(57)【要約】 【課題】  これまで全面的に除去されていた発光層部成長用のＧａＡｓ基板を、機能的素子構成要素として有効利用することができ、しかも、発光光束の外部への取出効率も大幅に高めることができる発光素子を提供する。【解決手段】  発光素子１００において、発光層部２４を有した化合物半導体層４０は、光吸収性化合物半導体基板の第一主表面上にエピタキシャル成長されたものである。該ＧａＡｓ基板の周縁部が切り欠かれることにより切欠き部１ｊが形成され、当該切欠き部１ｊの周縁に残された基板部分が残留基板部１とされている。切欠き部１ｊの底面は主光取出面ＥＡを形成し、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極９が残留基板部１の第二主表面を覆うように形成されている。【選択図】    図１
2005142515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部を有した主化合物半導体層をＧａＡｓ基板の第一主表面上にエピタキシャル成長し、前記ＧａＡｓ基板の一部が前記主化合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となるように、該ＧａＡｓ基板の一部を切り欠いて切欠き部を形成し、該切欠き部の底面を主光取出面として利用するとともに、該切欠きの結果として形成される前記残留基板部の第二主表面に、前記発光層部へ発光駆動電圧を印加するための光取出側電極を形成したことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記光取出側電極に通電用ワイヤが接合されてなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記主化合物半導体層は、前記残留基板部と前記発光層部との間に位置する補助電流拡散層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光層部が、前記残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有してなり、かつ、前記第一導電型クラッド層が前記第二導電型クラッド層よりも厚く形成されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
前記光取出側電極は、前記残留基板部を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに前記切欠き部の底面のうち前記残留基板部の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有し、接触抵抗低減用の接合合金化層が前記副電極と接する前記切欠き部の底面領域に形成され、前記残留基板部が、前記発光層部にてｐ−ｎ接合を形成するｐ型層部とｎ型層部とのうち、該残留基板部に近い側のものと逆の導電型を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記光取出側電極は、前記残留基板部を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに前記切欠き部の底面のうち前記残留基板部の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有し、接触抵抗低減用の接合合金化層が前記副電極と接する前記切欠き部の底面領域に形成され、前記残留基板部が、前記発光層部にてｐ−ｎ接合を形成するｐ型層部とｎ型層部とのうち、該残留基板部に近い側のものと同一の導電型を有し、かつ、前記発光層部と前記残留基板部との間には、前記残留基板部を被覆する形で、該残留基板部と逆の導電型を有する化合物半導体からなる反転層部が介挿されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記光取出側電極は、前記残留基板部を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに前記切欠き部の底面のうち前記残留基板部の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有し、接触抵抗低減用の接合合金化層が、前記主電極と接する前記残留基板部には形成されず、前記副電極と接する前記切欠き部の底面領域には形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記残留基板部の第二主表面に、前記光取出側電極との接触抵抗を減ずるための接合合金化層が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記光取出側電極は、前記残留基板部の第二主表面及び周側面とを覆う主電極と、前記切欠き部の底面のうち前記残留基板部の周側面に連なる一部領域を覆う副電極とを有し、前記残留基板部の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部の周側面が傾斜面として形成されてなり、前記光取出側電極をなす前記主電極と前記副電極とが一体の金属膜として形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記光取出側電極とは異極性となる側の電極部を、前記主化合物半導体層の第一主表面側に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記発光層部が、前記残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有してなり、前記主化合物半導体層の第二主表面側から少なくとも前記活性層の第一主表面までの区間を、前記第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、その電極用切欠き部の底面に前記光取出側電極とは異極性となる側の電極を配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記発光層部の第一主表面側に形成され、前記発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる厚さ１０μｍ以上の透明厚膜半導体層を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に発光素子。
【請求項１３】
ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部を有した主化合物半導体層をＧａＡｓ基板の第一主表面上にエピタキシャル成長し、前記ＧａＡｓ基板の一部が前記主化合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となるように、該ＧａＡｓ基板の一部を切り欠いて切欠き部を形成し、該切欠きの結果として形成される残留基板部の第二主表面に、発光層部へ発光駆動電圧を印加するための第一電極部を形成する一方、
前記発光層部が、前記残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層をこの順序で積層したダブルへテロ構造を有してなり、前記発光層部の第一主表面側には、前記発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる透明半導体層が形成されてなり、さらに、前記主化合物半導体層の第二主表面側から少なくとも前記活性層の第一主表面までの区間を、前記第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、該電極用切欠き部の底面に前記第一電極部とは異極性となる第二電極部を配置するとともに、前記主化合物半導体層の第一主表面を主光取出面とすることを特徴とする発光素子。
【請求項１４】
前記透明半導体層が１０μｍ以上の厚膜に形成されてなることを特徴とする請求項１３記載の発光素子。
【請求項１５】
前記発光層部と前記残留基板部との間に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させるＤＢＲ層を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００１−３３９１００号公報
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００２年１０月２１日号１２４頁〜１３２頁
【０００３】
発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子に使用される材料及び素子構造は、長年にわたる進歩の結果、素子内部における光電変換効率が理論上の限界に次第に近づきつつある。従って、一層高輝度の素子を得ようとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ（あるいはＧａＩｎＰ）活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。このようなＡｌＧａＩｎＰダブルへテロ構造は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶がＧａＡｓと格子整合することを利用して、ＧａＡｓ単結晶基板上にＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる各層をエピタキシャル成長させることにより形成できる。そして、これを発光素子として利用する際には、通常、ＧａＡｓ単結晶基板をそのまま素子基板として利用することも多い。しかしながら、発光層部を構成するＡｌＧａＩｎＰ混晶はＧａＡｓよりもバンドギャップが大きいため、発光した光がＧａＡｓ基板に吸収されて十分な光取出し効率が得られにくい難点がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、成長用のＧａＡｓ基板を剥離する一方、補強用の素子基板（導電性を有するもの）を、反射用のＡｕ層を介して剥離面に貼り合わせる技術が開示されている。また、非特許文献１には、反射率の波長依存性がＡｕよりも小さいＡｌにて反射層を構成することにより、反射強度を高めるようにした発光素子が開示されている。該非特許文献１の素子構造においては、発光層部とシリコン基板からなる素子基板との間にＡｌ反射層が配置され、さらに、Ａｌ反射層とシリコン基板との間には、シリコン基板と発光層部との貼り合わせ接合を容易にするために、Ａｕ層を介在させている。具体的には、発光層部側に形成したＡｌ反射層を覆うようにＡｕ層を形成し、他方シリコン基板側にもＡｕ層を形成して、それらＡｕ層同士を密着させて貼り合わせを行なうようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び非特許文献１は、いずれも発光素子の光取出し効率の向上を図る観点において、光吸収性のＧａＡｓ基板は「百害あって一利なし」の技術思想に立脚しており、ＧａＡｓ基板は完全除去することに主眼が置かれている。シリコン基板などと比較すればかなり高価な成長用のＧａＡｓ基板を、何ら利用の考慮もなく全て除去し、別に補強用の基板を設けるというのは、光取出効率を優先させるためとはいえ、いかにも無駄が多すぎるといえる。また、発光層部成長用のＧａＡｓ基板は、素子製造時に必要なハンドリングのための強度を担う役割も有するのであるが、これを除去すれば、ごく薄い発光層部のみでハンドリング等に耐えうる強度を到底確保できるはずもない。従って、上記文献では、ＧａＡｓ基板を発光層部から除去したあと、Ａｕ層を介してシリコン基板を発光層部に貼り合せ、このシリコン基板をＧａＡｓ基板に代わる補強用の基板として利用するのであるが、新たな基板の貼り合わせ工程が必要となる。
【０００６】
本発明の課題は、これまで全面的に除去されていた発光層部成長用のＧａＡｓ基板を、機能的素子構成要素として有効利用することができ、しかも、発光光束の外部への取出効率も大幅に高めることができる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及び発明の効果】
【０００７】
本発明の発光素子の第一の構成は、上記の課題を解決するために、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部を有した主化合物半導体層をＧａＡｓ基板の第一主表面上にエピタキシャル成長し、ＧａＡｓ基板の一部が主化合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となるように、該ＧａＡｓ基板の一部を切り欠いて切欠き部を形成し、該切欠き部の底面を主光取出面として利用するとともに、該切欠きの結果として形成される残留基板部の第二主表面を覆うように、発光層部へ発光駆動電圧を印加するための光取出側電極を形成したことを特徴とする。なお、素子の「光取出面」とは、発光光束が外部に取出可能となっている素子表面のことであり、「主光取出面」とは、化合物半導体層の第一主表面又は第二主表面に形成される光取出面のことをいう。また、上記主光取出面以外にも、化合物半導体層に含まれる後述の透明厚膜半導体層あるいは補助電流拡散層の側面などが光取出面を構成可能である。また、「主化合物半導体層」は、発光層部を含む化合物半導体の積層体を、切欠き部底面を含む平面にて厚さ方向に二分したとき、発光層部を含んでいる部分のことをいう。
【０００８】
特許文献１及び非特許文献１においては、発光層部のＧａＡｓ基板に面しているのと反対側の主表面（第一主表面）を主光取出面とし、ＧａＡｓ基板が除去された第二主表面側は金属層の配置により反射面として利用する、というのが基本的な考え方である。この場合、反射面積をなるべく大きくしたほうが光取出効率の向上には好都合であるから、ＧａＡｓ基板を一部でも残せばその分だけ反射面積は減少し、しかもそれが光吸収性であることを考えれば、基板の一部を敢えて残すような思想が生まれるはずもなかった。
【０００９】
本発明者はそこで発想を転換し、発光層部を含む主化合物半導体層の、ＧａＡｓ基板に面している第二主表面を主光取出面として利用する構成について検討した。光吸収部として作用する成長用のＧａＡｓ基板は、これを除去することで発光層部からの発光光束を取り出すことができる。ただし、そのＧａＡｓ基板の全てを除去するのではなく、ＧａＡｓ基板の一部が主化合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となるように、その一部のみを切り欠くようにすれば、形成される切欠き部の底面を主光取出面として利用することができ、該部分へ向かう発光光束も外部へ取り出すことが可能となるので、光取出し効率を高めることができる。また、主化合物半導体層の第二主表面側には、発光駆動用の光取出側電極を形成する必要がある。該光取出側電極の直下領域では、ここに向かう発光光束が存在しても電極に遮られるため、いずれにしろ直接光としては取り出すことができない。そこで、本発明者は、残留基板部の第二主表面を該光取出側電極の形成領域として活用すれば、該残留基板部による光吸収作用を、光取出側電極による光遮断作用により埋没させることができ、その実害を大幅に軽減できることを見出して、本発明を完成させるに至ったのである。これにより、ＧａＡｓからなる残留基板部は、光吸収の影響がそれほど顕著化することがなくなり、ＧａＡｓ特有の物性をむしろ積極利用して、素子構成要素として有効活用するようなことも可能となる。
【００１０】
上記の光取出側電極には通電用ワイヤを接合することができる。発光層部と光取出側電極との間に介在する化合物半導体層（例えば後述の補助電流拡散層）の厚さが小さい場合（特に、２μｍ以下の場合）、電極ワイヤを光取出側電極へ接合しようとすると、接合による損傷の影響が発光層部に及びやすく、不良を生じやすい欠点がある。例えばワイヤの接合を、超音波溶接や、これにさらに熱を付加するサーモソニックボンディングにより行なう場合、ボンディングパッド直下の化合物半導体層には、超音波や加熱（さらには加圧）による衝撃応力が集中し、転位などの結晶欠陥が損傷として導入される。その損傷領域が発光層部に及んだ場合、具体的には次のような不具合につながる。
(1)発光輝度の直接的な低下。結晶欠陥による非発光遷移過程の増加が原因として考えられる。
(2)損傷領域が発光層部に及ぶと素子ライフが低下することにつながる。転位の形成された発光層に通電を継続すると、転位に電流が集中して転位の増殖が起こりやすくなり、発光輝度の経時的な劣化を引き起こす。
【００１１】
また、光取出側電極の直下に位置する化合物半導体層（例えば後述の補助電流拡散層）にドーパントの濃度不均一部が形成されていると、損傷領域が発光層部にまでは及ばなくとも、上記濃度不均一部に大きな抉れが生じ、不良を引き起こす惧れがある。
【００１２】
しかし、光取出側電極の直下に残留基板部が存在していれば、接合時に損傷領域が仮に生じても、その大半は残留基板部内部に留まり、発光層部や電流拡散層等にその影響が及びにくくなり、不良低減を図ることができる。この効果を顕著に達成するには、残留基板部の厚さを３μｍ以上確保しておくことが望ましい。
【００１３】
主化合物半導体層は、残留基板部と発光層部との間に位置する補助電流拡散層を有するものとして形成できる。これにより、切欠き部底面部への電流拡散効果が高められ、該切欠き部に対応した主光取出面領域への分配電流が増加するので、該主光取出面から取り出される発光光束をより増加することができる。また、光取出側電極に通電用ワイヤを接合する場合は、この補助電流拡散層は前述の残留基板部とともに、接合による損傷の影響が発光層部へ及ぶことを抑制するクッション層としての機能も果たしうる。なお、発光層部が、後述のＡｌＧａＩｎＰ等により、残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとして構成される場合、該補助電流拡散層は、第一導電型クラッド層よりも有効キャリア濃度を高めておくことで、電流拡散効果をより顕著なものとすることができる。また、補助電流拡散層を設ける代わりに、第一導電型クラッド層が第二導電型クラッド層よりも厚く形成することもできる。該構成では、第一導電型クラッド層の第二主表面側の部分（主光取出面側の表層部）が電流拡散層の役割を果たしていると見ることもできる。そして、該部分の有効キャリア濃度を残余の部分よりも高めておくことで、電流拡散効果をより顕著なものとすることができる。
【００１４】
次に、光取出側電極の直下領域では、発光層部をいくら光らせても発光光束の多くが光取出側電極に遮られ、外部に効率よく取り出すことができない。従って、光取出側電極の直下領域にて通電電流をなるべく少なくすることが望ましくなる。具体的には次のような構成を採用できる。すなわち、光取出側電極を、残留基板部を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに切欠き部の底面のうち残留基板部の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有するものとして形成する。また、接触抵抗低減用の接合合金化層を副電極と接する切欠き部の底面領域に形成する。これにより、光取出側電極は残留基板部外の接合合金化層を介して化合物半導体層と導通する。そして、該構造を前提として、第一の態様では、残留基板部を、発光層部にてｐ−ｎ接合を形成するｐ型層部とｎ型層部とのうち、該残留基板部に近い側のものと逆の導電型を有するものとして構成する。また第二の態様では、残留基板部を、発光層部にてｐ−ｎ接合を形成するｐ型層部とｎ型層部とのうち、該残留基板部に近い側のものと同一の導電型を有するものとし、かつ、発光層部と残留基板部との間に、残留基板部を被覆する形で、該残留基板部と逆の導電型を有する化合物半導体からなる反転層部を介挿する。いずれの構成においても、残留基板部と発光層部との間には、素子に発光駆動電圧（つまり、発光層部をなすｐ−ｎ接合部に対し順方向となる電圧）を印加したとき、逆バイアス状態となる反転ｐ−ｎ接合部が介在することになるので、発光光束が遮光されやすい光取出側電極直下領域への分配電流（すなわち発光）が抑制され、光取出し効率のさらなる向上に寄与する。
【００１５】
なお、上記のいずれの構成においても、光取出面側電極と残留基板部との間に、両者の接触抵抗を低減するための接合合金化層を形成するか否かは任意に選択できる。すなわち、いずれの構成においても、上記の反転ｐ−ｎ接合部が介在するため、光取出面側電極と残留基板部との間が接合合金化層を介して導通していても、上記の反転ｐ−ｎ接合部により光取出面側電極直下領域への電流は遮断できる。
【００１６】
また、光取出側電極が、残留基板部を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに切欠き部の底面のうち残留基板部の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有し、接触抵抗低減用の接合合金化層が、主電極と接する残留基板部には形成されず、副電極と接する切欠き部の底面領域には形成される構成とすることもできる。光取出側電極に上記のような副電極を設け、光取出側電極と主化合物半導体層との電気的な接続を、残留基板部外の切欠部底面に形成された接合合金化層との間でのみ確保することで、発光駆動時における残留基板部での電流密度を効果的に低減できる（この場合、残留基板部と主化合物半導体層との間に前述のような反転ｐ−ｎ接合部が特に形成されていなくともよい）。また、残留基板部を主電極で覆う場合、その主電極は面積を比較的大きくできるので、通電用ワイヤの接続も容易である。そして主電極が、残留基板部の周側面を覆う部分にて副電極と接続されると、通電用ワイヤから接合合金化層への給電部としての役割を果たす。通電用ワイヤの接合時に、残留基板部が損傷吸収効果をもたらすことは既に説明した通りである。
【００１７】
例えば、残留基板部の第二主表面には、光取出側電極との接触抵抗を減ずるための接合合金化層を形成することもできる。ＧａＡｓはバンドギャップエネルギーが小さく耐酸化性にも優れるので、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（例えば発光層部を形成するＡｌＧａＩｎＰや、電流拡散層を形成するＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＰなど）と比較して、金属電極との間で格段にオーミックコンタクトを取りやすい利点がある。従って、該ＧａＡｓからなる残留基板部を接合合金化層の形成領域として利用することで、素子の光取出側電極との接触抵抗を効果的に低減でき、ひいては素子の順方向電圧を低減できるようになる。
【００１８】
光取出側電極は、具体的には、残留基板部の第二主表面及び周側面とを覆う主電極と、切欠き部の底面のうち残留基板部の周側面に連なる一部領域を覆う副電極とを有するものとして形成できる。この場合、残留基板部の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部の周側面を傾斜面として形成し、光取出側電極をなす主電極と副電極とを一体の金属膜として形成することが望ましい。このようにすると、蒸着やスパッタ等の指向性の強い成膜法により金属膜（光取出側電極）を形成する場合、残留基板部の周側面を上記のような傾斜面としておくことで、該周側面にも金属膜を十分な厚さにて形成することができ、主電極と副電極との電気的導通をより確実なものとすることができる。
【００１９】
なお、光取出側電極とは異極性となる側の電極部（以下、異極性電極部ともいう）は、主化合物半導体層の第一主表面側に形成することができる。この構成によると、光取出側電極から異極性電極部に至る発光通電経路が主化合物半導体の積層方向に主体的に形成され、順方向電圧の低減に有効である。また、主光取出面が形成される主化合物半導体の第二主表面側に異極性電極部が形成されないので、該第二主表面に主光取出面を大きく確保でき、ひいては光取出し効率の向上に寄与する。
【００２０】
発光層部が、残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有する場合、主化合物半導体層の第二主表面側から少なくとも活性層の第一主表面までの区間を、第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、その電極用切欠き部の底面に異極性電極（光取出側電極とは異極性となる側の電極）を配置することもできる（以下、同面側電極取出構造ともいう）。この構成は、主化合物半導体の第二主表面側の一部が異極性電極の形成スペースとして消費される難点はあるが、発光駆動用の電極を同一主表面側に形成できる利点を生ずる。
【００２１】
例えば、ＩＩＩ族窒化物系の青色発光素子は、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長用の基板としてサファイア基板を使用するが、サファイア基板は絶縁体であり、しかもエッチング等による除去も困難なため、発光層部の下に該サファイア基板を残した形で素子化されるケースが多い。この場合、発光層部とサファイア基板との間に導電性の電極取出層を形成し、発光層部の一部を切り欠いて電極取出層を露出させ、ここに異極性電極を形成することが必須となる。こうした窒化物系青色発光素子のように、製造工程上、同面側電極取出構造を取らざるを得ない発光素子と、本発明の発光素子とを組み合わせて一体の発光モジュールを構成する場合に、本発明の発光素子に敢えて上記同面側電極取出構造を採用すれば、該別種の発光素子の光取出側電極又は異極性電極のうち、接地側となる電極を共通結線することができ、ワイヤボンディング等のアセンブリ工程を簡略化できる利点がある。また、ＲＧＢフルカラー発光素子モジュールのように、この種の発光素子を３個以上組み合わせてモジュール化する場合、それらの素子の接地側の電極電位は全て等しくなるため、これら電極をワイヤにより順次連結し、その末端に位置する電極のみを、素子チップを接着するステージ側の端子に接続する構成が可能となり、ステージ側端子の面積縮小、ひいてはモジュールの小型化にも寄与する。
【００２２】
本発明の発光素子においては、発光層部の第一主表面側に、発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる厚さ１０μｍ以上の透明厚膜半導体層を設けることができる。このような透明厚膜半導体層を設けることで、薄い発光層部に対し面内方向により均一に発光駆動電流を供給でき、該透明厚膜半導体層の側面からの取出光束も増加するので、素子全体としての光取出し効率を大幅に高めることができる。また、透明厚膜半導体層が素子全体の補強効果を高め、素子製造時のハンドリングがより容易になる。さらに、該透明厚膜半導体層の側で発光素子を、金属ペースト層を介して金属ステージ上に接着する構成とする場合、接着時に金属ペースト層がつぶれて変形して主化合物半導体層の周側面側に這い上がることがある。この這い上がった金属ペーストが発光層部のｐ−ｎ接合部側面に達すると、ｐ−ｎ接合部が短絡するなどの不具合を生ずることがある。しかし、上記のように、この接着側に設ける透明厚膜半導体層の厚さを１０μｍ以上（上限値に制限はないが、例えば２００μｍ以下である）に確保すれば、仮に金属ペーストが這い上がってもｐ−ｎ接合部にまで達する確率は小さくなり、上記短絡等の不具合を効果的に防止できる。
【００２３】
特に、上記の同面側電極取出構造を有する発光素子の場合、発光層部が接する層が導電性の透明厚膜半導体層であるから、これを上記の異極性電極を配置するための電極取出層として活用できる。透明厚膜半導体層は層厚が大きいため（１０μｍ以上）、シート抵抗の低減が容易であり、素子の順方向電圧の増加も招きにくい。さらに、基板に相当する部分が上記のように導電性の透明厚膜半導体層にて構成されていることで、該透明厚膜半導体層が静電気の放電路として機能するので、発光層部の帯電が軽減できる。
※「接地」と「カソード端子」は電気的に一致している必要はありません。中の説明でも書きましたが、直流電源の正極（つまりアノード）を接地し、負極（カソード）電圧をコントロールすることもできます。しかし、一般的には電源は負極を接地することが多いです。
【００２４】
また、主化合物半導体層は、透明厚膜半導体層よりも薄い化合物半導体層よりなる補助電流拡散層を有するものとして構成できる。
ただし、上記構成では、発光層部の第一主表面側に設ける補助電流拡散の厚さは小さくなるので、電流拡散効果は透明厚膜半導体層よりも劣る。そこで、これを補うために光取出側電極を、残留基板部の第二主表面及び周側面とを覆う主電極と、切欠き部の底面をなす補助電流拡散層の第二主表面の一部領域を覆うとともに、主電極の外周縁から延出する線状の副電極とを有するものとして構成することが有効である。上記のような副電極を設けることで、駆動電圧を印加した際に、主光取出面内の電界分布の偏りを軽減することができ、主光取出面全体に、より一様に電圧印加することができるので、電流拡散効果を高めることがでできる。また、主電極の直下に位置する残留基板部を前述のごとく電流阻止層として機能させれば、主電極の直下に向かう電流を遮断でき、主光取出面をなす主電極の背景領域への電流分配量を増加できるので、光取出し効率を高めることができる。この場合、前述のごとく、残留基板部の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部の周側面が傾斜面として形成し、光取出側電極をなす主電極と副電極を一体の金属膜として形成すれば、主電極と副電極との電気的導通をより確実なものとすることができる。
【００２５】
次に、本発明の発光素子の第二の構成は、
ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部を有した主化合物半導体層をＧａＡｓ基板の第一主表面上にエピタキシャル成長し、ＧａＡｓ基板の一部が主化合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となるように、該ＧａＡｓ基板の一部を切り欠いて切欠き部を形成し、該切欠きの結果として形成される残留基板部の第二主表面を覆うように、発光層部へ発光駆動電圧を印加するための第一電極部を形成する一方、
発光層部が、残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層をこの順序で積層したダブルへテロ構造を有してなり、発光層部の第一主表面側には、発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる透明半導体層が形成されてなり、さらに、主化合物半導体層の第二主表面側から少なくとも活性層の第一主表面までの区間を、第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、該電極用切欠き部の底面に第一電極部とは異極性となる第二電極部を配置するとともに、主化合物半導体層の第一主表面を主光取出面とすることを特徴とする。
【００２６】
この構成は、同面側電極取出構造を採用した第一の構成の発光素子の上下を反転し、透明半導体層の第一主表面側に電極を形成せず、該第一主表面側から発光光束を主に取り出すようにしたものに相当する。同面側電極取出構造では、２つの電極を同一面側に形成する必要があるので、電極形成スペースも限られたものとなる。本発明の第二の構成によると、そのうちの第一電極部を残留基板部の第二主表面に形成する。ＧａＡｓはバンドギャップエネルギーが小さく耐酸化性にも優れるので、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（例えば発光層部を形成するＡｌＧａＩｎＰや、電流拡散層を形成するＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＰなど）と比較して、金属電極との間で格段にオーミックコンタクトを取りやすい利点がある。従って、該ＧａＡｓからなる残留基板部を第一電極部の形成領域として利用することで、素子の第一電極部との接触抵抗を効果的に低減でき、素子の順方向電圧を低減できるようになる。また、第一電極部の形成領域以外にてＧａＡｓ基板を切り欠くことで、該領域でのＧａＡｓ基板による光吸収が抑制され、反射光等の形で外部に取り出すことで光取出し効率の向上に寄与する。そして、電極形成されない透明厚膜半導体層の第一主表面が主光取出面となるので、該主光取出面の面積が拡大され、光取出し効率が大幅に向上する。さらに、主化合物半導体層の第二主表面側に全ての電極が形成されるので、例えば素子チップを基板上に面実装する構成も容易となり、素子チップのアセンブリ工程の簡略化にも寄与する。
【００２７】
また、透明半導体層は、厚さ１０μｍ以上とすることで、薄い発光層部に対し面内方向により均一に発光駆動電流を供給でき、該透明厚膜半導体層の側面からの取出光束も増加するので、素子全体としての光取出し効率を大幅に高めることができる。また、発光層部に対する補強効果も高められ、素子製造時のハンドリングがより容易になる。
【００２８】
本発明の発光素子の第一及び第二構成においては、発光層部と残留基板部との間に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層を設けることもできる。ＤＢＲ層は残留基板部上にエピタキシャル成長可能であり、光吸収性の残留基板部の直下に位置する領域であっても、発光光束をＤＢＲ層により下向きに反射することができるので、発光光束が残留基板部への吸収により損失する不具合を解消することができる。反射された発光光束は残留基板部等に吸収されない限り、素子の別部分での反射等を利用して素子外へ取り出すことが可能になるので（吸収されれば素子外へ取り出せる可能性は本質的に喪失する）、素子の光取出し効率向上に寄与する。
【００２９】
なお、残留基板部は主化合物半導体層よりも厚さを小とすることにより、発光素子のチップ部分の低背化を図ることができ、ひいては素子の小型化に寄与する。また、残留基板部の厚みが減じられることで、切欠き部形成により通電断面積が減少しているにもかかわらず、素子の直列抵抗が増加しにくくなり、順方向電圧低減や発光効率向上に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を添付の図面を用いて説明する。本実施形態において各層及び基板の主表面は、図１のごとく、発光素子１００の主光取出面ＥＡを上側にした状態を正置状態として、該正置状態における図面下側に表れる面を第一主表面、上側に表れる面を第二主表面として統一的に記載する。従って、工程説明の都合上、上記正置状態に対し上下を反転した転置状態にて図示を行なう場合は、該図示における第一主表面と第二主表面の上下関係も反転する。
【００３１】
図１は本発明の一実施形態である発光素子１００を模式的に示すものである。発光素子１００において発光層部２４を有した主化合物半導体層４０は、ＧａＡｓ基板１０（図２の工程２参照）の第二主表面上にエピタキシャル成長されたものである。そして、該ＧａＡｓ基板１０の周縁部が切り欠かれることにより切欠き部１ｊが形成され（図２の工程５参照）、当該切欠き部１ｊの周縁に残された基板部分が残留基板部１とされている。図２の工程２は層成長時の上下関係で描いており、図１はこれと上下反転している（従って、第一主表面は、図１中にて層や基板の下面として表れる）。切欠き部１ｊの底面は主光取出面ＥＡを形成し、発光層部２４に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極９が残留基板部１の第二主表面を覆うように形成されている。図１において、透明厚膜半導体層９０、結合層７、発光層部２４及び補助電流拡散層９１は主化合物半導体層４０に属し、バッファ層２及び残留基板部１は主化合物半導体層４０に属さない。
【００３２】
発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、第一導電型クラッド層、本実施形態ではｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６と、前記第一導電型クラッド層とは異なる第二導電型クラッド層、本実施形態ではｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層４とにより挟んだ構造を有し、活性層５の組成に応じて、発光波長を、緑色から赤色領域（発光波長（ピーク発光波長）が５５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下）にて調整できる。
【００３３】
発光素子１００においては、発光層部２４の第一主表面側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、第二主表面側（つまり、主光取出面側）にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、通電極性は光取出側電極９が負である。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。また、残留基板部１はｎ型ＧａＡｓからなり、光取出側電極９はＡｕ薄膜により形成されている。残留基板部１と光取出側電極９との間には、両者の接触抵抗を減ずるための接合合金化層９ａが形成されている。接合合金化層９ａは、Ａｕ又はＡｇを主成分として（５０質量％以上）、これに、コンタクト先となる半導体の種別及び導電型に応じ、オーミックコンタクトを取るための合金成分を適量配合したコンタクト用金属を半導体表面上に膜形成した後、合金化熱処理（いわゆるシンター処理）を施すことにより形成されたものである。ｎ型層とのコンタクトを取るために、ここでは接合合金化層９ａをＡｕＧｅＮｉ合金（例えばＧｅ：１５質量％、Ｎｉ：１０質量％、残部Ａｕ）を用いて形成している。
【００３４】
主化合物半導体層４０においては、発光層部２４の第一主表面上に、ＧａＰ（あるいはＧａＡｓＰやＡｌＧａＡｓでもよい：ここではｐ型）よりなる透明厚膜半導体層９０が形成されている。透明厚膜半導体層９０は接合合金化層２１によりオーミック接触が形成できる程度に有効キャリア濃度（従って、ｐ型ドーパント濃度）が高められている（例えばｐ型クラッド層６と同等以上であって２×１０１８／ｃｍ３以下）。透明厚膜半導体層９０は、例えば１０μｍ以上２００μｍ以下（好ましくは４０μｍ以上２００μｍ以下）の厚膜に形成されることで、層側面からの取出光束も増加させ、発光素子全体の輝度（積分球輝度）を高める役割も担う。また、発光層部２４からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にて構成することで、発光光束に対する吸収も抑制されている。
【００３５】
透明厚膜半導体層９０の第一主表面側は、金属ステージ５２上にＡｇペースト等からなる金属ペースト層１７を介して接着され、該金属ペースト層１７が反射部を形成している。また、透明厚膜半導体層９０の第一主表面には、光取出側電極９側と同様に接合合金化層２１が分散形成され、該接合合金化層２１が金属ペースト層１７より覆われている。これにより、発光層部２４は、金属ペースト層１７を介して金属ステージ５２に電気的に接続される。一方、光取出側電極９は、導体金具５１にＡｕワイヤ等で構成された通電用ワイヤ９ｗを介して電気的に接続される。発光層部２４には、金属ステージ５２及び導体金具５１に一体化された図示しない駆動端子部を介して発光駆動電圧が印加される。
【００３６】
本実施形態において接合合金化層２１は、ｐ型層とのコンタクトを取るためにＡｕＢｅ合金を用いて形成されている。接合合金化層２１は反射率が比較的低いため、該領域での反射光束を増加させる効果と、接合合金化層２１との接触抵抗を低減する効果とのバランスを考慮し、透明厚膜半導体層９０第一主表面の全面積に対する接合合金化層２１の形成面積の比率を１％以上２５％以下に調整することが望ましい。なお、接合合金化層２１をＡｕ層、Ａｇ層あるいはＡｌ層などの高反射率の金属反射層３２で覆い、該金属反射層３２を、金属ペースト層１７を介して金属ステージ５２に接着してもよい。
【００３７】
なお、透明厚膜半導体層９０の側で発光素子を、金属ペースト層１７を介して金属ステージ５２に接着する場合、図１に一部拡大して示すように、その接着時に金属ペースト層１７がつぶれて変形して主化合物半導体層４０の周側面側に這い上がることがある。しかし、本実施形態では、この接着側に設ける透明厚膜半導体層９０の厚さを４０μｍ以上２００μｍ以下と厚くしてあり、仮に金属ペーストが這い上がっても発光層部（ｐ−ｎ接合部）２４にまで達する確率は小さくなり、ｐ−ｎ接合の短絡等を効果的に防止できる。
【００３８】
また、残留基板部１と発光層部２４との間には、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ等の化合物半導体よりなる補助電流拡散層９１が形成されている。補助電流拡散層９１の厚さは例えば０．５μｍ以上３０μｍ以下（望ましくは１μｍ以上１５μｍ以下）であり、発光層部２４の、これに近い側のクラッド層（本実施形態ではｎ型クラッド層４）よりも有効キャリア濃度（従って、ｎ型ドーパント濃度）が高くされ、面内の電流拡散効果が高められている。なお、ｎ型クラッド層４（第一導電型クラッド層）の厚さをｐ型クラッド層６（第二導電型クラッド層）よりも厚くし、該ｎ型クラッド層４の第二主表面側の表層部に補助電流拡散層としての機能を担わせることも可能である。
【００３９】
上記の構成によると、光吸収部として作用する成長用のＧａＡｓ基板１０（図２）の一部が主化合物半導体層４０の第二主表面上への残留基板部１となるように、その一部のみが切り欠かれている。これにより、形成される切欠き部１ｊの底面を主光取出面ＥＡとして利用することができ、該部分へ向かう発光光束を外部へ直接取り出すことが可能となるので、光取出し効率を大幅に高めることができる。他方、残留基板部１の第二主表面は光取出側電極９の形成領域として活用され、光取出側電極９による光遮断作用により、残留基板部１による光吸収作用が不具合として顕在化しなくなっている。また、バンドギャップエネルギーが小さく耐酸化性にも優れるＧａＡｓからなる残留基板部１の第二主表面に光取出側電極９用の接合合金化層９ａを形成することで、より良好なオーミックコンタクトが実現し、素子の順方向電圧低減に寄与している。
【００４０】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図２の工程１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ単結晶からなる成長用基板１０を用意する。そして、工程２に示すように、その成長用基板１０の第一主表面上にＧａＡｓバッファ層２を成長し、さらに、補助電流拡散層９１を成長する。続いて、発光層部２４として、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、ＡｌＧａＩｎＰ活性層（ノンドープ）５、及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６を、この順序にて周知のＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法によりエピタキシャル成長させる。次に工程３に進み、透明厚膜半導体層９０（厚さ：４０μｍ以上２００μｍ以下（例えば１００μｍ））を、例えばハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method：ＨＶＰＥ）あるいはＭＯＶＰＥ法を用いてエピタキシャル成長する。特に、ＧａＰ、ＧａＡｓＰあるいはＡｌＧａＡｓからなる透明厚膜半導体層９０は、ＨＶＰＥ法により良質のものを高速成長しやすく、水素や炭素の残留も少ない利点がある。なお、透明厚膜半導体層９０は、ＧａＰ、ＧａＡｓＰあるいはＡｌＧａＡｓからなる基板を発光層部２４に貼り合わせることにより形成してもよい。この場合は、発光層部２４に続く形でＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓからなる結合層７を形成しておき、この結合層７にＧａＰ、ＧａＡｓＰあるいはＡｌＧａＡｓからなる基板を貼り合わせるようにすれば、該貼り合わせをより確実に行なうことができる。ＨＶＰＥ法を用いる場合は、結合層７は特に不要である。
【００４１】
そして、工程４に進み、成長用基板１０の厚さを減ずる処理を行なう。本実施形態では該処理を、成長用基板１０の第二主表面側部分１”を研削により除去し、残った基板部分を基板本体部１’としている。
【００４２】
次に、工程５に進み、基板本体部１’の残留基板部１として予定された領域以外の周縁部分をＧａＡｓバッファ層２とともに、周知のフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングにより除去し、切欠き部１ｊを形成する。そして、工程６（工程５までと上下を反転して描いている）に示すように、該残留基板部１の第二主表面に、接合合金化層を形成するための金属材料層を蒸着等により形成し、３５０℃以上５００℃以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、接合合金化層９ａとする。また、透明厚膜半導体層９０の第一主表面に接合合金化層２１を同様に分散形成する（接合合金化層９ａと合金化熱処理を兼用することができる）。接合合金化層９ａは図１に示すごとく、Ａｕ等を蒸着することにより光取出側電極９にて覆う。なお、基板本体部１’の第二主表面の、残留基板部１として予定された領域に接合合金化層９ａ（あるいは接合合金化層９ａ及び光取出側電極９）を先に形成し、これを切欠き部１ｊを形成するためのエッチングマスクに兼用することもできる。
【００４３】
図３に示すように、成長用基板１０上には、発光素子チップ３０ｃが複数個マトリックス状に配列した形で一括形成される。このとき、上記切欠き部１ｊは隣接した発光素子チップ３０ｃ同士のものが一体化されているので、その幅方向中央位置に設定された切断線ＣＬに沿って切断することにより、個々の発光素子チップ３０ｃに分離される。図１に示すごとく、分離後の発光素子チップ３０ｃの透明厚膜半導体層９０の第一主表面（接合合金化層２１が形成されている）を金属ペースト層１７により金属ステージ５２に接着し、さらに光取出側電極９と導体金具５１とを通電用ワイヤ９ｗにより接続すれば発光素子１００が完成する。なお、光取出側電極９に通電用ワイヤ９ｗをサーモソニックボンディング等により接合する際に、残留基板１は、その接合による損傷が発光層部や補助電流拡散層９１に及ぶことを抑制する働きをなす。
【００４４】
上記発光素子１００の成長用基板１０は、光吸収性化合物半導体であるＧａＡｓにて要部が構成されるが、これを発光層部２４の成長後に全て除去するのではなく、厚さを減じて基板本体部１’とした後に、その一部切り欠く形で、主光取出面ＥＡとして機能する切欠き部１ｊを形成する。そして、切欠き部１ｊ形成に関与しない基板部分は残留基板部１となり、ウェーハの剛性向上機能も果たしうる。
【００４５】
以下、本発明の発光素子の種々の変形例について説明する。なお、図１の発光素子１００との共通部分も多いので、以下、その相違点につき説明する。従って、以下に説明する相違点以外の部分は、図１の発光素子１００と同一の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を繰り返さない。また、共通の構成要素には共通の符号を付与する。
【００４６】
図４の発光素子３００は、発光層部２４と残留基板部１との間に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させるＤＢＲ層３０が設けられている。ＤＢＲ層３０は残留基板部１上にエピタキシャル成長可能である。ＤＢＲ層３０は、光吸収性の残留基板部１の直下に位置する領域であっても、発光光束ＥＢを下向きに反射することができるので、発光光束ＥＢが残留基板部１に吸収されて損失する不具合を解消することができる。反射された発光光束ＥＢは残留基板部等に吸収されない限り、直接あるいは素子の別部分（例えば金属ペースト層１７あるいは金属反射層３２）での反射を利用して素子外へ取り出すことが可能になる。
【００４７】
図５の発光素子４００では、補助電流拡散層９１の第二主表面（すなわち、切欠き部１ｊの底面）にて、残留基板部１の周囲に接合合金化層９ａを形成し、これを残留基板部１とともに光取出側電極９により一括して覆う構成とすることもできる。この場合、光取出側電極９は、残留基板部１の第二主表面及び周側面とを覆う主電極９ｍと、切欠き部１ｊの底面のうち残留基板部１の周側面に連なる一部領域を覆う副電極９ｂとを有したものとして形成される。接触抵抗低減用の接合合金化層９ａは、主電極９ｍと接する残留基板部１には形成されず、副電極９ｂと接する切欠き部１ｊの底面領域には形成されることとなる。従って、発光駆動電流は残留基板部１を迂回して主光取出面側に優先的に流れ、光取出し効率が向上する。
【００４８】
なお、透明厚膜半導体層９０あるいは副電極９ｂにより十分な電流拡散効果が得られる場合は、補助電流拡散層９１を省略することも可能である。この場合、切欠き部１ｊの底面は発光層部２４の第二主表面が形成する。また、副電極９ｂを設ける場合は、接合合金化層９ａとともに発光層部２４上に形成することとなる。
【００４９】
また、残留基板部１の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部１の周側面１ｓが傾斜面として形成されている。光取出側電極９をなす主電極９ｍ（すなわち、残留基板部１の第二主表面及び周側面１ｓとを覆う部分）と副電極９ｂ（切欠き部１ｊの底面を覆う部分）とは、一体の金属膜として形成される。蒸着やスパッタ等の指向性の強い成膜法により金属膜を形成する場合、残留基板部１の周側面１ｓを上記のような傾斜面としておくことで、該周側面１ｓにも金属膜を十分な厚さにて形成することができ、ひいては、主電極９ｍと副電極９ｂとの電気的接続を確実に行なうことができる。なお、残留基板部１を覆う主電極は面積も大きく、通電用ワイヤ９ｗの接続も容易である。
【００５０】
周側面１ｓが傾斜面となった残留基板部１は、図２の工程５のエッチングを、次のように実施することで得られる。まず、図６の工程１に示すように、ＧａＡｓからなる基板本体部１’と発光層部２４との間には、ＡｌＩｎＰよりなるエッチストップ層１ｐを形成しておく。次に、工程２に示すように、基板本体部１’の第二主表面（面方位を＜１００＞とする）のうち、残留基板部１として残す領域をエッチングレジストＭＳＫにより覆い、残余の部分を、アンモニア−過酸化水素水溶液をエッチング液としてメサエッチングする。残留基板部１の周側面は、上記エッチング液の異方性エッチング効果により傾斜面となる。そして、工程３に示すように、塩酸をエッチング液としてエッチストップ層１ｐを除去し、さらにエッチングレジストＭＳＫを除去すればよい。
【００５１】
図７の発光素子５００においては、図５の発光素子４００の残留基板部１を、発光層部２４にてｐ−ｎ接合を形成するｐ型層部とｎ型層部とのうち、該残留基板部１に近い側のもの（すなわち、ｎ型クラッド層４）と逆の導電型（つまり、ｐ型）を有する反転層部１ｒとして構成している。この場合、光吸収性化合物半導体基板としてｐ型のＧａＡｓ基板を用いればよい。また、図８の発光素子６００においては、図５の発光素子４００と同様に残留基板部１を、発光層部２４にてｐ−ｎ接合を形成するｐ型層部とｎ型層部とのうち、該残留基板部に近い側のもの（すなわち、ｎ型クラッド層４）、と同一の導電型（つまりｎ型）を有するものとしている。そして、発光層部２４と残留基板部１との間には、残留基板部１を選択被覆する形で、該残留基板部１と逆の導電型（つまりｐ型）を有する化合物半導体からなる反転層部９３を介挿している。いずれも、発光駆動時に逆バイアスとなる反転ｐ−ｎ接合部が、残留基板部１と発光層部２４との間に形成され、残留基板部１による電流遮断層としての機能を一層高めることができる。
【００５２】
図７及び図８の構成においては、図５と同様に、接合合金化層９ａを、副電極９ｂと接する切欠き部１ｊの底面領域にのみ形成してもよいが、接合合金化層９ａが残留基板部１をも覆う構成になっていても、反転ｐ−ｎ接合部の介在により電流遮断効果は問題なく達成できる。そこで、これを利用すれば、接合合金化層９ａは、副電極９ｂ及び主電極９ｍを有した光取出側電極９と形状一致させた形で、副電極９ｂと接する切欠き部１ｊの底面領域とともに残留基板部１も一括して覆うものとして形成することが可能となる（図では、残留基板部１を覆う部分を符号９ｋにより表している）。このように同一形状で重なり合う接合合金化層９ａ（９ｋ）と光取出側電極９とは、形状のパターンニングを１回のフォトリソグラフィーにて行なうことができ、工程の簡略化に寄与する。
【００５３】
図９の発光素子７００では光取出側電極９を、残留基板部１の第二主表面及び周側面を覆う主電極９ｍと、切欠き部１ｊの底面をなす補助電流拡散層９１の第二主表面の一部領域を覆うとともに、主電極９ｍの外周縁から延出する線状の副電極９ｂとを有するものとして構成している。ここでは、線状の副電極９ｂが、主電極９ｍを中心として主光取出面上に放射状に形成されている。副電極９ｂを上記のように形成することで、駆動電圧を印加した際に、主光取出面内の電界分布の偏りを軽減することができ、主光取出面ＥＡ全体に、より一様に電圧印加することができ、ひいては電流拡散効果を高めることがでできる。
【００５４】
本実施形態では接合合金化層９ａも副電極９ｂと重なる線状に形成しており、主電極９ｍの直下に位置する残留基板部１には接合合金化層を形成していない。従って、残留基板部１はここでも電流阻止層として機能し（図７あるいは図８の構成を採用してもよい）、主電極９ｍの直下に向かう電流を遮断できる。その結果、主光取出面ＥＡをなす主電極９ｍの背景領域（つまり、切欠き部１ｊ）への電流分配量を増加でき、光取出し効率を高めることができる。なお、残留基板部１の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部１の周側面が傾斜面１ｓとして形成され、光取出側電極９をなす主電極９ｍと副電極９ｂとが一体の金属膜として形成されている。
【００５５】
なお、上記の実施形態においては、光取出側電極９とは異極性となる側の電極部（接合合金化層２１あるいは金属反射膜）を、いずれも透明厚膜半導体層９０の第一主表面側に形成していたが、主化合物半導体層４０の第二主表面側から少なくとも活性層５の第一主表面までの区間を、前記第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、その電極用切欠き部の底面に上記異極性となる側の電極を配置した、前述の同面側電極取出構造としてもよい。以下、その具体例について説明する。
【００５６】
図１０の発光素子８００は、図１の発光素子１００を同面側電極取出構造とした例である（発光素子１００と同一の符号を有していて特に説明のない要素は、発光素子１００と同一の構成であり、発光素子１００の詳細説明にて代用する）。主化合物半導体層４０の補助電流拡散層９１から発光層部２４（及び結合層７）までが、第二主表面側で一部領域にて周知のフォトリソグラフィー工程により切り欠かれ、電極用切欠き部ＪＫが形成されている。そして、該電極用切欠き部ＪＫの底面をなす透明厚膜半導体層９０の第二主表面領域に、接合合金化層２１及び異極性電極３３２が形成されている。なお、透明厚膜半導体層９０の第二主表面を含む表層部が、電流拡散効果を高めるために、残余の領域よりも有効キャリア濃度が高められた高濃度ドーピング層９０ｈとされている。また、光取出側電極９及び異極性電極３３２には、通電用ワイヤ９ｗ及び３２ｗがぞれぞれ接合されている。なお、切欠き部ＪＫの底面は、クラッド層６により形成してもよい。
【００５７】
図１１の発光素子９００は、図４の発光素子３００を同様に同面側電極取出構造とした例である。さらに、図１２の発光素子１０００は、図１１の発光素子９００から補助電流拡散層９１を省略した構成に相当する。
【００５８】
図１３は、赤色（Ｒ）発光素子チップ１６３、緑色（Ｇ）発光素子チップ１６１及び青色（Ｂ）発光素子チップ１６２を全て同面側電極取出構造とし、これらを組み合わせて構成したＲＧＢフルカラー発光素子モジュール１５０の一例を示すものである。各発光素子チップ１６１〜１６３の光取出側電極９はカソード側（接地側：負極性の電源が使える場合は、アノード側を接地側としてもよい）であり、電極電位は全て等しくなるため、これら電極９をワイヤ９ｗにより順次連結し、その末端に位置する電極のみ、素子チップを接着するステージ１５３側のカソード端子（光取出側電極９がアノードである場合はアノード端子）１５２に接続している。端子１６２にはワイヤを１本接続すればよいだけなので、面積が比較的小さくて済む（ただし、本発明は、各光取出側電極９から個別にワイヤ９ｗを端子１５２に接続する態様を排除するものではない）。他方、異極性電極３３２は全てアノード（光取出側電極９がアノードである場合はカソード）となり、発光光束の混合比調整のため、印加電圧（ないしデューティ比）が個別に調整される。従って、ワイヤ３３２ｗにより個別のアノード端子（異極性電極３３２がカソードである場合はカソード端子）１５１に接続されている。
【００５９】
発光素子チップ１６１〜１６３のうち、赤色（Ｒ）発光素子チップ１６３と緑色（Ｇ）発光素子チップ１６１とはＡｌＧａＩｎＰを用いた本発明の構成（例えば、図１０の発光素子８００、図１１の発光素子９００及び図１２の発光素子１０００のいずれかである）を採用している。両素子チップの活性層５は、発光波長に応じて異なるＡｌＧａＩｎＰ組成を有する。他方、青色（Ｂ）発光素子チップ１６２は、ＩｎＡｌＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物系の青色発光素子として構成されている。該素子チップ１６２には、ＩＩＩ族窒化物によるダブルへテロ構造の発光層部２２４（及び電極取出層２２５）をエピタキシャル成長するための絶縁性のサファイア基板１９０が残され、該サファイア基板１９０を介してステージ１５３上に金属ペースト等により接着されている。異極性電極３３２は、電極取出層２２５の表面に形成されている。他方、本発明に係る発光素子チップ１６１，１６３は、導電性の透明厚膜半導体層９０を介してステージ１５３上に金属ペースト等により接着されている。これにより、透明厚膜半導体層９０が静電気の放電路として機能し、発光層部２４の帯電が軽減される。
【００６０】
図１０の発光素子８００、図１１の発光素子９００及び図１２の発光素子１０００は、それぞれ素子の上下を反転し、透明厚膜半導体層９０の第一主表面側に電極を形成せず、該第一主表面を主光取出面とすることで、それぞれ図１４の発光素子１１００、図１５の発光素子１２００及び図１６の発光素子１３００とすることができる。これら発光素子１１００〜１３００はいずれも、本発明の発光素子の第二の構成の実施形態を構成する。各発光素子１１００〜１３００において図１０〜図１２の発光素子８００〜１０００と同一の符号を有していて特に説明のない要素は、同一の構成要素であり、詳細な説明は省略する）。ただし、いずれの図においても、光取出側電極は第一電極（第一電極部）９、異極性電極３３２は第二電極（第二電極部）３３２と読み替える。なお、Ａｕ電極等で構成された第一電極９及び異極性電極３３２は省略することもでき、この場合は接合合金化層９ａ及び２１が、それぞれ第一電極部及び第二電極部を構成する。
【００６１】
各構成においてＧａＡｓからなる残留基板部１の採用により、接合合金化層９ａとの接触抵抗をより低減することができる。また、透明厚膜半導体層９０の、電極形成されない第一主表面を主光取出面とすることで、光取出効率がより向上する。さらに、主化合物半導体層４０の第二主表面側に全ての電極９，３２が形成されるので、例えば素子チップを基板上に面実装する構成が容易となり、素子チップのアセンブリ工程の簡略化にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の発光素子の、第一の構成の一例を示す断面模式図。
【図２】図１の発光素子の製造方法の一例を示す工程説明図。
【図３】発光素子チップの切断線の設定例を示す模式図。
【図４】図１の発光素子の第一変形例を示す断面模式図。
【図５】図１の発光素子の第二変形例を示す断面模式図。
【図６】周側面が傾斜面となった残留基板部の形成方法を示す工程説明図。
【図７】図１の発光素子の第三変形例を示す断面模式図。
【図８】図１の発光素子の第四変形例を示す断面模式図。
【図９】図１の発光素子の第五変形例の要部を示す断面模式図及び平面図。
【図１０】図１の発光素子の第六変形例を示す断面模式図。
【図１１】図１の発光素子の第七変形例を示す断面模式図。
【図１２】図１の発光素子の第八変形例を示す断面模式図。
【図１３】図１０〜図１２の発光素子の応用例を示す断面模式図。
【図１４】本発明の発光素子の、第二の構成の第一例を示す断面模式図。
【図１５】本発明の発光素子の、第二の構成の第二例を示す断面模式図。
【図１６】本発明の発光素子の、第二の構成の第三例を示す断面模式図。
【符号の説明】
【００６３】
１００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００，１２００，１３００  発光素子
１，１ｒ  残留基板部
１ｊ  切欠き部
１ｓ  周側面
４  ｎ型クラッド層（ｎ型層部）
５  活性層
６  ｐ型クラッド層（ｐ型層部）
９  光取出側電極
９ａ  接合合金化層
９ｍ  主電極
９ｂ  副電極
９３  反転層部
１７  金属ペースト層
２１  接合合金化層
２４  発光層部
３０  ＤＢＲ層
３２  金属反射膜
４０  主化合物半導体層
５２  金属ステージ
９０  透明厚膜半導体層
９１  補助電流拡散層
ＪＫ  電極用切欠き部
３３２  異極性電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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