(57)【要約】【課題】光出力特性の低下および製造歩留りの低下を抑制することが可能な窒化物系発光素子を提供する。【解決手段】この窒化物系発光素子は、銅と酸化銅とを含む導電性基板１と、導電性基板１に接合された窒化物系半導体素子層１０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類の金属と１種類の金属酸化物とを含む導電性基板と、
前記導電性基板に接合された窒化物系半導体素子層とを備えた、窒化物系発光素子。
【請求項２】
前記導電性基板と前記窒化物系半導体素子層とは、電極および導電性材料の少なくとも１つを介して接合されている、請求項１に記載の窒化物系発光素子。
【請求項３】
前記金属は、銅を含み、
前記金属酸化物は、酸化銅を含む、請求項１または２に記載の窒化物系発光素子。
【請求項４】
前記導電性基板は、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系発光素子。
【請求項５】
前記導電性基板は、１２０ＧＰａ以下のヤング率を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系発光素子。
【請求項６】
前記導電性基板は、１８×１０−６／Ｋ以下の線膨張係数を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物系発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系発光素子に関し、特に、窒化物系半導体素子層を備えた窒化物系発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物系半導体からなる窒化物系半導体素子層を備えた窒化物系発光ダイオード素子などの窒化物系発光素子の開発が盛んに行われている。特に、最近では、窒化物系発光ダイオード素子を照明器具の光源として用いるために、素子の光出力特性の向上および印加電流の大電流化の開発が進められている。このような窒化物系発光ダイオード素子を形成する際には、ＧａＮなどの窒化物系半導体基板が高価であるため、窒化物系半導体基板よりも安価なサファイア基板上に、窒化物系半導体素子層を成長させている。
【０００３】
図３５は、従来の窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。図３５を参照して、従来の窒化物系発光ダイオード素子では、絶縁性のサファイア基板１０１上に、バッファ層１０２、下地層１０３、ｎ型コンタクト層１０４、ｎ型クラッド層１０５および活性層１０６が順次形成されている。活性層１０６上には、キャップ層１０７、ｐ型クラッド層１０８およびｐ型コンタクト層１０９が順次形成されている。そして、上記したｎ型コンタクト層１０４、ｎ型クラッド層１０５、活性層１０６、キャップ層１０７、ｐ型クラッド層１０８およびｐ型コンタクト層１０９によって、窒化物系半導体素子層１００が構成されている。
【０００４】
また、窒化物系半導体素子層１００は、ｎ型コンタクト層１０４が露出するように、ｐ型コンタクト層１０９の上面からｎ型コンタクト層１０４の途中の深さまでの所定領域が除去されている。そして、ｐ型コンタクト層１０９上には、ｐ側電極１１０が形成されているとともに、ｎ型コンタクト層１０４の露出した表面上の所定領域には、ｎ側電極１１１が形成されている。
【０００５】
図３５に示した従来の窒化物系発光ダイオード素子では、上記したように、サファイア基板１０１とは反対側の窒化物系半導体素子層１００の表面からｐ側電極１１０およびｎ側電極１１１を取り出している。このため、発光面積を大きくして光出力特性を向上させるためには、ｐ側電極１１０およびｎ側電極１１１が形成されていないサファイア基板１０１側から光を出力させる必要がある。したがって、図３５に示した従来の窒化物系発光ダイオード素子では、ｐ側電極１１０およびｎ側電極１１１側から基台（図示せず）に取り付けるフリップチップ方式が用いられている。
【０００６】
しかしながら、図３５に示した従来の窒化物系発光ダイオード素子では、ｐ型コンタクト層１０９上に形成されたｐ側電極１１０と、ｎ型コンタクト層１０４の露出した表面上に形成されたｎ側電極１１１との間に段差がある。このため、図３５に示した従来の窒化物系発光ダイオード素子をフリップチップ方式で組み立てる場合には、基台にｐ側電極１１０とｎ側電極１１１との段差に対応する段差部を設けるとともに、その段差部とｐ側電極１１０およびｎ側電極１１１との位置が一致するように精密な位置制御が必要となる。このため、製造歩留りが低下するという不都合があった。また、図３５に示した従来の窒化物系発光ダイオード素子のサファイア基板１０１は、熱伝導率が低いので、窒化物系半導体素子層１００で発生した熱を十分に放熱するのが困難であるという不都合もあった。
【０００７】
そこで、従来では、サファイア基板上に窒化物系半導体素子層を成長させた後、その窒化物系半導体素子層に、ＧａＡｓなどからなる劈開性を有する導電性基板を接合するとともに、サファイア基板を除去した窒化物系発光ダイオード素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１では、導電性基板を用いているため、ｐ側電極およびｎ側電極を、窒化物系半導体素子層を挟んで対向するように配置することができる。このため、絶縁性であるサファイア基板を用いる場合のように、精密な位置制御を必要とするフリップチップ方式で組み立てる必要がないので、製造歩留りを向上させることが可能となる。
【特許文献１】特開平９−８４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示された窒化物系発光ダイオード素子のＧａＡｓなどからなる導電性基板は、熱伝導率が十分に高くないので、サファイア基板を用いる場合と同様、窒化物系半導体素子層で発生した熱を十分に放熱するのが困難であるという不都合がある。その結果、窒化物系発光ダイオード素子に大電流を流した場合に、熱により光出力特性が低下するという問題点がある。また、ＧａＡｓなどからなる導電性基板では、ＧａＮなどからなる窒化物系半導体素子層との間の線膨張係数の差が大きくなるので、窒化物系発光ダイオード素子を製造する際に、線膨張係数の差に起因する素子の反りが発生するという不都合が生じる。その結果、素子の反りに起因して製造歩留りが低下するという問題点もある。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、光出力特性の低下および製造歩留りの低下を抑制することが可能な窒化物系発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による窒化物系発光素子は、少なくとも１種類の金属と１種類の金属酸化物とを含む導電性基板と、導電性基板に接合された窒化物系半導体素子層とを備えている。
【００１１】
この一の局面による窒化物系発光素子では、上記のように、導電性基板を、少なくとも１種類の金属と１種類の金属酸化物とを含むように構成することによって、導電性基板に含まれる金属の作用により、導電性基板の熱伝導率を、金属と同様の高い熱伝導率にすることができる。これにより、窒化物系発光素子に大電流を流したとしても、窒化物系半導体素子層で発生した熱を導電性基板側に十分に放熱することができるので、熱による光出力特性の低下を抑制することができる。その結果、高い定格出力を有する窒化物系発光素子を得ることができる。また、導電性基板に含まれる低い線膨張係数を有する金属酸化物の作用により、金属と金属酸化物との混合比を調節すれば、導電性基板の線膨張係数を、窒化物系半導体素子層の線膨張係数に近づけることができるので、導電性基板と窒化物系半導体素子層との間の線膨張係数の差を小さくすることができる。これにより、窒化物系発光素子を製造する際に、導電性基板と窒化物系半導体素子層との間の線膨張係数の差が大きいことに起因して、素子に反りやクラック（亀裂）が発生するのを抑制することができるので、製造歩留りが低下するのを抑制することができる。また、導電性基板を用いることによって、一方および他方の２つの電極を、窒化物系半導体素子層を挟んで対向するように配置することができる。これにより、窒化物系半導体素子層の一方側のみに２つの電極を配置する絶縁性基板を用いた窒化物系発光素子に比べて、発光面積を大きくすることができるので、光出力特性を向上させることができる。また、光出力特性を向上させるために、精密な位置制御を必要とするフリップチップ方式で素子を組み立てる必要がないので、これによっても、製造歩留りが低下するのを抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面による窒化物系発光素子において、好ましくは、導電性基板と窒化物系半導体素子層とは、電極および導電性材料の少なくとも１つを介して接合されている。このように構成すれば、容易に、窒化物系半導体素子層に導電性基板を接合することができる。
【００１３】
上記一の局面による窒化物系発光素子において、好ましくは、金属は、銅を含み、金属酸化物は、酸化銅を含む。このような材料を含む導電性基板は、発光素子に使用されるＧａＮなどの窒化物系半導体の線膨張係数に近い線膨張係数を有し、かつ、熱伝導率が高いので、容易に、窒化物系半導体素子層で発生した熱を導電性基板側に十分に放熱しながら、導電性基板と窒化物系半導体素子層との間の線膨張係数の差が大きいことに起因する素子の反りの発生を抑制することができる。
【００１４】
上記一の局面による窒化物系発光素子において、好ましくは、導電性基板は、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する。このように構成すれば、容易に、窒化物系半導体素子層で発生した熱を導電性基板側に十分に放熱することができる。この点は、実験により確認済みである。
【００１５】
上記一の局面による窒化物系発光素子において、好ましくは、導電性基板は、１２０ＧＰａ以下のヤング率を有する。このように構成すれば、導電性基板が応力変化するのを抑制することができる。これにより、導電性基板に接合された窒化物系半導体素子層と成長用基板とを分離する際に、導電性基板の応力変化に起因して、窒化物系半導体素子層が応力変化するのを抑制することができる。これにより、窒化物系半導体素子層にクラック（亀裂）が発生するのを抑制することができるので、素子にクラックが発生することに起因する製造歩留りの低下を抑制することができる。この点も、実験により確認済みである。
【００１６】
上記一の局面による窒化物系発光素子において、好ましくは、導電性基板は、１８×１０−６／Ｋ以下の線膨張係数を有する。このように構成すれば、容易に、導電性基板と窒化物系半導体素子層との間の線膨張係数の差を小さくすることができる。これにより、容易に、導電性基板と窒化物系半導体素子層との間の線膨張係数の差が大きいことに起因して、素子に反りが発生するのを抑制することができる。なお、この点も、実験により確認済みである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子（窒化物系発光素子）の構造を示した断面図である。まず、図１を参照して、第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造について説明する。
【００１９】
第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子では、図１に示すように、導電性基板１上に、ｐ側電極２を介して、窒化物系半導体素子層１０が形成されている。この第１実施形態の導電性基板１は、約５０μｍ〜約２ｍｍの厚みを有するとともに、２０：８０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む。
【００２０】
具体的な構造としては、導電性基板１に、導電性基板１側から約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層と約３００ｎｍの厚みを有するＰｄ層とが順に形成されたｐ側電極２が接合されている。なお、ｐ側電極２は、本発明の「電極」の一例である。ｐ側電極２上には、約１ｎｍ〜約１μｍの厚みを有するＭｇがドープされたＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮからなるｐ型コンタクト層３が形成されている。ｐ型コンタクト層３上には、約１ｎｍ〜約１μｍの厚みを有するＭｇがドープされたＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比≦５０％）からなるｐ型クラッド層４が形成されている。ｐ型クラッド層４上には、約１０ｎｍ〜約４０ｎｍの厚みを有するＭｇがドープされたまたはアンドープのＧａＮまたはＡｌＧａＮからなるキャップ層５が形成されている。キャップ層５上には、約３ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなる井戸層と、約１０ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮまたはＧａＮからなる障壁層とを含む活性層６が形成されている。この活性層６は、複数の井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、または、１つの井戸層と１つの障壁層とを含む単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有する。
【００２１】
活性層６上には、約１ｎｍ〜約１μｍの厚みを有するＳｉまたはＧｅがドープされたＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比≦５０％）からなるｎ型クラッド層７が形成されている。ｎ型クラッド層７上には、約１０ｎｍ〜約５μｍの厚みを有するＳｉまたはＧｅがドープされたＧａＮまたはＡｌＧａＮからなるｎ型コンタクト層８が形成されている。そして、ｐ型コンタクト層３、ｐ型クラッド層４、キャップ層５、活性層６、ｎ型クラッド層７およびｎ型コンタクト層８によって、窒化物系半導体素子層１０が構成されている。窒化物系半導体素子層１０を構成するｎ型コンタクト層８上の所定領域には、ｎ側電極９が形成されている。このｎ側電極９は、下層から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層および約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層によって構成されている。
【００２２】
図２〜図７は、図１に示した第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図７を参照して、第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。
【００２３】
まず、図２に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、約４００μｍの厚みを有する成長用基板としてのサファイア基板１１の（０００１）面上に、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＧａＮまたはＡｌＧａＮからなるバッファ層１２を成長させる。続いて、バッファ層１２上に、約１μｍの厚みを有するアンドープのＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる下地層１３を成長させる。続いて、下地層１３上に、上記した組成および厚みを有する各層３〜８からなる窒化物系半導体素子層１０を成長させる。この窒化物系半導体素子層１０を成長させる際には、ｎ型コンタクト層８、ｎ型クラッド層７、活性層６、キャップ層５、ｐ型クラッド層４およびｐ型コンタクト層３をこの順番で成長させる。この後、熱処理または電子線照射を行うことにより、ｐ型クラッド層４およびｐ型コンタクト層３のｐ型化を行う。
【００２４】
次に、図３に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｐ型コンタクト層３上に、ｐ側電極２を形成する。このｐ側電極２を形成する際には、約３００ｎｍの厚みを有するＰｄ層および約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層をこの順番で形成する。
【００２５】
次に、図４に示すように、ｐ側電極２の上面上に、約５０μｍ〜約２ｍｍの厚みを有するとともに、２０：８０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板１を接合する。この際、Ａｕ−ＳｎやＰｄ−Ｓｎなどからなる半田を介して、ｐ側電極２の上面上に導電性基板１を接合してもよいし、Ａｇからなる導電性ペーストを介して、ｐ側電極２の上面上に導電性基板１を接合してもよい。なお、半田および導電性ペーストは、本発明の「導電性材料」の一例である。また、ｐ側電極２の上面上に導電性基板１を直接貼り合せた後、約４００℃〜約１０００℃の温度条件下で加圧することによって、ｐ側電極２の上面上に導電性基板１を接合してもよい。また、導電性基板１に電界を加える陽極接合法を用いて、ｐ側電極２の上面上に導電性基板１を接合するようにしてもよい。この後、サファイア基板１１に対して、研磨やレーザ照射などを行うことによって、サファイア基板１１を除去する。この後、ＣＦ４ガスなどによるドライエッチング技術または熱リン酸液などによるウェットエッチング技術を用いて、バッファ層１２および下地層１３を除去する。これにより、図５に示すように、ｎ型コンタクト層８の表面が露出された状態にする。
【００２６】
次に、図６に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｎ型コンタクト層８の露出された表面上の所定領域に、ｎ側電極９を形成する。このｎ側電極９を形成する際には、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層および約１００ｎｍの厚みを有するＡｕ層をこの順番で形成する。
【００２７】
次に、図７に示すように、素子分離領域１０ａに沿って、素子分離を行う。この際、ダイシングを用いて素子分離領域１０ａに切込みを入れた後、その切込みに沿って素子を分離してもよい。また、エッチング技術を用いて素子分離領域１０ａに切込みを入れた後、その切込みに沿って素子を分離してもよい。また、ダイシングにより導電性基板１の素子分離領域１０ａに切込みを入れるとともに、エッチング技術により窒化物系半導体素子層１０の素子分離領域１０ａに切込みを入れた後、ダイシングおよびエッチング技術による切込みに沿って素子を分離してもよい。上記のようなダイシングとエッチング技術とを組み合わせた場合には、窒化物系半導体素子層１０に刃物が接触しないので、窒化物系半導体素子層１０へのダメージが低減される。このようにして、図１に示した第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子が形成される。
【００２８】
第１実施形態では、上記のように、導電性基板１を、２０：８０の割合で混合された銅と酸化銅とを含むように構成することによって、導電性基板１の熱伝導率を、銅と同様の高い熱伝導率にすることができる。これにより、窒化物系発光ダイオード素子に大電流を流したとしても、導電性基板１に接合された窒化物系半導体素子層１０で発生した熱を導電性基板１側に十分に放熱することができるので、熱による光出力特性の低下を抑制することができる。その結果、高い定格出力を有する窒化物系発光ダイオード素子を得ることができる。また、導電性基板１の線膨張係数を、窒化物系半導体素子層１０の線膨張係数に近づけることができるので、導電性基板１と窒化物系半導体素子層１０との間の線膨張係数の差を小さくすることができる。これにより、窒化物系発光ダイオード素子を製造する際に、導電性基板１と窒化物系半導体素子層１０との間の線膨張係数の差が大きいことに起因して、素子に反りやクラック（亀裂）が発生するのを抑制することができるので、製造歩留りが低下するのを抑制することができる。また、導電性基板１を用いることによって、ｐ側電極２およびｎ側電極９を、窒化物系半導体素子層１０を挟んで対向するように配置することができる。これにより、窒化物系半導体素子層の一方側のみに２つの電極を配置する絶縁性基板を用いた窒化物系発光ダイオード素子に比べて、発光面積を大きくすることができるので、光出力特性を向上させることができる。また、光出力特性を向上させるために、精密な位置制御を必要とするフリップチップ方式で素子を組み立てる必要がないので、これによっても、製造歩留りが低下するのを抑制することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。図８を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、導電性基板として、７０対３０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板２１を用いる場合について説明する。
【００３０】
この第２実施形態では、図８に示すように、７０：３０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板２１上に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｐ側電極２が接合されている。また、ｐ側電極２上に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有する各層３〜８からなる窒化物系半導体素子層１０が形成されている。また、窒化物系半導体素子層１０を構成するｎ型コンタクト層８上の所定領域に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ側電極９が形成されている。
【００３１】
図９〜図１２は、図８に示した第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図８〜図１２を参照して、第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。
【００３２】
まず、図９に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、上記第１実施形態と同様、成長用基板としてのサファイア基板１１の（０００１）面上に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するバッファ層１２および下地層１３を順次成長させる。この後、下地層１３上に、約１ｎｍ〜約１μｍの厚みを有するＩｎＧａＮまたはＡｌＧａＮからなるとともに、層内に空間を有する分離層（空隙層）１４を形成する。この際、陽極酸化法やエッチング技術を用いて分離層１４内に空間を形成してもよいし、結晶性が悪い（クラックが多い）多孔質やアモルファス（非晶質）の分離層１４を形成してもよい。多孔質の分離層１４は、成長条件を調節することにより形成することができるとともに、イオンを打ち込むことによっても形成することができる。また、アモルファスの分離層１４は、低温成長により形成することができる。なお、隙間のある金属膜や絶縁膜からなる分離層を形成してもよい。続いて、分離層１４上に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ型コンタクト層８、ｎ型クラッド層７、活性層６、キャップ層５、ｐ型クラッド層４およびｐ型コンタクト層３を順次成長させた後、ｐ型クラッド層４およびｐ型コンタクト層３のｐ型化を行う。
【００３３】
次に、図１０に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｐ型コンタクト層３上に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｐ側電極２を形成した後、図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｐ側電極２の上面上に、７０対３０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板２１を接合する。この後、分離層１４よりも上側の窒化物系半導体素子層１０と分離層１４よりも下側の各層（サファイア基板１１、バッファ層１２および下地層１３）とを分離する。この際、ＨＦ液とＨＮｏ３液との混合液によるウェットエッチング技術を用いて分離層１４を除去してもよいし、外部から物理的な力を加えることにより分離層１４を除去してもよい。また、分離層１４よりも上側の窒化物系半導体素子層１０と分離層１４よりも下側の各層（１１〜１３）とを互いに逆方向に引張ることにより分離してもよい。これにより、図１１に示すように、ｎ型コンタクト層８の表面が露出された状態にする。
【００３４】
次に、図１２に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｎ型コンタクト層８の露出された表面上の所定領域に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ側電極９を形成した後、図７に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、素子分離領域１０ａに沿って、素子分離を行う。このようにして、図８に示した第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子が形成される。
【００３５】
第２実施形態では、上記のように、導電性基板２１を、７０：３０の割合で混合された銅と酸化銅とを含むように構成することによって、導電性基板２１の熱伝導率を、銅と同様の高い熱伝導率にすることができるとともに、導電性基板２１の線膨張係数を、窒化物系半導体素子層１０の線膨張係数に近づけることができる。なお、この第２実施形態の導電性基板２１は、上記第１実施形態の２０：８０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板１に比べて、銅の割合が高く、かつ、酸化銅の割合が低い。このため、この第２実施形態の導電性基板２１では、上記第１実施形態の導電性基板１に比べて、熱伝導率が高くなるとともに、線膨張係数が高くなる。これにより、上記第１実施形態に比べて、導電性基板２１に接合された窒化物系半導体素子層１０で発生した熱を導電性基板２１側により十分に放熱することができるので、熱による光出力特性の低下を第１実施形態に比べてより抑制することができる。その一方、第２実施形態では、上記第１実施形態に比べて、導電性基板２１と窒化物系半導体素子層１０との間の線膨張係数の差が大きくなるため、素子に反りが発生するのを抑制する効果が、第１実施形態よりも小さくなる。
【００３６】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００３７】
（第３実施形態）
図１３は、本発明の第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。図１３を参照して、この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、導電性基板として、約１７０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するとともに、６０対４０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板３１を用いる場合について説明する。
【００３８】
この第３実施形態では、図１３に示すように、約１７０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するとともに、６０対４０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板３１上に、上記第１実施形態のｐ側電極２と同様の組成および厚みを有するとともに、導電性基板３１の幅よりも小さい幅を有するｐ側電極３２が接合されている。なお、ｐ側電極３２は、本発明の「電極」の一例である。ｐ側電極３２上には、導電性基板３１の幅よりも小さく、かつ、ｐ側電極３２の幅よりも大きい幅を有するｐ型コンタクト層３３、ｐ型クラッド層３４、キャップ層３５、活性層３６、ｎ型クラッド層３７およびｎ型コンタクト層３８が順次形成されている。なお、ｐ型コンタクト層３３、ｐ型クラッド層３４、キャップ層３５、活性層３６、ｎ型クラッド層３７およびｎ型コンタクト層３８は、それぞれ、上記第１実施形態のｐ型コンタクト層３、ｐ型クラッド層４、キャップ層５、活性層６、ｎ型クラッド層７およびｎ型コンタクト層８と同様の組成および厚みを有する。そして、ｐ型コンタクト層３３、ｐ型クラッド層３４、キャップ層３５、活性層３６、ｎ型クラッド層３７およびｎ型コンタクト層３８によって、窒化物系半導体素子層３０が構成されている。また、窒化物系半導体素子層３０（ｎ型コンタクト層３８）の上面以外の領域を覆うように、約３００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴｉＯ２またはＺｒＯなどからなる保護膜３９が形成されている。そして、窒化物系半導体素子層３０を構成するｎ型コンタクト層３８上の所定領域には、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ側電極９が形成されている。
【００３９】
図１４〜図１９は、図１３に示した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１３〜図１９を参照して、第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。
【００４０】
まず、図１４に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、成長用基板としてのＳｉＣ基板４１上に、バッファ層４２および下地層４３を順次成長させる。なお、バッファ層４２および下地層４３は、それぞれ、上記第１実施形態のバッファ層１２および下地層１３と同様の組成および厚みを有する。この後、下地層４３上に、約１ｎｍ〜約１μｍの厚みを有するとともに、所定の波長のレーザ光を効率的に吸収させることが可能な高いＩｎ組成比（たとえば、ＹＡＧの第２高調波レーザ（波長：５３２ｎｍ）を用いる場合、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（Ｘ≧０．２））を有するＩｎＧａＮからなる分離層４４を形成する。続いて、分離層４４上に、ｎ型コンタクト層３８、ｎ型クラッド層３７、活性層３６、キャップ層３５、ｐ型クラッド層３４およびｐ型コンタクト層３３を順次成長させた後、ｐ型クラッド層３４およびｐ型コンタクト層３３のｐ型化を行う。
【００４１】
次に、図１５に示すように、エッチング技術を用いて、素子分離領域３０ａに、ＳｉＣ基板４１に達する深さを有する溝部を形成することによって、窒化物系半導体素子層３０を溝部により分断する。なお、素子分離領域３０ａに形成する溝部の深さは、ＳｉＣ基板４１に達していなくてもよい。この後、ＣＶＤ法を用いて、窒化物系半導体素子層３０、分離層４４、バッファ層４２および下地層４３を覆うように、保護膜３９を形成する。
【００４２】
次に、図１６に示すように、窒化物系半導体素子層３０を構成するｐ型コンタクト層３３の上面上に位置する保護膜３９の所定領域を除去した後、真空蒸着法などを用いて、露出したｐ型コンタクト層３３の上面上に、ｐ側電極３２を形成する。
【００４３】
次に、図１７に示すように、図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｐ側電極３２の上面上に、約１７０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するとともに、６０対４０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板３１を接合する。この後、分離層４４よりも上側の窒化物系半導体素子層３０と分離層４４よりも下側の各層（ＳｉＣ基板４１、バッファ層４２および下地層４３）とを分離する。この際、ＹＡＧレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＤＰＳＳレーザ（半導体レーザ励起固体レーザ）または窒素レーザなどの高出力レーザを用いて、ＳｉＣ基板４１側からレーザ光を照射することによって、分離層４４に光を吸収させる。これにより、分離層４４が熱分解するため、分離層４４よりも上側の窒化物系半導体素子層３０と分離層４４よりも下側の各層（４１〜４３）とが分離される。
【００４４】
この第３実施形態では、分離層４４をＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｎとしており、ＳｉＣ基板４１側からＹＡＧの第２高調波レーザ（波長：５３２ｎｍ）を照射すると、そのレーザ光は、ＳｉＣ基板４１、バッファ層４２および下地層４３を透過し、分離層４４で吸収される。このように、分離層４４のバンドギャップと照射するレーザ光の波長とを適切に設計することにより、分離層４４での分離を容易にすることができる。したがって、図１７に示した半導体各層のうち、分離層４４に最も効率的にレーザ光を吸収させることができるので、分離層４４での分離を容易に行うことができる。これにより、図１８に示すように、ｎ型コンタクト層３８の表面が露出された状態にする。
【００４５】
次に、図１９に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｎ型コンタクト層３８の露出された表面上の所定領域に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ側電極９を形成した後、図７に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、素子分離領域３０ａに沿って、素子分離を行う。このようにして、図１３に示した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子が形成される。
【００４６】
次に、上記の製造プロセスに沿って実際に作製した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子について、印加電流と光出力との関係を調べた結果について説明する。なお、約１７０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する導電性基板を用いた第３実施形態以外に、約１００Ｗ／ｍ・Ｋおよび約８０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率をそれぞれ有する導電性基板を用いた窒化物系発光ダイオード素子についても、印加電流と光出力との関係を調べた。約１００Ｗ／ｍ・Ｋおよび約８０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率をそれぞれ有する導電性基板としては、銅と酸化銅との混合比を調節することにより熱伝導率を調節したものを用いた。
【００４７】
図２０は、熱伝導率が互いに異なる３つの導電性基板をそれぞれ用いた窒化物系発光ダイオード素子の印加電流と光出力との関係を示したグラフである。なお、図２０の縦軸には、任意単位（ａ．ｕ．）の光出力がとられており、横軸には、印加電流（Ａ）がとられている。
【００４８】
図２０を参照して、約１７０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する導電性基板を用いた第３実施形態では、印加電流が１．０Ａを越えても、印加電流に比例して光出力が大きくなることが判明した。また、導電性基板の熱伝導率が約１００Ｗ／ｍ・Ｋの場合にも、上記第３実施形態と同様、印加電流が１．０Ａ近傍の値になるまで、印加電流に比例して光出力が大きくなることが判明した。その一方、導電性基板の熱伝導率が約８０Ｗ／ｍ・Ｋの場合には、印加電流が約０．５Ａよりも大きくなると、光出力が印加電流との比例関係を保てなくなることが判明した。この結果から、導電性基板の熱伝導率が約１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、印加電流を０．５Ａよりも大きくした場合にも、印加電流に比例して光出力が大きくなると考えられる。
【００４９】
第３実施形態では、上記のように、導電性基板３１を、６０：４０の割合で混合された銅と酸化銅とを含むように構成することにより、導電性基板３１の熱伝導率を、約１７０Ｗ／ｍ・Ｋに設定することによって、窒化物系発光ダイオード素子に０．５Ａ以上の大電流を流した場合にも、容易に、導電性基板３１に接合された窒化物系半導体素子層３０で発生した熱を導電性基板３１側に十分に放熱することができるので、熱による光出力特性の低下を容易に抑制することができる。その結果、高い定格出力を有する窒化物系発光ダイオード素子を得ることができる。
【００５０】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５１】
（第４実施形態）
図２１は、本発明の第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。図２１を参照して、この第４実施形態では、約５０ＧＰａのヤング率を有するとともに、４５対５５の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板５１を用いる場合について説明する。
【００５２】
この第４実施形態では、図２１に示すように、４５対５５の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板５１上に、凹凸形状の表面を有するとともに、導電性基板５１の幅よりも小さい幅を有するｐ側電極５２が接合されている。なお、ｐ側電極５２は、上記第１実施形態のｐ側電極２と同様の組成および厚みを有する。このｐ側電極５２の表面の凹凸形状の隣接する凸部と凹部との中心間の幅は、約０．１μｍ〜約５０μｍであり、凹部の底部からの凸部の高さは、約１ｎｍ〜約２μｍである。なお、ｐ側電極５２は、本発明の「電極」の一例である。ｐ側電極５２上には、ｐ側電極５２の表面の凹部を埋め込むように、クラッド層としての機能を有するｐ型コンタクト層５３が形成されている。このｐ型コンタクト層５３は、約１ｎｍ〜約１μｍの厚みを有するＭｇがドープされたＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮからなる。ｐ型コンタクト層５３上には、キャップ層５４、活性層５５、ｎ型クラッド層５６およびｎ型コンタクト層５７が順次形成されている。なお、キャップ層５４、活性層５５、ｎ型クラッド層５６およびｎ型コンタクト層５７は、それぞれ、上記第１実施形態のキャップ層５、活性層６、ｎ型クラッド層７およびｎ型コンタクト層８と同様の組成および厚みを有する。そして、ｐ型コンタクト層５３、キャップ層５４、活性層５５、ｎ型クラッド層５６およびｎ型コンタクト層５７によって、窒化物系半導体素子層５０が構成されている。また、窒化物系半導体素子層５０の側面上には、上記第３実施形態の保護膜３９と同様の組成および厚みを有する保護膜５８が形成されている。そして、窒化物系半導体素子層５０を構成するｎ型コンタクト層５７上の所定領域には、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ側電極９が形成されている。
【００５３】
図２２〜図２７は、図２１に示した第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図２１〜図２７を参照して、第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。
【００５４】
まず、図２２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、成長用基板としてのＳｉ基板６１上に、バッファ層６２および下地層６３を順次成長させる。なお、バッファ層６２および下地層６３は、それぞれ、上記第１実施形態のバッファ層１２および下地層１３と同様の組成および厚みを有する。続いて、下地層６３上に、ｎ型コンタクト層５７、ｎ型クラッド層５６、活性層５５、キャップ層５４およびｐ型コンタクト層５３を順次成長させた後、ｐ型コンタクト層５３のｐ型化を行う。
【００５５】
次に、図２３に示すように、エッチング技術を用いて、素子分離領域５０ａに、Ｓｉ基板６１に達する深さを有する溝部を形成することによって、窒化物系半導体素子層５０を溝部により分断する。この後、ＣＶＤ法を用いて、窒化物系半導体素子層５０、バッファ層６２および下地層６３を覆うように、絶縁膜５８を形成する。
【００５６】
次に、図２４に示すように、ｐ型コンタクト層５３の上面上に位置する絶縁膜５８を除去した後、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、露出したｐ型コンタクト層５３の表面を凹凸形状にする。この際、ｐ型コンタクト層５３の表面の凹凸形状の隣接する凸部と凹部との中心間の幅が、約０．１μｍ〜約５０μｍになるように、かつ、凹部の底部からの凸部の高さが、約１ｎｍ〜約２μｍになるように形成する。この後、真空蒸着法などを用いて、ｐ型コンタクト層５３の表面の凹部を埋め込むように、ｐ側電極５２を形成する。
【００５７】
次に、図２５に示すように、Ａｕ−Ｓｎからなる半田（図示せず）を介して、ｐ側電極５２の上面上に、約５０ＧＰａのヤング率を有するとともに、４５対５５の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板５１を接合する。この後、熱リン酸液などによるウェットエッチング技術を用いて、Ｓｉ基板６１、バッファ層６２および下地層６３を除去する。これにより、図２６に示すように、ｎ型コンタクト層５７の表面が露出された状態にする。
【００５８】
次に、図２７に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｎ型コンタクト層５７の露出された表面上の所定領域に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ側電極９を形成した後、図７に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、素子分離領域５０ａに沿って、素子分離を行う。このようにして、図２１に示した第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子が形成される。
【００５９】
次に、導電性基板のヤング率を５段階（約１００ＧＰａ、約１１０ＧＰａ、約１２０ＧＰａ、約１３０ＧＰａおよび約１４０ＧＰａ）に変化させて、窒化物系半導体素子層に発生するクラック（亀裂）の有無を調べた結果を、以下の表１に示す。なお、約１００ＧＰａ、約１１０ＧＰａおよび約１２０ＧＰａのヤング率をそれぞれ有する導電性基板としては、銅と酸化銅との混合比を調節することによりヤング率を調節したものを用いた。また、約１３０ＧＰａおよび約１４０ＧＰａのヤング率をそれぞれ有する導電性基板は、他の導電性金属を用いることによりヤング率を調節した。
【００６０】
【表１】
2005223165.tif 000003
上記表１を参照して、導電性基板のヤング率が約１００ＧＰａ、約１１０ＧＰａおよび約１２０ＧＰａの場合には、窒化物系半導体素子層にクラックが発生しないことが判明した。その一方、導電性基板のヤング率が約１３０ＧＰａおよび約１４０ＧＰａの場合には、窒化物系半導体素子層にクラックが発生することが判明した。この結果から、導電性基板のヤング率が約１２０ＧＰａ以下であれば、窒化物系半導体素子層にクラックが発生するのを抑制することができると考えられる。
【００６１】
ここで、第４実施形態では、約５０ＧＰａのヤング率を有する導電性基板５１を用いているため、窒化物系半導体素子層５０にクラックが発生するのを抑制することができると考えられる。
【００６２】
第４実施形態では、上記のように、導電性基板５１を、４５：５５の割合で混合された銅と酸化銅とを含むように構成することにより、導電性基板５１のヤング率を、約５０ＧＰａに設定することによって、導電性基板５１が応力変化するのを抑制することができる。これにより、導電性基板５１に接合された窒化物系半導体素子層５０とＳｉ基板６１とを分離する際に、導電性基板５１の応力変化に起因して、窒化物系半導体素子層５０が応力変化するのを抑制することができる。これにより、窒化物系半導体素子層５０にクラックが発生するのを抑制することができるので、素子にクラックが発生することに起因する製造歩留りの低下を抑制することができる。
【００６３】
また、第４実施形態では、ｐ型コンタクト層５３の表面を凹凸形状に形成することによって、ｐ型コンタクト層５３とｐ側電極５２との界面に入射した光は、ｐ型コンタクト層５３の表面の凹凸形状により反射し易くなる。これにより、反射された光がｎ側から出射されるので、光出力特性を向上させることができる。
【００６４】
なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
（第５実施形態）
図２８は、本発明の第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。図２８を参照して、この第５実施形態では、約９．５×１０−６／Ｋの線膨張係数を有するとともに、５０対５０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板７１を用いる場合について説明する。
【００６６】
この第５実施形態では、図２８に示すように、５０対５０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板７１上に、導電性基板７１の幅よりも小さい幅を有するｐ側電極７２が接合されている。なお、導電性基板７１は、凹凸形状の表面を有する。この導電性基板７１の表面の凹凸形状の隣接する凸部と凹部との中心間の幅は、約０．１μｍ〜約５０μｍであり、凹部の底部からの凸部の高さは、約１ｎｍ〜約２μｍである。また、ｐ側電極７２の上面および下面には、導電性基板７１の表面の凹凸形状と同様の凹凸形状が形成されている。そして、導電性基板７１の凹部（凸部）の位置とｐ側電極７２の凸部（凹部）の位置とが一致している。なお、ｐ側電極７２は、上記第１実施形態のｐ側電極２と同様の組成および厚みを有する。なお、ｐ側電極７２は、本発明の「電極」の一例である。
【００６７】
ｐ側電極７２上には、ｐ側電極７２の表面の凹部を埋め込むように、ｐ型コンタクト層７３が形成されている。ｐ型コンタクト層７３上には、ｐ型クラッド層７４、キャップ層７５および活性層７６が順次形成されている。なお、ｐ型コンタクト層７３、ｐ型クラッド層７４、キャップ層７５および活性層７６は、上記第１実施形態のｐ型コンタクト層３、ｐ型クラッド層４、キャップ層５および活性層６と同様の組成および厚みを有する。活性層７６上には、コンタクト層としての機能を有するｎ型クラッド層７７が形成されている。このｎ型クラッド層７７は、約１ｎｍ〜約１μｍの厚みを有するＳｉまたはＧｅがドープされたＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比≦５０％）からなる。そして、ｐ型コンタクト層７３、ｐ型クラッド層７４、キャップ層７５、活性層７６およびｎ型クラッド層７７によって、窒化物系半導体素子層７０が構成されている。また、窒化物系半導体素子層７０の側面上には、上記第３実施形態の保護膜３９と同様の組成および厚みを有する保護膜７８が形成されている。そして、窒化物系半導体素子層７０を構成するｎ型クラッド層７７上の所定領域には、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ側電極９が形成されている。
【００６８】
図２９〜図３４は、図２８に示した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図２８〜図３４を参照して、第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。
【００６９】
まず、図２９に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、成長基板としてのＧａＮ基板８１上に、層内に空間を有する分離層（空隙層）８２を形成する。なお、分離層８２は、上記第２実施形態の分離層１４と同様の組成および厚みを有する。続いて、分離層８２上に、ｎ型クラッド層７７、活性層７６、キャップ層７５、ｐ型クラッド層７４およびｐ型コンタクト層７３を順次成長させた後、ｐ型クラッド層７４およびｐ型コンタクト層７３のｐ型化を行う。
【００７０】
次に、図３０に示すように、エッチング技術を用いて、素子分離領域７０ａに、ＧａＮ基板８１に達する深さを有する溝部を形成することによって、窒化物系半導体素子層７０を溝部により分断する。この後、ＣＶＤ法を用いて、窒化物系半導体素子層７０および分離層８２を覆うように、絶縁膜７８を形成する。
【００７１】
次に、図３１に示すように、窒化物系半導体素子層７０を構成するｐ型コンタクト層７３の上面上に位置する絶縁膜７８を除去した後、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、露出したｐ型コンタクト層７３の表面を凹凸形状にする。この際、ｐ型コンタクト層７３の表面の凹凸形状の隣接する凸部と凹部との中心間の幅が、約０．１μｍ〜約５０μｍになるように、かつ、凹部の底部からの凸部の高さが、約１ｎｍ〜約２μｍになるように形成する。この後、真空蒸着法などを用いて、ｐ型コンタクト層７３の表面の凹部を埋めるように、ｐ側電極７２を形成する。この際、ｐ側電極７２の表面が、ｐ型コンタクト層７３の表面の凹凸形状を反映した凹凸形状になる。
【００７２】
次に、図３２に示すように、型押し加工法などを用いて、約９．５×１０−６／Ｋの線膨張係数を有するとともに、５０対５０の割合で混合された銅と酸化銅とを含む導電性基板７１の表面を、ｐ側電極７２の表面の凹凸形状と同様の凹凸形状にする。この後、図４に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｐ側電極７２の上面上に、導電性基板７１を接合する。この際、導電性基板７１の凹部（凸部）の位置とｐ側電極７２の凸部（凹部）の位置とが一致するように接合する。この後、図１０に示した第２実施形態と同様のプロセスを用いて、分離層８２よりも上側の窒化物系半導体素子層７０と分離層８２よりも下側のＧａＮ基板８１とを分離する。これにより、図３３に示すように、ｎ型クラッド層７７の表面が露出された状態にする。
【００７３】
次に、図３４に示すように、真空蒸着法などを用いて、ｎ型クラッド層７７の露出された表面上の所定領域に、上記第１実施形態と同様の組成および厚みを有するｎ側電極９を形成した後、図７に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、素子分離領域７０ａに沿って、素子分離を行う。このようにして、図２８に示した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子が形成される。
【００７４】
次に、上記の製造プロセスに沿って実際に作製した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子について、素子の反りおよび窒化物系半導体素子層に発生するクラックの有無を調べた結果を、以下の表２に示す。なお、約９．５×１０−６／Ｋの線膨張係数を有する導電性基板を用いた第５実施形態以外に、約１２×１０−６／Ｋ、約１８×１０−６／Ｋ、約２０×１０−６／Ｋおよび約２５×１０−６／Ｋの線膨張係数をそれぞれ有する導電性基板を用いた窒化物系発光ダイオード素子についても、素子の反りおよび窒化物系半導体素子層に発生するクラックの有無を調べた。約１２×１０−６／Ｋ、約１８×１０−６／Ｋ、約２０×１０−６／Ｋおよび約２５×１０−６／Ｋの線膨張係数をそれぞれ有する導電性基板としては、銅と酸化銅との混合比を調節することにより線膨張係数を調節したものを用いた。また、以下の表２中の素子の反りは、導電性基板の下面から窒化物系半導体素子層の上面までの厚みにおいて、最も大きい厚みと最も小さい厚みとの差と定義する。
【００７５】
【表２】
2005223165.tif 000004
上記表２を参照して、約９．５×１０−６／Ｋの線膨張係数を有する導電性基板を用いた第５実施形態では、素子の反りが約５μｍと非常に小さく、かつ、窒化物系半導体素子層にクラックが発生しないことが判明した。また、線膨張係数が約１２×１０−６／Ｋの場合には、素子の反りが約１７μｍと小さく、かつ、窒化物系半導体素子層にクラックが発生しないことが判明した。また、線膨張係数が約１８×１０−６／Ｋの場合には、素子の反りが約３０μｍと小さく、かつ、窒化物系半導体素子層にクラックが発生しないことが判明した。その一方、線膨張係数が約２０×１０−６／Ｋおよび約２５×１０−６／Ｋの場合には、素子の反りがそれぞれ約８０μｍおよび約１３０μｍと大きく、かつ、窒化物系半導体素子層にクラックが発生することが判明した。この結果から、導電性基板の線膨張係数が約１８×１０−６／Ｋ以下であれば、素子の反りを小さくすることができるとともに、窒化物系半導体素子層にクラックが発生するのを抑制することができると考えられる。
【００７６】
第５実施形態では、上記のように、導電性基板７１を、５０：５０の割合で混合された銅と酸化銅とを含むように構成することにより、導電性基板７１の線膨張係数を、約９．５×１０−６／Ｋに設定することによって、導電性基板７１と窒化物系半導体素子層７０との間の線膨張係数の差を小さくすることができる。これにより、容易に、窒化物系発光ダイオード素子を製造する際に、導電性基板７１と窒化物系半導体素子層７０との間の線膨張係数の差が大きいことに起因して、素子に反りやクラック（亀裂）が発生するのを抑制することができるので、製造歩留りが低下するのを容易に抑制することができる。
【００７７】
また、第５実施形態では、ｐ型コンタクト層７３の表面を凹凸形状に形成することによって、上記第４実施形態と同様、ｐ型コンタクト層７３の表面の凹凸形状により光が反射し易くなる。これにより、反射された光がｎ側から出射されるので、光出力特性を向上させることができる。また、導電性基板７１の表面に、ｐ型コンタクト層７３上に形成されるｐ側電極７２の表面の凹凸形状と同様の凹凸形状を形成するとともに、導電性基板７１の凹部（凸部）の位置とｐ側電極７２の凸部（凹部）の位置とが一致するように、導電性基板７１とｐ側電極７２とを接合することによって、導電性基板７１とｐ側電極７２との接触面積が増加するので、導電性基板７１側への放熱をより向上させることができる。
【００７８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７９】
たとえば、上記第１〜第５実施形態では、銅と酸化銅とを含む導電性基板を用いたが、本発明はこれに限らず、銅以外の金属と酸化銅以外の金属酸化物とを含む導電性基板を用いてもよい。たとえば、アルミニウムと酸化アルミニウムとを含む導電性基板を用いてもよい。また、銅と酸化アルミニウムとを含む導電性基板を用いてもよいし、アルミニウムと酸化銅とを含む導電性基板を用いてもよい。また、導電性基板を構成する金属としては、銅およびアルミニウム以外に、金、銀、モリブデンおよびタングステンなどが考えられる。
【００８０】
また、上記第１〜第５実施形態では、成長用基板として、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板またはＧａＮ基板を用いたが、本発明はこれに限らず、ＧａＡｓ基板、ＭｇＯ基板、ＺｎＯ基板およびスピネル基板などを成長用基板として用いてもよい。
【００８１】
また、上記第１〜第５実施形態では、約１００ｎｍの厚みを有する下層（導電性基板側の層）のＡｕ層と約３００ｎｍの厚みを有する上層のＰｄ層とからなるｐ側電極を用いたが、本発明はこれに限らず、Ａｕ層とＰｄ層とからなるｐ側電極以外の複数の金属層からなるｐ側電極を用いてもよい。Ａｕ層／Ｐｄ層以外の複数の金属層からなるｐ側電極の構成材料としては、たとえば、下層（導電性基板側の層）から上層に向かって、Ａｌ層（厚み：約３００ｎｍ）／Ｐｄ層（厚み：約１０ｎｍ）、Ａｇ層（約３００ｎｍ）／Ｔｉ層（約１０ｎｍ）／Ｐｔ層（約１０ｎｍ）、Ａｇ層（約３００ｎｍ）／Ｐｄ層（約３０ｎｍ）、Ａｌ層（約２００ｎｍ）／Ｎｉ層（約５０ｎｍ）／Ａｇ層（約３００ｎｍ）／Ｔｉ層（約１ｎｍ）、Ａｌ層（約２００ｎｍ）／Ｎｉ層（約５０ｎｍ）／Ａｇ層（約３００ｎｍ）／Ｎｉ層（約０．５ｎｍ）、Ａｌ層（約２００ｎｍ）／Ｎｉ層（約５０ｎｍ）／Ａｇ層（約３００ｎｍ）／Ａｌ層（約０．５ｎｍ）およびＴｉ層（２０ｎｍ）／Ａｇ層（約３００ｎｍ）／Ａｌ層（約０．３ｎｍ）などが考えられる。また、ｐ側電極は、窒化物系半導体素子層の導電性基板側の全面に形成してもよいし、一部のみに形成してもよい。窒化物系半導体素子層の導電性基板側の一部のみにｐ側電極を形成する場合は、ｐ側電極が形成される領域以外の領域に光を反射させる層を形成するのが好ましい。また、導電性基板との接合力を強くするために、ｐ側電極と導電性基板との間にパッド電極を形成するのが好ましい。パッド電極の構成材料としては、たとえば、下層（導電性基板側の層）から上層に向かって、Ａｕ層／Ｐｄ層／Ｔｉ層、Ａｕ層／Ｐｔ層／Ｔｉ層およびＡｕ層／Ｍｏ層／Ｔｉ層などが考えられる。また、導電性基板との接合に半田を用いる場合は、ｐ側電極の保護膜としてＰｔやＰｄなどからなるバリアメタルを形成するのが好ましい。
【００８２】
また、上記第１〜第５実施形態では、約１００ｎｍの厚みを有する下層（導電性基板側の層）のＡｕ層と約３００ｎｍの厚みを有する上層のＰｄ層とからなるｐ側電極を用いたが、本発明はこれに限らず、発光波長に応じて、ｐ側電極における光吸収が少なくなるように、ｐ側電極を構成する金属層の厚みや材料を変更してもよい。
【００８３】
また、上記第１〜第５実施形態では、下層（導電性基板側の層）のＡｕ層と上層のＰｄ層とからなるｐ側電極を用いたが、本発明はこれに限らず、光の反射率がＡｕ層やＰｄ層よりも高いＡｌ層を用いれば、出射される反射光が多くなるので、光出力特性をより向上させることができる。たとえば、Ａｌ層と窒化物系半導体素子層との間に透明材料からなる電極層を設けることにより、光出力特性をより向上させることができる。
【００８４】
また、上記第１〜第５実施形態では、Ａｕ層とＰｄ層とＡｌ層とからなる光を透過させることができない厚みを有するｎ側電極を用いたが、本発明はこれに限らず、光を透過させることが可能な厚みを有する金属、透明材料および半透明材料などからなる電極を用いることができる。また、金線を接続するために、ｎ側電極上にパッド電極を形成するのが好ましい。
【００８５】
また、上記第１〜第５実施形態では、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮなどからなる層を含む窒化物系半導体素子層を用いたが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮからなる層以外の窒化物系半導体層を含んでいてもよい。ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮ以外の窒化物系半導体としては、たとえば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）およびＴｉＮ（窒化タリウム）などのIII−Ｖ族窒化物半導体や、III−Ｖ族窒化物半導体の混晶などが考えられる。また、上記したIII−Ｖ族窒化物半導体やその混晶に、Ａｓ、ＰおよびＳｂの少なくとも１つの元素を含む混晶なども考えられる。
【００８６】
また、上記第１〜第５実施形態では、ｎ型コンタクト層の表面に微細加工を施さなかったが、本発明はこれに限らず、ｎ型コンタクト層の表面を微細加工することにより、ｎ型コンタクト層の表面を凹凸形状にしてもよい。この場合、ｎ型コンタクト層の表面において全反射する光が減少するので、光出力特性を向上させることができる。また、ｎ型コンタクト層の表面上のｎ側電極が形成される領域以外の領域に、凹凸形状の表面を有するＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜などを形成した場合にも、光出力特性を向上させる効果を得ることができる。
【００８７】
また、上記第３実施形態では、約１７０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する導電性基板を用いたが、本発明はこれに限らず、導電性基板の熱伝導率が約１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、同様の効果を得ることができる。
【００８８】
また、上記第４実施形態では、約５０ＧＰａのヤング率を有する導電性基板を用いたが、本発明はこれに限らず、導電性基板のヤング率が約１２０ＧＰａ以下であれば、同様の効果を得ることができる。
【００８９】
また、上記第５実施形態では、約９．５×１０−６／Ｋの線膨張係数を有する導電性基板を用いたが、本発明はこれに限らず、導電性基板の線膨張係数が約１８×１０−６／Ｋ以下であれば、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１に示した第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１に示した第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１に示した第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図１に示した第１実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。
【図９】図８に示した第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】図８に示した第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図８に示した第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】図８に示した第２実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。
【図１４】図１３に示した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】図１３に示した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１６】図１３に示した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１７】図１３に示した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１８】図１３に示した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１９】図１３に示した第３実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】熱伝導率が互いに異なる３つの導電性基板をそれぞれ用いた窒化物系発光ダイオード素子の印加電流と光出力との関係を示したグラフである。
【図２１】本発明の第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。
【図２２】図２１に示した第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２３】図２１に示した第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２４】図２１に示した第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２５】図２１に示した第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２６】図２１に示した第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２７】図２１に示した第４実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２８】本発明の第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。
【図２９】図２８に示した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３０】図２８に示した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３１】図２８に示した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３２】図２８に示した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３３】図２８に示した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３４】図２８に示した第５実施形態による窒化物系発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３５】従来の窒化物系発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１、２１、３１、５１、７１  導電性基板
２、３２、５２、７２  ｐ側電極（電極）
３、３３、５３、７３  ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）
４、３４、７４  ｐ型クラッド層（窒化物系半導体素子層）
５、３５、５４、７５  キャップ層（窒化物系半導体素子層）
６、３６、５５、７６  活性層（窒化物系半導体素子層）
７、３７、５６、７７  ｎ型クラッド層（窒化物系半導体素子層）
８、３８、５７  ｎ型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）
１０、３０、５０、７０  窒化物系半導体素子層
【図１】
2005223165.tif 000005
【図２】
2005223165.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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