど、窒化物半導体発光素子に流すことができる電流量が増加し、高い輝度で発光することができる素子となる傾向がある。高熱伝導基板の材質の熱伝導度は、基板として通常用いられるＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶、サファイア等の材質が有する熱伝導度よりも高ければよく、５０Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、さらに好ましくは１００Ｗ／ｍＫ以上である。
【００２４】
導電性基板の材質としては、一般的に用いられる金属及びこれらの金属を含む導電性合金を用いることができ、具体的には、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｗ等が挙げられる。また高濃度にドープされた導電性Ｓｉ等の半導体も用いることができる。Ａｌ−ＳｉＣなどの金属−半導体複合材料、また各種金属酸化物、硼化物の単結晶あるいは多結晶焼結体であっても、導電性であれば用いることができる。これらの材質の抵抗率としては１Ωｃｍ以下が好ましく、より好ましくは０．１Ωｃｍ以下、さらに好ましくは０．０１Ωｃｍ以下である。
【００２５】
なお、本発明の窒化物半導体発光素子の発光面表面に凹凸を形成することができる。これにより、発光面表面を平坦にする場合よりも発光強度を高めることができることがある。凹凸は光の散乱を起こすために、膜厚方向および面内方向において、発光波長の約１／５から１０倍程度の大きさが有効である。凹凸断面の形状としては三角形、正弦関数状（サイン波形状）が特に好ましい。
【００２６】
なお、凹凸の形成に用いる方法としては、発光面側オーミック電極に接する層を、エッチング、研磨による加工、レーザー干渉を利用した熱加工により一旦エピタキシャル成長させて、生成した結晶を加工する方法や、マスクを利用した選択成長により結晶成長時に形成する方法が挙げられる。凹凸を形成した後には、次にオーミック電極を形成しやすいように、表面処理を行う方が良い場合がある。例えば、塩酸、王水、硫酸、フッ酸などを用いた酸処理や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水などを用いたアルカリ処理、あるいは硫化アンモニウム水溶液などを用いた硫化物処理などにより行うことができる。
【００２７】
次に、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法について説明する。
本発明の製造方法においては、単結晶からなる元基板の上に、ｐ型導電性の層、ｎ型導電性の層、およびこれらの間に発光層が配置された窒化物半導体層を形成する第１の工程と、透明導電膜と光反射機能を有する膜とをこの順で形成してオーミック電極とし、該オーミック電極と導電性基板とを接着する第２の工程と、元基板を除去する第３の工程と、発光面側に透明導電膜からなるオーミック電極を形成する第４の工程を含むことを特徴とする。第２の工程で形成されるオーミック電極が対向面側オーミック電極であり、第４の工程で形成されるオーミック電極が発光面側オーミック電極である。
【００２８】
第１の工程で用いる元基板としては、単結晶Ｓｉ、単結晶ＧａＡｓ、単結晶ＩｎＰまたはサファイア等の単結晶基板を挙げることができ、市販のものを用いることができる。その元基板の表面上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル成長方法、ハライド気相成長方法（出発原料としてハロゲンを含むガスを用いる。）、ハイドライド気相成長方法、液相エピタキシャル成長法等の公知のエピタキシャル成長方法により、ｐ型導電性の層、ｎ型導電性の層、およびこれらの間の発光層等の窒化物半導体層を形成することができる。
【００２９】
第２の工程における光反射機能を有する膜の製造方法としては、真空蒸着法、スパッタ法などが利用できる。透明導電膜の製造方法としては、真空蒸着法、スパッタ法などが利用でき、例えばＩＴＯからなる透明導電膜は、通常工業的に用いられ、ＩＴＯ焼結体をターゲットとした高周波スパッタや、金属Ｉｎと金属Ｓｎの単体やそれらの合金を蒸着源として酸素を導入しながら行う反応性蒸着法により製造することができる。
【００３０】
第２の工程において、透明導電膜と光反射機能を有する膜からなるオーミック電極と導電性基板との接着には、熱抵抗が小さくかつ導電性を有する接着界面を形成することが好ましい。このような接着界面の形成方法としては、はんだ等の低融点金属を利用した熱圧着、導電性接着剤などの方法が挙げられる。熱圧着により接着を行う場合には、高い熱伝導性と高い導電性とを有する金属は一般に、窒化物半導体や成長用に用いられる単結晶に比べて熱膨張係数が一般に大きいために、熱圧着後に基板のそりが大きくなる問題が生じる傾向がある。そりを小さくするためには熱圧着温度は低い方がよく、具体的には２５０℃以下が好ましい。このような温度で十分な接着強度が得られる導電性基板用の材質として、具体的には、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｌ、ＭｇおよびＧａからなる群から選ばれる１種以上の金属が挙げられる。
【００３１】
導電性基板は光反射機能を有する膜と接着されることになるので、熱圧着を行った場合は、接着層材料が反射層材料と相互拡散して光反射機能を有する膜の反射率を低下させる不具合が起きる傾向がある。これを防ぐために、光反射機能を有する膜と接着層の間に両者の相互拡散を防ぐためのバリア層を形成してもよい。このようなバリア層の材質としては、熱圧着温度において相互拡散をブロックする材質が好ましく、具体的には、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｃ、Ｔｈ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｌｕ、Ｒｕ、ＲｅおよびＲｈから選ばれる１種以上の金属が挙げられる。特に、ＴｉとＰｔからなる層を積層した層が好ましい。
【００３２】
第３の工程においては、窒化物半導体層からの元基板の除去は、機械的研磨および／または化学的研磨により行うことができ、また、レーザーを利用したいわゆるレーザー剥離により行うこともできる。
【００３３】
第４の工程においては、第２の工程と同様にして、透明導電膜からなるオーミック電極を形成することができる。
【００３４】
前記第１〜４の工程をこの順に行うことにより、本発明の窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【００３５】
ここで、通常は、窒化物半導体層の形成は、単結晶からなる元基板の上に、ｎ型導電性の層、発光層、ｐ型導電性の層の順に行うので、前記第１〜４の工程をこの順に行うと、導電性基板は、前記ｐ型導電性の層の上に形成された正孔注入用のオーミック電極と接合され、一方、製造しようとする窒化物半導体発光素子の発光面はｎ型導電性の層の側になる。それとは反対に、ｐ型導電性の層の側を発光面にするには、窒化物半導体層の破損を防止するための支持基板を正孔注入用オーミック電極に一旦仮接着した後、元基板を除去し、次に元基板に代わって導電性基板を接着した後に、さらに支持基板を剥離させるという工程を行う。
【００３６】
この場合も、本発明の製造方法の第１〜４の工程を含み、窒化物半導体層を形成する第１の工程の後に、第１の工程で形成された窒化物半導体層の面に支持基板を仮接着する工程を行い、次に、元基板を除去する第３の工程を行い、元基板が除去された後に新たに露出した窒化物半導体層に対向面側オーミック電極の形成と導電性基板の接着を行う第２の工程を行い、次に、支持基板を剥離し、支持基板が剥離されて露出した窒化物半導体層に発光面側オーミック電極を形成する第４の工程を行うことにより、本発明の窒化物半導体発光素子を製造することができる。なお、この場合、第４の工程は、第１の工程に続いて行い、その後に支持基板を仮接着してもよい。
【００３７】
仮接着される支持基板としては、後の加工に耐え得る強度と工業的に入手の容易な材料であればよく、各種金属、半導体、セラミックス、ガラス、高分子フィルム及びこれらの複合体を用いることができる。また仮接着の方法としては後除去可能なワックス、ハンダ、その他の接着剤を用いることができる。
【００３８】
こうして本発明の窒化物半導体発光素子を製造することができ、該素子は従来より高い輝度で発光させることができる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
直径２インチのサファイア基板（半導体を成長させる面は（０００１）面）上に常圧ＭＯＣＶＤ法により、水素をキャリアガスとして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニア、シランを原料ガスとして５５０℃でＧａＮ（５０ｎｍ）からなる低温バッファ層を成長させる。その後、１０００℃にて、ｎ−ＧａＮ層（ｎ＝１×１０19ｃｍ-3）を厚さ１μｍとなるように成長させ、続いて、ｎ−ＧａＮ層（ｎ＝２×１０18ｃｍ-3）を厚さ３μｍとなるように成長させる。次に、ダブルへテロｐｎ接合型発光ダイオード構造を作製するために、アンドープＧａＮ層（層の厚さは３００ｎｍ）を成長した後、キャリアガスを水素から窒素に切り替え、成長圧力を１／２気圧にし、成長温度を７６０℃に下げて、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを原料として用い、アンドープＧａＮ（厚さ１５ｎｍ）バリア層とＩｎＧａＮ（厚さ３ｎｍ）井戸層との繰返しからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を５回繰り返して成長させる。その後で、アンドープＧａＮ層（厚さ１８ｎｍ）を成長させる。次に成長温度を８００℃に上げ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＧ、Ｃｐ２Ｍｇを原料として、ＭｇドープＡｌＧａＮ層（厚さ２５ｎｍ）を成長させた後、さらに成長温度を１０４０℃に上げて、ＭｇドープＧａＮ層（厚さ１５０ｎｍ）を成長させる。そして、成長後のＭｇドープＧａＮ層を低抵抗化するために、アンモニアを１体積％と酸素を５体積％含む窒素雰囲気下で、８００℃の温度で４８秒間保持して熱処理を行う。次に、ＭｇドープＧａＮ層に、ＩＴＯの透明導電膜からなるオーミック電極（厚さ２００ｎｍ）を、酸素を導入しながら反応性蒸着法により基板温度２３０℃にて形成し、引き続いて反射機能を有する膜として、Ａｌ層を厚さ１００ｎｍとなるように、バリア層としてＴｉ／Ｐｔを厚さ５０／５０ｎｍとなるように、さらに接着層としてＩｎを厚さ１００ｎｍとなるように真空蒸着法により室温で形成する。
【００４０】
こうして得られたエピタキシャル基板とＣｕ基板とを、Ｃｕ基板の面と化合物半導体基板の前記接着層とが接着するように基板張り合わせ装置を用いて、真空中にて２０分間荷重をかけ、２００℃にて張り合わせる。貼り合せにより生じる基板のそりは、約２００μｍであり、フォトリソグラフィー工程で問題なくプロセスできる大きさである。次に、貼り合わせたエピタキシャル基板のサファイア側から、ＹＡＧの３倍波によるレーザーを照射して、基板面全面を走査してレーザー剥離を行なう。この工程により、サファイア基板が剥離し、熱伝導性の優れたＣｕ基板上にダブルへテロ型ｐｎ接合発光ダイオード構造が形成された窒化物半導体層が得られる。次に、前の工程でできた新たな表面であるｎ−ＧａＮの表面を塩酸で洗浄・水洗・乾燥した後、透明導電性オーミックｎ電極であるＩＴＯを形成する。この後、ＦｅＣｌ3／ＨＣｌ混合液でエッチングして電極パターンを形成する。このＩＴＯ膜の光平均透過率は可視光波長域で８５％となり、ｎ−ＧａＮ層に対する接触抵抗は２×１０-4Ωｃｍ2となり良好なオーミック性を示す。こうして窒化物半導体発光素子が得られる。
【００４１】
得られた窒化物半導体のダブルへテロ型ｐｎ接合発光ダイオード素子のＣｕ基板側にプラス、オーミックｎ電極であるＩＴＯ側にマイナスとなるバイアス電圧を加えることにより、ＩＴＯ電極パターンの直下で明瞭な発光を示す。この発光ダイオードは、本発明の２つの透明導電性オーミック電極と対向面側に設けた反射層により高い取出し効率が得られるため高輝度を示し、さらにＩＬ特性も熱伝導性の優れたＣｕ基板を利用しているため、高い電流密度領域まで光度と電流の比例関係が保たれ、高出力が得られる。また、静電耐圧試験でも１０００Ｖ以上の高い静電耐圧を示す。
【００４２】
実施例２
実施例１と同様にして、サファイア基板（半導体を成長させる面は（０００１）面）面上に、ダブルへテロｐｎ接合型発光ダイオード構造を成長する。ただし実施例１のエピタキシャル結晶の成長において最後に成長するＭｇドープＧａＮ層の成長後、一旦成長温度を８００℃に低下させ、さらにＳｉドープＩｎＧａＮ層（厚さ２ｎｍ、ｎ＝１×１０20ｃｍ-3）とＳｉドープＧａＮ層（厚さ２ｎｍ、ｎ＝１×１０20ｃｍ-3）を繰り返し３回成長し最表面を高濃度のｎ型層とするコンタクトトンネリング層を形成する。
【００４３】
透明導電性オーミック電極の形成以降の工程は実施例１と同様に行い、Ｃｕ基板上の窒化物系半導体のダブルへテロ型ｐｎ接合発光ダイオードを作製する。こうして作製した窒化物半導体発光素子（発光ダイオード）は、高い輝度を示し、さらに、ＩＬ特性、静電耐圧は実施例１の発光ダイオードと同様に優れた特性を示す他、実施例１のものに比べて駆動電圧がさらに低減した特性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態の例を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
２−１〜３・・・・・ダブルへテロｐｎ接合発光ダイオード構造
２−１・・・ｎ型導電性の層
２−２・・・発光層
２−３・・・ｐ型導電性の層
３・・・・・ｐ側導電性の層に付加したｎ型導電性の層
４・・・・・対向面側オーミック電極の透明導電膜
５・・・・・対向面側オーミック電極の光反射機能を有する層
６・・・・・バリア層
７・・・・・接着層
８・・・・・高い熱伝導度を有する導電性基板
９・・・・・発光面側の透明導電膜からなるオーミック電極
１０・・・・発光面
１１・・・・対向面
【図１】
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