(57)【要約】【課題】電源ラインの配線が容易で発光強度の面内均一性が良好な化合物発光素子を提供する。【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層とによって活性層構造が挟まれた発光素子が提供される。発光素子は、第１導電型クラッド層にキャリアを注入する第１導電型側電極７と、第２導電型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極６とを備える。第１導電型側電極７は、開口部７ｐを有する。第２導電型側電極６は、第１導電型側電極７によって部分的に取り囲まれる主電極部６−０と、開口７ｐを通して主電極部６−０を第１導電型側電極７の外側に引き出す引出部６−１、６−２とを有する。主電極部６−０は、定幅図形の一部で構成され、主電極部６−０の外縁と第１導電型側電極７の内縁との間の間隔は、ほぼ一定である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層との間に前記活性層構造が配置された発光素子であって、
前記第１導電型クラッド層にキャリアを注入する第１導電型側電極と、
前記第２導電型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極とを備え、
前記第１導電型側電極が開口を有し、前記第２導電型側電極が、前記第１導電型側電極によって部分的に取り囲まれる主電極部と、前記開口を通して前記主電極部を前記第１導電型側電極の外側に引き出す引出部とを有し、
前記主電極部が定幅図形の一部で構成され、前記主電極部の外縁と前記第１導電型側電極の内縁との間の間隔がほぼ一定である、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記活性層構造、前記第２導電型クラッド層及び前記第２導電型側電極は、前記第１導電型クラッド層の第１方向側の面上に配置され、前記第１導電型側電極は、前記第１導電型クラッド層の前記第１方向側の面上に前記活性層構造、前記第２導電型クラッド層及び前記第２導電型側電極を部分的に取り囲むように配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
支持基板を更に備え、前記第１導電型クラッド層、前記活性層構造、前記第２導電型クラッド層、前記第１導電型側電極及び前記第２導電型側電極を含む構造体は、その２つの面のうち前記第１導電型側電極及び前記第２導電型側電極が露出した面側から前記支持基板によって支持されている、
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】
前記定幅図形が円を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記定幅図形がルーローの多角形を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記定幅図形がルーローの三角形を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記主電極部の幅をＷとしたときに、（１）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
４００μｍ≦Ｗ≦２５００μｍ  ・・・（１）式
【請求項８】
前記引出部が前記主電極部に近づくに従って幅が狭くなった部分を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記引出部が矩形部を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記主電極部の幅をＷ、前記主電極部と前記引出部とが接触している部分の幅をＬ１としたときに、（２）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の発光素子。
Ｗ／２０≦Ｌ１≦Ｗ  ・・・（２）式
【請求項１１】
前記第２導電型側電極のうち前記第１導電型側電極によって取り囲まれている部分の外縁長をＬ２、前記第２導電型側電極のうち定幅図形の一部で構成されている部分の外縁長をＬ３としたときに、（３）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の発光素子。
Ｌ２／２≦Ｌ３≦Ｌ２  ・・・（３）式
【請求項１２】
前記主電極部の外縁と前記第１導電型側電極の内縁との間の間隔をｘとしたときに、（４）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の発光素子。
３μｍ≦ｘ≦５００μｍ  ・・・（４）式
【請求項１３】
複数の前記主電極部が配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記第２導電型側電極の周辺部が絶縁膜で覆われていること特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記第１導電型側電極が、絶縁膜に形成された開口部を通して前記第１導電型クラッド層にキャリアを注入するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記絶縁膜が、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＦｘ、ＢａＦｘ、ＣａＦｘ、ＳｒＦｘ及びＭｇＦｘからなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記絶縁膜が複数の層で構成されることを特徴とする請求項１４乃至請求項１６のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記第１導電型クラッド層、前記活性層構造、前記第２導電型クラッド層が、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｂ及びＮからなるグループから選択されるいずれかの元素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１９】
前記活性層構造が量子井戸層とバリア層からなり、バリア層の数をＢ、量子井戸層の数をＷとしたときに、（５）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の発光素子。
Ｂ＝Ｗ＋１  ・・・（５）式
【請求項２０】
前記第１導電型クラッド層と前記第１導電型側電極との間に第１導電型コンタクト層を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２１】
前記第２導電型クラッド層と前記第２導電型側電極との間に第２導電型コンタクト層を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２２】
前記第１導電型クラッド層がｎ型半導体層であり、前記第２導電型クラッド層がｐ型半導体層であることを特徴とする請求項１乃至請求項２１のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項２３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層との間に前記活性層構造が配置された発光素子であって、
前記第１導電型クラッド層にキャリアを注入する第１導電型側電極と、
前記第２導電型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極とを備え、
前記第１導電型側電極が開口を有し、前記第２導電型側電極は、前記第１導電型側電極によって部分的に取り囲まれる主電極部と、前記開口を通して前記主電極部を前記第１導電型側電極の外側に引き出す引出部とを有し、
前記引出部は、前記開口を通る第１引出部と、前記第１導電型側電極の外縁の一部に沿って配置された第２引出部とを含む、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２４】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層との間に前記活性層構造が配置された発光素子であって、
前記第１導電型クラッド層にキャリアを注入する第１導電型側電極と、
前記第２導電型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極とを備え、
前記第１導電型側電極は、その外縁が直線で構成された直線部を含み、前記第１導電型側電極は、前記直線部のほぼ中央部に開口を有し、前記第２導電型側電極は、前記第１導電型側電極によって部分的に取り囲まれる主電極部と、前記開口を通して前記主電極部を前記第１導電型側電極の外側に引き出す引出部とを有する
ことを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体発光素子に係り、特に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層とによって前記活性層構造が挟まれた発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光素子が知られている。たとえば、ＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ系材料やＡｌＧａＩｎＰ系材料による赤色発光素子、ＧａＰ基板上に形成されたＧａＡｓＰ系材料による橙色又は黄色発光素子、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰ系材料による赤外発光素子等が知られている。
【０００３】
発光素子には、たとえば、自然放出光を利用する発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ：  ＬＥＤ）、誘導放出光を取り出すための光学的帰還機能を有するレーザダイオード（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ：  ＬＤ）あるいは半導体レーザがある。発光素子は、たとえば、表示素子、通信用素子、高密度光記録用光源素子、高精度光加工用素子、医療用素子として利用されうる。
【０００４】
特に、１９９０年代以降においては、Ｖ族元素として窒素を含有するＩｎｘＡｌＹＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を利用した高効率な青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤが実現されている。
【０００５】
さらに、その後の研究開発によって、紫外領域においても高効率なＬＥＤが実現され、現在においては、青色ＬＤも市販されるに至っている。
【０００６】
この中で、紫外あるいは青色ＬＥＤの高出力化、高効率化が進展している産業的な意義は大きい。高出力かつ高効率な青色あるいは紫外ＬＥＤと、蛍光体とを一体化することによって、白色ＬＥＤを実現することができる。白色ＬＥＤは、照明の用途において有望視されている。
【０００７】
発光素子の高出力化、すなわち、全放射束の向上において、発光素子の大型化と、大きな投入電力に対する耐性の確保とが必須である。また、大面積の発光素子は、面光源としての発光特性を示し、特に照明用途に好適である。
【０００８】
通常の小型発光素子の構造を維持しつつ単純に面積を大きくしただけの発光素子では、発光領域の全体において発光強度を均一化することが難しい。
【０００９】
発光素子の発光強度の面内均一性を向上させる種々の試みがなされてきている。たとえば、単体の発光素子において発光強度の面内均一性を向上させる試みが、特許文献１〜４に開示されている。特許文献１〜４には、１つの電極（外側の電極）が他の電極（内側の電極）の全周を完全に取り囲む構造を有する発光素子が開示されている。
【００１０】
一方、面光源の提供に関して、特許文献５〜７には、複数の発光部を１つの基板上に配列した発光素子が開示されている。
【特許文献１】特許第３１３６６７２号公報
【特許文献２】特許第３２４４０１０号公報
【特許文献３】特開２００２−３１９７０５号公報
【特許文献４】特開平１０−２０９４９６号公報
【特許文献５】特開平１１−１５０３０３号公報
【特許文献６】特開２００２−２６３８４号公報
【特許文献７】特開２００３−１１５６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された発光素子では、一方の電極が他方の電極を完全に取り囲み、電極間距離をほぼ等しくできるため、素子全体の大きさが３５０μｍ程度のように小型の場合には、十分に均一な発光が期待される。しかしながら、素子をさらに大型化した際には、活性層の全体に対するキャリアの均一な注入が困難であり、結果として均一な発光が実現されない。また、特許文献１に記載された発光素子は、一方の電極が他方の電極を完全に取り囲んでいるため、高出力化に有効なフリップチップマウントには本質的に不向きである。たとえば、ヒートシンクブロックに発光素子をフリップチップマウントして搭載することを考えると、中心電極へのアプローチは、必ず周辺電極部分と交差することになり、三次元的な配線を要求する。三次元的な配線は、電極とリードとの金属材料による接続の断面積を減少させ、発光素子からヒートシンクブロックへの放熱効率を低下させ、高出力化を困難にする。
【００１２】
特許文献２においては、素子を相似的に大きくすると、電極の幅が場所毎で異なるため、素子の大型化とともに均一な発光の実現が困難になる。
【００１３】
特許文献３、４に記載された構造もまた、一方の電極が他方の電極を完全に取り囲んでいるため、高出力化に有効なフリップチップマウントには本質的に不向きである。たとえば、ヒートシンクブロックに素子をフリップチップマウントして搭載することを考えると、中心部分にある電極へのアプローチは、必ず周辺電極部分と交差することになり、上記のような問題がある。
【００１４】
更に、特許文献１〜４には、複数の発光部を配列することによって発光素子の全体的な寸法を大型化しようとする思想は開示されていない。
【００１５】
特許文献５〜７には、面光源の提供に関する開示があるが、特許文献５〜７は、面光源を提供するための個々の発光部分における発光強度の均一化とは無関係である。
【００１６】
本発明は、たとえば、発光領域の大面積化、発光強度の面内均一性の向上及び放熱性の向上に有利な発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の側面に係る発光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層との間に前記活性層構造が配置されている。前記発光素子は、前記第１導電型クラッド層にキャリアを注入する第１導電型側電極と、前記第２導電型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極とを備える。前記第１導電型側電極は、開口を有する。前記第２導電型側電極は、前記第１導電型側電極によって部分的に取り囲まれる主電極部と、前記開口を通して前記主電極部を前記第１導電型側電極の外側に引き出す引出部とを有する。前記主電極部は、定幅図形の一部で構成され、前記主電極部の外縁と前記第１導電型側電極の内縁との間の間隔は、ほぼ一定である、
本発明の好適な実施形態によれば、前記活性層構造、前記第２導電型クラッド層及び前記第２導電型側電極は、前記第１導電型クラッド層の第１方向側の面上に配置されることができ、前記第１導電型側電極は、前記第１導電型クラッド層の前記第１方向側の面上に前記活性層構造、前記第２導電型クラッド層及び前記第２導電型側電極を部分的に取り囲むように配置されることができる。
【００１８】
本発明の好適な実施形態によれば、前記発光素子は、支持基板を更に備えうる。前記第１導電型クラッド層、前記活性層構造、前記第２導電型クラッド層、前記第１導電型側電極及び前記第２導電型側電極を含む構造体は、その２つの面のうち前記第１導電型側電極及び前記第２導電型側電極が露出した面側から前記支持基板によって支持されうる。
【００１９】
本発明の好適な実施形態によれば、前記定幅図形は、たとえば、円、ルーローの多角形（たとえば、ルーローの三角形）を含みうる。
【００２０】
本発明の好適な実施形態によれば、前記主電極部の幅をＷとしたときに、（６）式を満たすことが好ましい。
【００２１】
４００μｍ≦Ｗ≦２５００μｍ  ・・・（６）式
本発明の好適な実施形態によれば、前記引出部は、前記主電極部に近づくに従って幅が狭くなった部分を含みうる。
【００２２】
本発明の好適な実施形態によれば、前記引出部は、矩形部を含みうる。
【００２３】
本発明の好適な実施形態によれば、前記主電極部の幅をＷ、前記主電極部と前記引出部とが接触している部分の幅をＬ１としたときに、（７）式を満たすことが好ましい。
【００２４】
Ｗ／２０≦Ｌ１≦Ｗ  ・・・（７）式
本発明の好適な実施形態によれば、前記第２導電型側電極のうち前記第１導電型側電極によって取り囲まれている部分の外縁長をＬ２、前記第２導電型側電極のうち定幅図形の一部で構成されている部分の外縁長をＬ３としたときに、（８）式を満たすことが好ましい。
【００２５】
Ｌ２／２≦Ｌ３≦Ｌ２  ・・・（８）式
本発明の好適な実施形態によれば、前記主電極部の外縁と前記第１導電型側電極の内縁との間の間隔をｘとしたときに、（９）式を満たすことが好ましい
３μｍ≦ｘ≦５００μｍ  ・・・（９）式
本発明の好適な実施形態によれば、複数の前記主電極部が配列されていることが好ましい。
【００２６】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第２導電型側電極の周辺部が絶縁膜で覆われていることが好ましい。
【００２７】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１導電型側電極は、絶縁膜に形成された開口部を通して前記第１導電型クラッド層にキャリアを注入するように配置されていることが好ましい。
【００２８】
本発明の好適な実施形態によれば、前記絶縁膜は、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＦｘ、ＢａＦｘ、ＣａＦｘ、ＳｒＦｘ及びＭｇＦｘからなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことが好ましい。
【００２９】
本発明の好適な実施形態によれば、前記絶縁膜は、複数の層で構成されうる。
【００３０】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１導電型クラッド層、前記活性層構造、前記第２導電型クラッド層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ａl、Ｂ及びＮからなるグループから選択されるいずれかの元素を含むことが好ましい。
【００３１】
本発明の好適な実施形態によれば、前記活性層構造は、量子井戸層とバリア層からなり、バリア層の数をＢ、量子井戸層の数をＷとしたときに、（１０）式を満たすことが好ましい。
【００３２】
Ｂ＝Ｗ＋１  ・・・（１０）式
本発明の好適な実施形態によれば、前記発光素子は、前記第１導電型クラッド層と前記第１導電型側電極との間に第１導電型コンタクト層を更に備えてもよい。
【００３３】
本発明の好適な実施形態によれば、前記発光素子は、前記第２導電型クラッド層と前記第２導電型側電極との間に第２導電型コンタクト層を更に備えてもよい。
【００３４】
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１導電型クラッド層がｎ型半導体層であり、前記第２導電型クラッド層がｐ型半導体層であることが好ましい。
【００３５】
本発明の第２の側面に係る発光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層との間に前記活性層構造が配置されている。前記発光素子は、前記第１導電型クラッド層にキャリアを注入する第１導電型側電極と、前記第２導電型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極とを備え、前記第１導電型側電極は、開口を有し、前記第２導電型側電極は、前記第１導電型側電極によって部分的に取り囲まれる主電極部と、前記開口を通して前記主電極部を前記第１導電型側電極の外側に引き出す引出部とを有し、前記引出部は、前記開口を通る第１引出部と、前記第１導電型側電極の外縁の一部に沿って配置された第２引出部とを含む。
【００３６】
本発明の第３の側面に係る発光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層との間に前記活性層構造が配置されている。前記発光素子は、前記第１導電型クラッド層にキャリアを注入する第１導電型側電極と、前記第２導電型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極とを備え、前記第１導電型側電極は、その外縁が直線で構成された直線部を含み、前記第１導電型側電極は、前記直線部のほぼ中央部に開口を有し、前記第２導電型側電極は、前記第１導電型側電極によって部分的に取り囲まれる主電極部と、前記開口を通して前記主電極部を前記第１導電型側電極の外側に引き出す引出部とを有する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、たとえば、発光領域の大面積化、発光強度の面内均一性の向上及び放熱性の向上に有利な発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子に関するものであり、より具体的には、本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでそれぞれ構成された第１導電型クラッド層、活性層構造、第２導電型クラッド層を有し、記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層との間に活性層構造が配置された発光素子に関する。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｖ族としてＮ（窒素）を含む化合物半導体、たとえば、ＧａＮ（窒化ガリウム）系材料であることが好ましい。
【００３９】
本明細書において、クラッド層にキャリアを注入する電極の形状や寸法に関する説明は、電極の断面の全体がクラッド層にキャリアを注入するように機能しない場合には、電極の断面の全体のうちクラッド層にキャリアを注入するように機能する領域の形状や寸法に関するものである。たとえば、絶縁膜に開口部を形成し、その開口部を埋め込むように形成された電極は、断面の全体ではなく開口部を通してクラッド層に直接、又は、他の層を介して間接的に接触する部分がクラッド層に対するキャリアの注入に寄与するので、電極の形状や寸法に関する説明は、このような接触部分、すなわち、キャリア注入領域の形状や寸法に関する説明である。なお、電極の最も広い領域とキャリア注入領域とが一致する場合もある。以下では、誤解を防ぐために、各所において、キャリア注入領域に関しても言及するが、このような言及の有無に関わらず、上記のように解釈されるべきである。
【００４０】
本明細書において、層、部材、構造物等の物体同士の位置関係を表現する記載、たとえば、物体の上に他の物体が配置されるといった記載があるときは、特に明示する場合を除いて、両物体が接触した状態での位置関係を意味する場合があるほか、両物体が接触しない状態（たとえば、両物体間に他の物体又は空間が介在する状態）での位置関係をも意味する。
【００４１】
本明細書において、エピタキシャル成長層とは、エピタキシャル成長の後に何らかの処理、たとえば、熱処理、荷電粒子、プラズマなどによるキャリアの活性化処理等が施された層をも含みうる。
【００４２】
本明細書において、各層の平均屈折率ｎａｖは、その層を構成するｎ種類の材料の各屈折率をｎｘ、その材料の物理的な厚みをｔｘ(ここで、ｘは１からｎに対応)とすると、（１１）式で与えられる。
【００４３】
ｎａｖ＝（ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２＋・・・＋ｎｎ×ｔｎ）／（ｔ１＋ｔ２＋・・・＋ｔｎ）  ・・・（１１）式
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態の化合物半導体発光素子の構造及びその製造方法を具体的に説明する。
【００４４】
図１〜図５は、本発明の５つの好適な実施形態の化合物半導体発光素子の構造をそれぞれ示す平面図である。典型的には、本発明の好適な実施形態の発光素子は、図１〜図５の紙面裏側が主たる光取り出し方向とされうる。なお、図３〜図５では、発光素子の電極形状のみが示されている。図６Ａは、図１〜図２のａａ’線における模式的な断面図である。図６Ｂは、図１のｂｂ’線における模式的な断面図である。図６Ｃは、図１〜図５に示す実施形態に好適な活性層構造を模式的に示す図である。なお、これらの図面は、発明の特徴的な要素を説明することを主目的とするものであるので、層、部材、構造等の物体の位置関係を模式的に示すことを意図したものであって、実際に製造されうる発光素子の構造を拡大したものではない。
【００４５】
本発明の好適な実施形態の半導体発光素子は、化合物半導体を含んで構成されうる。化合物半導体は、たとえば、Ｖ族として窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含みうる。基板１は、発光素子が発生する光の波長帯域を透過する材料（あるいは透明な材料）で構成されうる。典型的には、基板１は、発光素子からの光出力が基板１による吸収によって５０％以上低下しない材料で構成されることが好ましい。
【００４６】
基板１は、絶縁性基板であることが好ましい。基板１として絶縁性基板を採用することにより、発光素子を支持体にフリップチップマウントした際にハンダ材等の導電性物質が基板１に付着した場合においても、発光素子の機能が阻害されない。具体的には、基板１上にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ系発光材料又はＩｎＡｌＢＧａＮ系材料をエピタキシャル成長させる場合、基板１は、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＬｉＧａＯ２、ＺｎＯ及びＳｃＡｌＭｇＯ４からなるグループから選択される材料で構成されることが好ましく、サファイアで構成されることが最も好ましい。
【００４７】
基板１は、いわゆる面指数によって完全に確定されるジャスト基板だけではなく、エピタキシャル成長の際の結晶性を制御する観点では、いわゆるオフ基板（ｍｉｓｓ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であってもよい。オフ基板は、ステップフローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を有するため、素子のモフォロジ改善にも効果があり、基板として広く使用される。たとえば、サファイアのｃ＋面基板をＧａＮ系材料の結晶成長用基板として使用する際には、ｍ＋方向に０．２度程度傾いた面を使用することが好ましい。オフ基板としては、０．１〜０．２度程度の微傾斜を持つものが広く一般的に用いられうるが、サファイア上に形成されたＧａＮ系材料においては、活性層構造内の発光ポイントである量子井戸層にかかる圧電効果による電界を打ち消すために、比較的大きなオフ角度をつけることも可能である。
【００４８】
基板１は、ＭＯＣＶＤやＭＢＥ等の結晶成長技術を利用して化合物半導体発光素子を製造するために、あらかじめ化学エッチングや熱処理等を施しておいてもよい。また、基板１の表面には、意図的に凹凸を形成してもよく、これによって、基板１とその上に形成されるエピタキシャル層との界面で発生する貫通転移（threading dislocation）が発光素子の活性層構造又はその近傍に導入されることを低減することができる。
【００４９】
基板１は、発光装置の製造工程中に除去されてもよい。たとえば、発光素子を支持体に対してフリップチップマウントした場合には、全体の構造体から基板１を剥離等によって除去してもよい。基板１の除去により、素子特性の向上のための加工等をバッファ層２に施すことが可能になる。
【００５０】
バッファ層２の２つの面のうち基板１が剥離された面は、バッファ層２がＧａＮ系材料で構成される場合には、窒素面であることが多い。窒素面は、サファイア基板、又はＧａ面よりも粗面化等の加工が容易である。
【００５１】
また、基板１の厚みは、発光素子の製造プロセスの初期段階においては、典型的には、３５０〜７００μｍ程度とされ、プロセスにおいて要求される機械的強度が確保される。基板１を除去することなく発光素子構造体中に残す場合には、一連のプロセスの途中において、研磨工程によって基板１を薄化して、最終的な発光素子では、１００μｍ程度の厚さにされることが好ましい。
【００５２】
発光素子を支持体にフリップチップマウントする場合においては、基板１の２つの面のうちエピタキシャル成長が実施されていない面が主たる光取り出し方向となる。この面を光取り出し面と呼ぶことにすると、光取り出し面は、平坦でない面又は粗面であることが好ましい。光取り出し面を平坦でない面又は粗面とすることにより、量子井戸層内で発光した光を高効率で取り出すことができ、素子の高出力化、高効率化の観点で好ましい。
【００５３】
また、基板１を除去する実施形式においては、バッファ層２の露出面が平坦でない面又は粗面であることが好ましい。
【００５４】
バッファ層２は、基板１上にクラッド層や活性層構造をエピタキシャル成長させる際に、転移の抑制、基板結晶の不完全性の緩和、基板結晶とエピタキシャル成長層との各種の相互不整合の軽減などを目的として、基板１とクラッド層との間に形成されうる。
【００５５】
ＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＩｎＡｌＢＧａＮ系材料、ＩｎＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料及びＧａＮ系材料からなるグループから選択される材料を基板１上にヘテロエピタキシャル成長させる際には、エピタキシャル成長層と基板１との間で格子定数がマッチングしないので、バッファ層２は特に重要である。
【００５６】
バッファ層２の上にエピタキシャル成長層を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で成長させるプロセスにおいては、バッファ層２として、６００℃近傍の低温で成長させたＡｌＮ層や５００℃近傍の低温で成長させたＧａＮ層を利用することが好ましい。また、８００℃〜１０００℃程度の高温で成長させたＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＢＧａＮなどもバッファ層２として好適である。このようなバッファ層は、一般に、５〜４０ｎｍ程度の薄いものである。
【００５７】
バッファ層２は、必ずしも単一の層である必要はなく、低温で成長させたＧａＮバッファ層の上に、結晶性をより改善するために、ドーピングを施さない１０００℃程度の温度で成長させたＧａＮ層を数μｍ程度形成してもよい。実際には、このような厚膜のバッファ層を有することが普通であって、その厚みは、たとえば０．５〜７μｍ程度である。
【００５８】
バッファ層２の形成に関しては、いわゆるマイクロチャネルエピタキシーの一種である横方向成長技術(ELO; Epitaxial Lateral Overgrowth)も使用可能であり、これによってサファイア等の基板とＩｎＡｌＧａＮ系材料の間で発生する貫通転移密度を大幅に低減することも可能である。
【００５９】
製造プロセス中に基板１が活性層構造４を含む主構造体から分離される場合には、それによって露出するバッファ層２の面が主たる光取り出し面になる。基板１の剥離は、たとえば、基板１を透過してバッファ層２で吸収される波長を有する光を用いて、バッファ層２の一部を光化学的に分解することによって実施されうる。たとえば、基板１がサファイアで構成され、バッファ層２がＧａＮで構成される場合には、２４８ｎｍのエキシマレーザ光を基板１を通してバッファ層２に照射することによって、ＧａＮをＧａとＮに分解して、基板１を活性層構造４を含む主構造体から剥離することができる。
【００６０】
第１導電型クラッド層４は、第２導電型クラッド層５とともに活性層構造４を挟む込み、キャリアと光の空間的な閉じ込めを効率よく実現し、量子井戸層における発光を高効率で実現する。このために、一般的には、第１導電型クラッド層３は、活性層構造４の平均的屈折率より小さな屈折率を有する材料で、かつ、活性層構造４の平均的なバンドギャップよりも大きな材料で構成される。
【００６１】
さらに、第１導電型クラッド層３は、活性層構造４内の特にバリア層４ｂとの関係において、いわゆるタイプＩ型のバンドラインナップとなる材料で構成されることが好ましい。このような指針の下で、第１導電型クラッド層３の材料は、所望の発光波長を実現するために選択される基板１、バッファ層２、活性層構造４に応じて適宜選択されうる。
【００６２】
第１導電型クラッド層３は、たとえば、基板１としてＣ＋面サファイアを使用し、バッファ層２して低温成長したＧａＮを使用する場合には、ＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料若しくはＩｎＡｌＢＧａＮ系材料、又は、それら全部又は一部の多層構造で形成されうる。
【００６３】
第１導電型クラッド層３のキャリア濃度は、下限は１×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましく、５×１０１７ｃｍ−３以上であることがより好ましく、５×１０１７ｃｍ−３以上であることが最も好ましい。第１導電型クラッド層３のキャリア濃度の上限は、１×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましく、７×１０１８ｃｍ−３以下であることがより好ましく、５×１０１８ｃｍ−３以下であることが最も好ましい。
【００６４】
第１導電型がｎ型の場合、第１導電型クラッド層３のドーパントとしては、Ｓｉが最も好ましい。前記のドーピングレベルは、発光素子全体を均一な輝度で発光させるために重要である。
【００６５】
第１導電型クラッド層３は、図６Ａ、６Ｂに示す例のように、単一の層で構成されてもよいし、２層以上の積層構造として構成されてもよい。後者においては、たとえば、第１層をＧａＮ系材料で構成し、第２層をＡｌＧａＮ系材料、ＩｎＡｌＧａＮ系材料及びＩｎＡｌＢＧａＮ系材料からなるグループから選択される材料で形成することができる。第１導電型クラッド層３は、異種材料の積層構造からなる超格子構造とされてもよい。さらに、第１導電型クラッド層３内において、キャリア濃度を変化させてもよい。
【００６６】
第１導電型クラッド層３が多層構造を有する場合には、第１導電型側電極７と接触する層のキャリア濃度を意図的に高くして、電極７との接触抵抗を低減することが好ましい。
【００６７】
第１導電型クラッド層３は、凸部（メサ部）３ｍを有する。凸部３ｍは、たとえば、ほぼ均一な厚さの第１導電型層を形成した後に、凸部３ｍとすべき領域の周囲をエッチングすることによって形成されうる。凸部３ｍの側壁３ｓ、及び、凸部３ｍを取り囲む周辺部３ｏは、第１キャリア注入領域７ａを除いて、ＳｉＮ等の絶縁膜８で覆われていることが好ましい。第１導電型側電極７によって第１導電型クラッド層３にキャリアが注入される領域である第１キャリア注入領域７ａは、絶縁膜８に形成される開口部によって規定される。
【００６８】
第１導電型クラッド層３の上には、活性層構造４が形成されている。活性層構造４は、第１導電型クラッド層３と第２導電型クラッド層５とから注入される電子と正孔（又は正孔と電子）が再結合して発光する層である１又は複数の量子井戸層４ｗと、複数のバリア層４ｂとを含みうる。バリア層４ｂは、量子井戸層４ｗと量子井戸層４ｗとの間、量子井戸層４ｗと第１導電型クラッド層３との間、及び、量子井戸層４ｗと第２導電型クラッド層５との間に配置される。
【００６９】
ここで、発光素子の高出力化、高効率化を実現するためには、活性層構造４中の量子井戸層４ｗの層数をＷ、バリア層４ｂの層数をＢとすると、（１２）式を満たすことが好ましい。
【００７０】
Ｂ＝Ｗ＋１  ・・・（１２）式
すなわち、クラッド層３、５と活性層構造４との積層構造は、第１導電型クラッド層３／活性層構造４／第２導電型クラッド層５で構成され、活性層構造４は、バリア層４ｂ／量子井戸層４ｗ／バリア層４ｂ、又は、バリア層４ｂ／量子井戸層４ｗ／バリア層４ｂ／量子井戸層４ｗ／バリア層４ｂのように、バリア層４ｂ／量子井戸層４ｗ／・・・／量子井戸層４ｗ／バリア層４ｂのように形成されることが好ましい。図６Ｃに上記のような構造を有する活性層構造４の一例が示されている。図６Ｃに示す例では、量子井戸層４ｗが５層であり、バリア層４ｂが６層である。
【００７１】
ここで、量子井戸層４ｗにおいて量子サイズ効果を発現させて、発光効率を高めるために、その層厚は、ド・ブロイ波長と同程度に薄くされる。このため、高出力化を実現するためには、単層の量子井戸層ではなく、複数の量子井戸層を積層することが好ましい。この際に、各量子井戸層４ｗ間の結合を制御しつつ分離する層がバリア層４ｂである。バリア層４ｂは、クラッド層３、５と量子井戸層４ｗとの分離のためにも存在することが好ましい。
【００７２】
たとえば、第１導電型クラッド層３及び第２導電型クラッド層５がＡｌＧａＮを含み、量子井戸層４ｗがＩｎＧａＮからなる場合には、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮとの間にＧａＮからなるバリア層４ｂが存在することが好ましい。このようなバリア層４ｂの配置により、量子井戸層４ｗとクラッド層３、５とにおいて結晶成長の最適温度が異なる場合において一連のプロセスにおける温度の変更が容易にできるので、エピタキシャル成長の制御の観点からも好ましい。
【００７３】
また、第１導電型クラッド層３及び第２導電型クラッド層が最もバンドギャップの広いＩｎＡｌＧａＮからなり、量子井戸層４ｗが最もバンドギャップの狭いＩｎＡｌＧａＮからなる場合は、バリア層４ｂにその中間のバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮを用いることが好ましい。
【００７４】
さらに、一般にクラッド層３、５と量子井戸層４ｗとの間のバンドギャップの差は、バリア層４ｂと量子井戸層４ｗの間のバンドギャップの差よりも大きく、量子井戸層４ｗへのキャリアの注入効率を考えても、量子井戸層４ｗはクラッド層３、５に直接接触しないことが好ましい。
【００７５】
量子井戸層４ｗには、意図的なドーピングは実施しない方が好ましい。一方、バリア層４ｂには、ドーピングを施して、活性層構造の全体の抵抗を下げることが好ましい。特に、バリア層４ｂにはｎ型のドーパント、特にＳｉをドーピングすることが好ましい。ｐ型のドーパントとして有用なＭｇは素子内で拡散しやすく、高出力動作時においては、Ｍｇの拡散を抑制することが重要となる。Ｓｉは、Ｍｇの拡散の抑制に有効である。ただし、量子井戸層４ｗとバリア層４ｂとの界面においては、ドーピングを実施しない方がよい。
【００７６】
活性層構造４の側壁は、絶縁膜８で覆われていることが好ましい。これは、発光素子をフリップチップボンドする際に活性層構造４の側壁にハンダ等が付着して短絡が発生することを防止することができるからである。
【００７７】
活性層構造４は、第１導電型クラッド層３と第２導電型クラッド層５との間に配置される。これによって活性層構造４にキャリアと光が空間的に閉じ込められて、量子井戸層４ｗにおける発光を高効率で実現することができる。
【００７８】
このために、第２導電型クラッド層５は、活性層構造４の平均的屈折率より小さな屈折率を有する材料で、かつ、活性層構造４の平均的なバンドギャップよりも大きな材料で構成されることが好ましい。さらに、第２導電型クラッド層５は、活性層構造４内の特にバリア層４ｂとの関係において、いわゆるタイプＩ型のバンドラインナップとなる材料で構成されることが好ましい。このような指針の元で、第２導電型クラッド層５の材料は、所望の発光波長を実現するために選択される基板１、バッファ層２、活性層構造４に応じて適宜選択することができる。
【００７９】
たとえば、基板１としてＣ＋面サファイアを使用し、バッファ層２してＧａＮを使用する場合には、第２導電型クラッド層５としてＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料若しくはＡｌＧａＢＩｎＮ系材料、又は、これらの全部又は一部の材料を積層構造として形成されうる。また、第１導電型クラッド層３と第２導電型クラッド層５は、同じ材料で構成されてもよい。
【００８０】
第２導電型クラッド層５のキャリア濃度の下限は、１×１０１７ｃｍ−３以上が好ましく、５×１０１７ｃｍ−３以上がより好ましく、５×１０１７ｃｍ−３以上が最も好ましい。第２導電型クラッド層５のキャリア濃度の上限は、７×１０１８ｃｍ−３以下が好ましく、２×１０１８ｃｍ−３以下が最も好ましい。第２導電型がｐ型である場合、ドーパントとしてはＭｇが最も好ましい。これらのドーピングレベルは、発光素子全体を均一な強度で発光させるために重要な通過抵抗を決定する要素となるために重要である。
【００８１】
第２導電型クラッド層５は、単一の層で構成されてもよいし、２層以上の積層構造として構成されてもよい。この場合には、たとえば、ＧａＮ系材料とＡｌＧａＮ系材料を使用することなどができる。第２導電型クラッド層５は、異種材料の積層構造からなる超格子構造とされてもよい。さらに、第２導電型クラッド層５内において、キャリア濃度を変化させてもよい。
【００８２】
一般に、ＧａＮ系材料においては、ｎ型ドーパントがＳｉであって、かつ、ｐ型ドーパントがＭｇである場合には、ｐ型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＡｌＩｎＧａＮの結晶性は、ｎ型ＧａＮ、ｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮにはそれぞれ及ばない。このため、素子作製においては、結晶性の劣るｐ型クラッド層を活性層構造４の結晶成長後に形成することが好ましい。この観点で、第１導電型がｎ型で、第２導電型がｐ型であることが好ましい。
【００８３】
また、結晶性の劣るｐ型クラッド層（これは、好ましい形態における第２導電型クラッド層５に相当する）の厚みは、発光素子をフリップチップマウントする場合には、フェイスアップマウントする場合よりも薄くてよい。フリップチップマウントにおいては、第１導電型クラッド層３側が主たる光の取り出し方向になり、第２導電型側電極６側からの光の取り出しを考慮する必要がなく、大面積かつ厚い第２導電型側電極６を形成することができる。このため、フリップチップマウントの場合には、フェイスアップマウントの場合におけるように、第２導電型クラッド層５における横方向へのキャリア拡散を期待する必要がない。ただし、第２導電型クラッド層５を極端に薄くすると、キャリアの注入効率が低下してしまう。したがって、第２導電型側クラッド層の厚みは、たとえば、０．０２μｍ〜０．３μｍの範囲内であることが好ましく、０．０３μｍ〜０．１５μｍの範囲内であることがより好ましく、０．０４μｍ〜０．１μｍの範囲内であることが最も好ましい。
【００８４】
第２導電型クラッド層５が多層構造を有する場合には、第２導電型側電極６と接触する層のキャリア濃度を意図的に高くして、電極６との接触抵抗を低減することが好ましい。
【００８５】
第２導電型クラッド層５は、第２導電型側電極６が形成される部分を除いて絶縁膜８で覆われることが好ましい。第２導電型クラッド層５上に第２導電型側電極６が形成された後に絶縁膜８が形成される場合には、第２導電型側電極６の断面と第２キャリア注入領域６ａとが一致する。
【００８６】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃに示す構造を形成するプロセスは、基板１上にエピタキシャル層を形成する工程を含む。エピタキシャル層は、バッファ層２と、第１導電型クラッド層３と、量子井戸層４ｗ及びバリア層４ｂの積層構造を含む活性層構造４と、第２導電型クラッド層５とを含みうる。なお、エピタキシャル層は、更に、他の層を含んでもよい。
【００８７】
エピタキシャル層の形成には、ＭＯＣＶＤ法の適用が好ましい。しかし、エピタキシャル層の形成においては、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、スパッタ法を適用することもできる。また、多層構造のエピタキシャル層の形成において、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、スパッタ法等の種々の方法の少なくとも２つの方法を適用してもよい。また、エピタキシャル層の構成は、発光素子の用例等に合わせて適宜変更されうる。
【００８８】
第２導電型クラッド層５がｐ型化合物半導体層（たとえば、ｐ型ＧａＮ層）である場合には、第２導電型クラッド層５の形成（第２導電型クラッド層５を成長させた後の熱処理等を含みうる）後、絶縁膜８及び第１導電型側電極７の形成よりも先に第２導電型側電極６を形成することが好ましい。
【００８９】
ＧａＮ系材料を例にとると、ｐ型にドープされたＧａＮ系材料は、ｎ型にドープされたＧａＮ系材料よりも活性化率が劣っている。第２導電型クラッド層５としてｐ型化合物半導体層、たとえば、ｐ型ＧａＮ系半導体層を採用する場合、これが各種のプロセスに晒されると、ｐ型ＧａＮ系クラッド層中の正孔濃度がプロセスダメージによって低下しうる。たとえば、ｐ−ＣＶＤによる絶縁層８の形成工程を第２導電型側電極６の形成より前に実施すれば、第２導電型クラッド層６の表面にプラズマダメージを受ける。
【００９０】
そこで、第２導電型クラッド層５の形成後は、第２導電型側電極６の形成が他のプロセスよりも先に実施されることが好ましい。ここで、他のプロセスは、たとえば、第２導電型クラッド層５の一部、活性層構造４の一部、第１導電型クラッド層３の一部をエッチングして凸部３ｍを形成する工程、絶縁膜８に第１キャリア注入領域（コンタクト領域）７ａを規定する開口を形成する工程、第１導電型側電極７を形成する工程等を含みうる。
【００９１】
第２導電型クラッド層５がｐ型である場合には、第２導電型側電極の表面はＡｕで構成されうる。第２導電型側電極５の表面がＡｕなどの比較的安定な金属で構成される場合には、その後のプロセスによって当該表面が受けるプロセスダメージは小さい。この観点からも、第２導電型クラッド層５の形成後は、可能な限り他のプロセスよりも先に第２導電型側電極６の形成プロセスが実施されることが好ましい。
【００９２】
なお、第２導電型クラッド層５の上に他の層、たとえば、第２導電型コンタクト層が形成され、この第２導電型コンタクト層上に第２導電型側電極６が形成される場合には、プロセスダメージを披瀝する層は、この第２導電型コンタクト層である。要するに、エピタキシャル層の最表面層の上に第２導電型側電極６を形成するプロセスを可能な限り他のプロセスよりも前に実施することが好ましい。
【００９３】
第２導電型側電極６は、第２導電型の窒化物化合物半導体と良好なオーム性接触を提供し、かつ、フリップチップマウントをした際には、発光波長帯域における反射ミラーとなるとともにハンダ材などによるサブマウント、素子支持用基板などとの良好な接着性を提供すべきである。第２導電型側電極５の材料及び構造は、このような観点で決定されうる。ここで、第２導電型側電極５は、単一の層で構成されてもよいし、複数の層で構成されてもよいが、典型的には、上記のような複数の機能を提供するために複数の層で構成されうる。
【００９４】
第２導電型がｐ型であり、第２導電型側クラッド層５の２つの面のうち第２導電型側電極６側の面がＧａＮで構成される場合には、第２導電型側電極６は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ及びＡｕからなるグループから選択される材料で構成されることが好ましい。特に、第２導電型側電極６の第１層（第２導電型クラッド層５に接触する層）は、Ｎｉ層であることが好ましく、第２導電型側電極６の最終層（第２導電型クラッド層５から最も遠い層）は、Ａｕ層であることが好ましい。Ｎｉは、仕事関数の絶対値が大きく、ｐ型材料との接合に好適であり、Ａｕは、プロセス履歴に対する耐性が高く、また、マウントにおいても好都合である。
【００９５】
第２導電型側電極６の形成には、スパッタ、真空蒸着等種々の成膜技術を適用可能である。また、所望形状の電極６を形成するための技術としては、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適用可能である。
【００９６】
第２導電型側電極６を形成した後には、第１導電型クラッド層３に凸部３ｍが形成されるように、凸部３ｍが形成されるべき領域の周辺部３ｏをエッチングする。この際に、第２導電型クラッド層５、活性層構造４、及び、第１導電型クラッド層の周辺部３ｏを連続的にエッチングする。ここで、第２導電型クラッド層５の上に第二導電型コンタクト層が形成されている場合には、コンタクト層もエッチングされる。
【００９７】
エッチングの方法としては、たとえば、ＳｉＮｘ等でエッチングマスクを形成した後に、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＢＣｌ３等をエッチングガスとして実施されるドライエッチングが好適である。
【００９８】
第２導電型側電極６は、ｐ−ＣＶＤ等によって形成されうるＳｉＮｘマスクの形成履歴、エッチング工程後に実施される当該ＳｉＮｘマスク除去工程を披瀝するが、第２導電型側電極６の表面がＡｕなどの安定な金属で形成されている場合には、第２導電型側電極が受けるプロセスダメージは少なくなる。
【００９９】
上記のエッチング工程に次いで、たとえば、基板１に素子分離溝を形成する追加的エッチング工程（第２エッチング工程）が実施されてもよい。
【０１００】
第１導電型クラッド層３の周辺部（凹部）３ｏがエッチングされた後に、基板１上の構造物の全面に絶縁膜８が形成される。絶縁膜８は、発光素子を支持体にフリップチップマウントした際に、マウント用のハンダや導電性ペースト材が、たとえば、第１導電型側電極７と第２導電型側電極６との間、活性層構造４、電極７又は６との間等を、短絡させることを防止する。
【０１０１】
絶縁膜８の材料又は構造は、特に限定されないが、たとえば、単層の酸化物、窒化物、又はフッ化物等で構成されることが好ましい。具体的には、絶縁膜８は、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＦｘ、ＢａＦｘ、ＣａＦｘ、ＳｒＦｘ及びＭｇＦｘからなるグループから選択される材料で構成されることが好ましい。これらの材料で構成される絶縁膜８は、長期に渡って安定に絶縁性を提供する。
【０１０２】
一方、多層構造の絶縁膜８を採用することもできる。この場合、絶縁膜８を構成する複数の絶縁層（誘電体）の屈折率を適宜調整することによって、発光素子内で発生した光に対して光学的に比較的高い反射率を有するいわゆる高反射コーティングの機能も提供されうる。たとえば、発光素子の発光波長の中心値がλである場合には、ＳｉＯｘとＴｉＯｘをそれぞれ光学厚みをλ／４ｎ（ここで、ｎは波長λにおけるそれぞれの材料の屈折率）として積層することなどで高い反射特性を実現することが可能である。
【０１０３】
このようにすると、発光素子を支持体にフリップチップボンドした際には、主たる取り出し方向側への光の取り出し効率を高めることが可能となり、素子の高出力化、高効率化の観点とハンダ材等による意図しない短絡等を防止することとを両立することができる。具体的には、発光素子の発光波長において、絶縁膜８の反射率をＲ１、バッファ層２の反射率をＲ２とすると、Ｒ１とＲ２がＲ２＜Ｒ１を満たすことが好ましい。これは、多層構造の絶縁膜８が光学的な反射ミラーとして効率よく機能するための条件である。
【０１０４】
多層構造の絶縁膜８を構成する層には、その材料の安定性、及び屈折率の範囲から考えて、ＳｉＯｘ，ＳｉＮｘ，ＴｉＯｘ，ＭｇＦ２からなるグループから選択される材料が含まれることが好ましい。
【０１０５】
絶縁膜８の形成工程に次いで、第２導電型側電極６の一部が露出するように絶縁膜８に開口部を形成することが好ましい。また、この際に、同時に、第１導電型クラッド層３のキャリア注入領域７ａが露出するように絶縁膜８を除去することが好ましい。ここで、このようなプロセスによって形成される場合には、第２キャリア注入領域６ａの形状は第２導電型側電極６の断面形状と等しくなり、また、第１キャリア注入領域７ａの形状は、第１導電型側電極７と第１導電型クラッド層３とのコンタクトのために絶縁層８に形成される開口部によって規定される。ただし、第１導電型側電極７の形状と第１キャリア注入領域７ａの形状は、互いに類似していることが好ましい。
【０１０６】
第２導電型側電極６上の絶縁膜８の除去は、第２導電型側電極６の周辺部分が絶縁膜８によって覆われたまま残るように実施することが好ましい。すなわち、第２導電型側電極６の露出部分の表面積は、第２キャリア注入領域６ａの面積よりも小さいことが好ましい。この場合、発光素子をフリップチップマウントしてサブマウント又は素子支持基板等と一体化する際に使用するハンダ材等による意図しない短絡、たとえば、第１導電型側電極７と第２導電型側電極６との短絡、発光ユニット間の短絡などを効果的に防止することができる。
【０１０７】
第２導電型側電極６は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ及びＡｕのいずれかからなるグループから選択される少なくとも１つの材料を構成元素として含むことが好ましく、特に絶縁膜８と接する面は、Ａｕで構成されることが好ましい。この場合、絶縁膜８を除去する工程において、第２導電型側電極６は、そのプロセスダメージを受けることが少ないため、第２導電型側電極６の形成工程は、絶縁膜８の形成工程よりも先に実施されていることが好ましい。
【０１０８】
さらに、第２導電型側電極６の露出部分の形成、第１キャリア注入領域７ａを露出させるための絶縁膜８の除去、又は、発光素子を区切るための素子分離溝を形成する場合には絶縁膜８に対する素子分離溝の形成は、同時に実施されることが好ましい。
【０１０９】
絶縁膜８の部分的な除去には、絶縁膜８の材質によってドライエッチング、ウエットエッチング等の各種エッチング手法、エッチングガス、エッチング液を選択可能である。たとえば、絶縁膜がＳｉＮｘ単層である場合には、ＳＦ６等のエッチングガスを用いたドライエッチングも、あるいはフッ化水素酸系のエッチング液を用いたウエットエッチングも可能である。また、絶縁膜８がＳｉＯｘとＴｉＯｘとで構成される多層構造である場合には、Ａｒイオンミリングによって所望の部分の多層膜を除去することも可能である。
【０１１０】
図６Ａ、図６Ｂに示された状態は、第１キャリア注入領域７ａを規定する開口部を絶縁膜８に形成した後に第１導電型側電極７を形成することによって完成する。第１導電型側電極７は、第１導電型の窒化物化合物半導体と良好なオーム性接触を提供する材料で構成されることが好ましい。また、第１導電型側電極７は、フリップチップマウントにおいては、良好な発光波長帯域における反射ミラーとなり、また、ハンダ材等によるサブマウント、デバイス素子支持用基板などとの良好な接着性を提供する材料で構成されることが好ましい。第１導電型側電極７は、単一の層で構成されてもよいし、複数の層で構成されてもよい。典型的には、電極に要請される複数の目的を達するために、第１導電型側電極７は、複数の層で構成されうる。
【０１１１】
第１導電型がｎ型であるとすると、それにコンタクトする第１導電型側電極７は、Ｔｉ、Ａｌ、及びＭｏからなるグループから選択される少なくとも１つの材料を構成元素として含むことが好ましい。これらの金属は、仕事関数の絶対値が小さいので、ｎ型材料との接合に好適である。第１導電型側電極７が複数の層で構成される場合には、最終層（第１導電型クラッド層３から最も遠い層）は、Ａｌで構成されることが好ましい。
【０１１２】
第１導電型側電極７は、第１キャリア注入領域７ａの大きさよりも大きな面積に形成されることが好ましい。これにより、キャリア注入領域７ａを規定するために絶縁膜８に形成される開口部に対する第１導電型側電極７のミスアラインを防止することができるほか、フリップチップマウントにおいて第１導電型側電極７からサブマウントへの放熱性（熱移動量）を向上させることができる。また、第１導電型側電極７は、第２導電型側電極６と空間的に重なりを有さないように配置されることが好ましい。これにより、フリップチップマウント時に第１導電型側電極７と第２導電型側電極６とがハンダ材等によって短絡する可能性を低減することができる。
【０１１３】
第１導電型側電極７の形成には、たとえば、スパッタ、真空蒸着等の種々の成膜技術を適用適応可能であり、また、所望形状の電極７を形成するための技術としては、フォトリソグラフィー技術を用いたリフトオフ法や、メタルマスク等を用いた場所選択的な蒸着等を適用可能である。
【０１１４】
第１導電型側電極７は、第１導電型クラッド層３に接触して第１キャリア注入領域７ａを形成しうるが、第１導電型側電極７は、第１導電型コンタクト層を介して第１導電型クラッド層３にキャリアを注入するように構成されてもよい。要するに、第１導電型側電極７は、第１導電型クラッド層３にキャリアを注入することができるように配置されればよい。
【０１１５】
次いで、図１〜図６Ａ、図６Ｂを参照しながら本発明の好適な実施形態の発光素子デバイス素子の電極形状等に関して説明する。まず、図１及び図６Ａ、図６Ｂを参照しながら１つの実施形態を説明する。
【０１１６】
本発明の好適な実施形態の発光デバイスは、第１導電型側電極７及び第２導電型側電極６を有する。第２導電型側電極６は、主電極部６−０、第１引出部６−１、第２引出部６−２を有する。ここで、主電極部６−０は、第１導電型側電極７によって部分的に取り囲まれる領域である。第１引出部６−１は、主電極部６−０を第１導電型側電極７の外側に引き出す領域である。第２引出部６−２は、第１導電型側電極７の外縁の一部に沿って配置された領域である。第２引出部６−２は、複数個の主電極部６−０を配列する際に、複数個の主電極部６−０を連結するように機能しうる。
【０１１７】
第１導電型側電極７は、第２導電型側電極６の全体のうち主電極部６−０を取り囲むように構成され、主電極部６−０を取り囲まない部分として開口部（切断部）７ｐを有する。第１導電型側電極７は、その外縁が直線で構成された直線部を含むことができ、第１導電型側電極７は、そのような直線部のほぼ中央部に開口７ｐを有することができる。
【０１１８】
第２導電型側電極６の第１引出部６−１は、第１導電型側電極７の開口部７ｐを通して主電極部６−０を第１導電型側電極７の外側に引き出し、更には、第１導電型側電極７の外側に配置された第２引出部６−２に引き出す。第２引出部６−２は、電源ラインとしても機能しうる。
【０１１９】
主電極部６−０は、第１引出部６−１の存在によって変形を受ける部分を除いて、たとえば、円等の定幅図形で構成されうる。主電極部６−０の外縁とそれを取り囲む第１導電型側電極７の第１キャリア注入領域７ａの内縁とは、一定の幅を有することが好ましい。すなわち、主電極部６−０の定幅図形部分を取り囲む第１キャリア注入領域７ａの内縁も、主電極部６−０の定幅図形部分と中心が同一な相似な定幅図形であることが好ましい。
【０１２０】
以下、主電極部６−０及び第１導電型側電極７を中心が同一である相似な定幅図形とすることにについて、さらに詳細に説明する。
【０１２１】
第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として説明する。本発明の好適な実施形態の発光素子は、Ｖ族として窒素（Ｎ）原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を主要部として構成されうる。たとえば、ＧａＮ系、ＡｌＮ系、ＩｎＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＡｌＮ系、ＩｎＡｌＧａＮ系、ＩｎＡｌＢＧａＮ系材料等を用いて、化合物半導体発光素子を作製すると、ｎ型半導体層の電極近傍の領域からの発光よりも、ｐ型半導体層の電極近傍の領域からの発光が強くなる。この際に、ｐ型半導体層に対するキャリア注入領域（電極）がある程度の大きさを越えると、ｐ型半導体の電極近傍の領域からの発光強度が不均一になる。
【０１２２】
これに対して、ｐ型半導体層に対してキャリアを注入するキャリア注入領域の形状を円やルーローの多角形等の定幅図形とすることにより、三角形、四角形、五角形、その他多角形などの非定幅図形型とした場合と比較して、該キャリア注入領域あるいは電極形状を大型化した場合においても、発光強度の面内均一性の低下が抑制され、特に、該キャリア注入領域の中心部及びその付近における発光強度の低下が抑制される。
【０１２３】
ここで、ｐ型半導体層にキャリアを注入する領域の外縁に対して一定の幅ｘを隔てるように、ｎ型半導体層にキャリアを注入する領域の内縁を配置することによって、ｐ型半導体層にキャリアを注入する領域を大型化した場合においてもｐ型半導体層の電極の近傍を均一に発光させることができる。
【０１２４】
換言すると、比較的大型の非定幅図形をp側電極あるいはキャリア注入領域の形状として有する素子構造においては、p型半導体の電極近傍、特にその中心付近からの発光が弱くなる。これに対して、ｐ型半導体層に対してキャリアを注入するp側のキャリア注入領域の形状を円やルーローの多角形等の定幅図形とすることにより、また、ｐ型半導体層にキャリアを注入する領域の外縁に対して、適切な一定の幅ｘを隔てるように、ｎ型半導体層にキャリアを注入する領域の内縁を配置することによって、p型半導体層の電極近傍、特にその中心付近からの発光が弱くならずに、ｐ型半導体層の電極の近傍を均一に発光させることができる。
【０１２５】
図１、図６Ａ、図６Ｂを参照して説明すると、ｐ型クラッド層５にキャリアを注入する主電極部６−０は、前述のように、第１引出部６−１の存在によって変形を受ける部分を除いて定幅図形で構成されうる。また、主電極部６−０をその外縁から一定の幅を隔てて取り囲むように、ｎ型クラッド層３に第１導電型側電極７（キャリア注入領域７ａ）が配置されうる。このような構成によれば、第１導電型側電極７（キャリア注入領域７ａ）の内縁間の、第２導電型側電極６の中心（定幅図形の中心）を通る幅を一定にすることができるので、活性層構造４に対するキャリアの注入を均一化することができ、第二導電型側電極近傍の発光強度の面内均一性を向上させることができる。
【０１２６】
ここで、主電極部６−０の外縁及びキャリア注入領域７ａの内縁の各形状を定幅図形とすることは、前述のように、個々の発光部分における発光強度の面内均一性の向上に寄与する。一方、第１導電型側電極７の開口部７ｐを通して主電極部６−０（キャリア注入領域６ａ）を第１導電型側電極７の外側に引き出す第１引出部６−１を設けることにより、発光素子をサブマウント（ヒートシンクブロック）にフリップチップマウントする構成において、主電極６−０にアプローチするサブマウント側のリードを第１導電型側電極７と交差させる必要がなくなる。これは、サブマウントに配置された一対のリード（プラス側、マイナス側）による主電極６−０（第２導電型側電極６）及び第１導電型側電極７へのアプローチを３次元的な配線ではなく２次元的な配線で行うことを可能にする。このような構成によれば、電極６、７とリードとの金属材料（典型的には、金属ハンダ）による接続の断面積を増加させることができる。これにより、発光素子からサブマウントへの方熱効率を高めることができ、高出力化を容易にすることができる。
【０１２７】
主電極部６−０（キャリア注入領域６ａ）の定幅図形部分の幅Ｗが２５００μｍ以下である場合には、活性層構造４のｐ側電極６近傍の領域の全面において均一な発光を実現されることが確認されている。ここで、発光強度の面内均一性を向上させるためには、引出部６−１を設けることによる厳密な定幅図形からの主電極部６−０や第１導電型側電極７（キャリア注入領域７ａ）のずれ（変形）を相対的に最小化すべきである。これを考慮すると、引出部６−１による定幅図形の厳密性の破壊を小さくするためには、主電極部６−０（キャリア注入領域６ａ）の幅Ｗは、相対的に、ある大きさ以上であることが好ましく、４００μｍ以上であることが好ましい。したがって、主電極部６−０（キャリア注入領域６ａ）が定幅図形部分を含んで構成される場合には、その定幅図形部分の幅Ｗは、（１３）式を満たすことが好ましい。
【０１２８】
４００μｍ≦Ｗ≦２５００μｍ  ・・・（１３）式
またより好ましくは、定幅図形部分の幅Ｗは、（１４）式を満たすことが好ましい。
【０１２９】
７００μｍ≦Ｗ≦２０００μｍ  ・・・（１４）式
主電極部６−０（キャリア注入領域６ａ）の外縁と第１導電型側電極７（キャリア注入領域７ａ）の内縁との間隔ｘは、（１５）式を満たすように決定されることが好ましく、（１６）式を満たすように決定されることがより好ましく、典型的には、（１７）式を満たすように決定されうる。
【０１３０】
３μｍ≦ｘ≦５００μｍ  ・・・（１５）式
１０μｍ≦ｘ≦３００μｍ  ・・・（１６）式
３０μｍ≦ｘ≦１００μｍ  ・・・（１７）式
主電極部６−０（キャリア注入領域６ａ）を構成する定幅図形部分は、発光強度の面内均一性の観点においては、図１、図２、図３に例示的に示されるように円であることが好ましい。これは、周辺からその中心に向けてキャリアが均一に注入されやすいからである。
【０１３１】
主電極部６−０（キャリア注入領域６ａ）を構成する定幅図形部分は、図４、図５に例示的に示されるようにルーローの多角形であってもよい。なお、図４、図５は電極形状を示しているが、キャリア注入領域も、この形状にならう。このような場合にも、第１導電型側電極７（キャリア注入領域７ａ）の内縁間の、第２導電型側電極６の中心（定幅図形の中心）を通る幅を一定にすることができるため、活性層構造４に対して、周辺からその中心に向けてキャリアが均一に注入されやすく、発光部分の均一な発光に好ましく寄与する。
【０１３２】
定幅図形としてルーローの多角形を採用すると、円形を採用する場合よりも定幅図形部分を含む複数のp側電極の高密度配置において有利である。すなわち、ルーローの多角形は、円形よりも高密度で配置することができる。これは、発光装置の全体面積における発光部分の面積の向上を意味する。ルーローの多角形の中でも、図４に例示的に示すようなルーローの三角形が集積化において特に有利である。ルーローの三角形に従う主電極部６−０（キャリア注入領域６ａ）及び第１導電型側電極７（キャリア注入領域７ａ）を採用して複数の発光部分を配列して発光素子を構成することにより、個々の発光部分における発光強度の面内均一性を高めるとともに、発光部分の高密度配置によって、比較的大型の発光装置の全体においても発光強度の面内均一性を高めることができる。
【０１３３】
ここで、この明細書において「定幅図形」として説明されている形状は、厳密な定幅図形に限定されることが意図されたものではなく、たとえば、幅が基準値に対して±１０パーセント程度のずれ（許容度）をもつ形状を含みうる。また、引出部６−１の存在によって主電極部６−０の定幅図形の一部が影響あるいは変形を受けることは当然であり、この明細書における「定幅図形」とは、厳密又は前述のような許容度の下における定幅図形の一部が切除された形状を含みうる。
【０１３４】
第１引出部６−１の幅Ｌ１は、定幅図形の幅Ｗを超えないことが好ましい。引出部６−１の幅Ｌ１を小さくし過ぎると、電極抵抗が大きくなるので、Ｌ１は定幅図形の幅Ｗの５％以上であることが好ましい。よって、ｐ型クラッド層５にキャリアを注入するための第２導電型側電極６は、（１８）式を満たすことが好ましく、（１９）式を満たすことがより好ましい。
【０１３５】
Ｗ／２０≦Ｌ１≦Ｗ  ・・・（１８）式
Ｗ／５≦Ｌ１≦Ｗ／２  ・・・（１９）式
図３の定幅図形部分は円（半円）であり、引出部との接続による定幅図形の破壊の限界の好ましい場合を模式的に示している。なお、Ｌ１はキャリアの注入に関わる量であって、キャリア注入領域の幅で定義すべき量である。
【０１３６】
引出部６−１の存在による主電極部６−０の変形が過度に現れないようにするためには、第２導電型側電極６のキャリア注入部６ａが外側のキャリア注入領域７ａによって囲まれている部分の外縁長をＬ２、第２導電型側電極６のキャリア注入部６ａが定幅図形で構成されている部分の外縁長をＬ３とすると、（２０）式を満たすことが好ましい。なお、Ｌ２、Ｌ３もキャリアの注入に関わる量であって、キャリア注入領域における長さで定義すべき量である。
【０１３７】
Ｌ２／２≦Ｌ３≦Ｌ２  ・・・（２０）式
引出部は任意の形状にされうるが、図２、図４、図５のように長方形部分を有することは、サブマウントや素子支持用基板との接合、又は、電極形状の集積化、キャリア注入領域の集積化を考える上で好ましい。また、引出部は、図３に例示的に示すのように、第２導電型側電極７（キャリア注入量領域７ａ）の定幅図形部分側に近づくにつれて幅が狭くなる部分を有してもよい。これは、配線抵抗の過度な増加と引出部によるキャリア注入の不均一性の低減とを両立する。また、幅が広い部分は、他の電極あるいはサブマウントや素子支持用基板との接合に有利である。
【０１３８】
主たる光取り出し方向とは反対の方向から素子形状を見た平面図において、第１導電型側電極７（キャリア注入領域７ａ）と第２導電型側電極６（キャリア注入領域６ａ）との間に活性層構造４の側面が位置することが好ましい。特に、平面図において、定幅図形部分のすべてのｐ側キャリア注入領域６ａとｎ側キャリア注入領域７ａとの間に活性層構造４の側面が位置することが好ましい。この場合、キャリアの注入効率が上がり、発光効率が向上する。
【０１３９】
次いで、図７Ａ、図７Ｂ、図８、図９Ａ、図９Ｂを参照して本発明の好適な実施形態である、定幅図形部分を含む複数の電極が配置された発光素子について説明する。図７Ａ、図７Ｂ、図８、図９Ａ、図９Ｂには、電極の形状とキャリア注入領域の形状とが一致している例が示されているが、キャリア注入領域は、前述のように絶縁膜によって規定されてもよい。ここでは、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として説明する。
【０１４０】
ｐ型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極６は、主電極部（定幅図形部分）と引出部とを含む。主電極部は、個々の発光部分において均一な発光に寄与する。引出部は、複数の発光部分の主電極部を連結する。
【０１４１】
図７Ａに示す例では、電極６は、円形の主電極部を有する。図７Ｂに示す例では、電極６は、ルーローの三角形の主電極部を有する。ルーローの三角形に従う電極６は、集積化の点で優れていて、高密度に配置することができる。
【０１４２】
図８は、複数種類の定幅図形の電極が混在した発光装置の一例を示す図である。複数の発光素子を集積した発光装置において、発光素子の電極の形状として、複数の形状種類の形状が含まれてもよい。なお、このような場合には、異なる形状の電極における抵抗の差は、引出部の形状によって補償されることが好ましい。
【０１４３】
図９Ａ、図９Ｂは、それぞれ図７のａａ’線、ｂｂ’線における模式的な断面図である。
【０１４４】
なお、ここまでは、第１導電型側をｎ側、第２導電型をｐ側として説明したが、逆であってもかまわない。
【０１４５】
このようにして、たとえば、図１〜図９Ｂに示された構造が形成された後には、特に基板剥離を予定しない場合においては、所定個数（１又は複数）の発光部分を単位としてスクライブがなされる。この際に、ダイヤモンドスクライブ、レーザスクライブなどが実施されうる。
【０１４６】
スクライブ（傷いれ）が終了したら、ブレーキング工程において基板が分割され、ハンダ材料等によってサブマウントあるいはデバイス素子用支持基板に搭載されうる。
【０１４７】
ここにおいて、サブマウントあるいは素子用支持基板は、金属面を有し、フリップチップマウントされた発光素子へのキャリア注入と放熱の機能を併せ持つものが好ましい。発光素子は、各種ハンダ材、ペースト材によってサブマウント上の金属面に接合されうるが、化合物半導体発光素子は、特に金属ハンダによって接合されることが好ましい。金属ハンダは、放熱性に優れているので、発光素子の高出力動作と高効率な発光に寄与する。また、他のエピタキシャル層の側壁も、特にアンドープ部分を除いて絶縁膜で保護されることが好ましく、この場合、ハンダの染み出し等があってもエピタキシャル層内、たとえば活性層構造側壁における短絡、発光ユニット間の短絡等もが防止される。
【０１４８】
なお、この際には、本発明の発光素子は、第２導電型クラッド層にキャリアを注入する第２導電型側電極と第１導電型クラッド層にキャリアを注入する第１導電型側電極とが空間的に重ならない配置となっていることが好ましく、かつ、第１導電型側電極が第１キャリア注入領域よりも大きく、十分な面積を有していることが好ましい。この場合、意図しない短絡の防止と高い放熱性の確保とが両立される。また、他のエピタキシャル層の側壁も絶縁膜で保護されていることが好ましく、この場合、ハンダの染み出し等があってもエピタキシャル層内、たとえば活性層構造側壁における短絡、発光ユニット間の意図しない短絡等が防止される。サブマウントと素子との接合に使用するハンダ材は、金属ハンダ、たとえば、Ｉｎ、ＩｎＡｇ、ＰｂＳｎ、ＳｎＡｇ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどが好ましい。これらのハンダ材は、使用温度環境等に照らして適宜選択可能である。
【０１４９】
一方、基板剥離を予定する場合においては、図１〜図９Ｂに示された構造は、基板全体又は一部が、先ず、素子支持用基板に接合されるのが普通である。これは、基板を剥離してしまうと、エピタキシャル層全体としても高々１５μｍ程度であって、機械的強度が足りないからである。
【０１５０】
ここで、素子支持用基板は、基板剥離の際のエピタキシャル層の支持体としての役割を果たせることが必須であるが、さらに、素子支持用基板は、素子完成後の電流導入と放熱の機能をあわせ持つことが好ましい。この観点で、素子支持用基板は、母材がＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＢＮ、ＣｕＷのいずれかであることが好ましい。これら材料は、放熱性に優れ、高出力の発光素子に不可避である発熱の問題を効率よく抑制できて好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ガラス等も安価であってデバイス素子支持用基板として利用範囲が広く好ましい。また、後述する基板除去時にレーザ照射によってエピタキシャル層の一部を金属Ｇａと窒素に分解した際には、金属Ｇａを除去する際にウエットエッチングを実施することが好ましいが、この際も、デバイス素子支持用基板はエッチングされない材質であることが好ましい。
【０１５１】
デバイス素子支持用基板は、さらに素子完成後のキャリア導入と放熱の機能をあわせ持つとの観点では、母材の上に、キャリア導入用の電極配線を有することが好ましく、また、この電極配線上の素子を搭載する部分には、適宜素子と支持体の接合用の接着層を有することが好ましい。ここで、接着層は、Ａｇを含んだペースト、金属バンプ等を使用することも可能ではあるが、金属ハンダで構成されていることが、放熱性の観点で非常に好ましい。金属ハンダはＡｇを含んだペースト材、金属バンプなどと比較して圧倒的に放熱性に優れたフリップチップマウントが実現可能である。ここで、金属ハンダは、Ｉｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＳｎ、ＳｎＡｇ、ＰｂＳｎ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ及びＡｕＳｉから選択される材料を含むことが好ましく、特に、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、ＡｕＧｅ等の高融点ハンダであることがより好ましい。これは、発光素子を超高出力動作させるために大電流を注入すると、素子近傍の温度が２００度程度に上昇するためであって、ハンダ材の融点として駆動時の素子温度よりも高い融点を有する金属ハンダがより好ましい。また、場合によっては、フリップチップマウント時の素子の段差を打ち消すために、バンプを用い、さらに、金属ハンダ材でその周りを埋めながら接合することも好ましい。
【０１５２】
デバイス素子支持用基板に素子を接合した後には、基板を剥離することが可能である。基板の剥離には、研磨、エッチング、レーザディボンディング等のあらゆる方法を用いることが可能である。
【０１５３】
サファイア基板を研磨する場合には、ダイヤモンド等の研磨材を使用して基板を除去することが可能である。また、ドライエッチングによって基板を除去することも可能である。さらには、たとえばサファイアが基板でＩｎＡｌＧａＮ系材料によってエピタキシャル成長部分が形成されている場合には、サファイア基板側から、サファイア基板は透過し、たとえばバッファ層に使用されるＧａＮには吸収される２４８ｎｍのエキシマレーザを用いて、バッファ層の一部のＧａＮを金属Ｇａと窒素に分解し、基板を剥離するレーザディボンディングを実施することも可能である。
【０１５４】
またＺｎＯが基板の場合には、ＨＣｌ等のエッチャントを用いて基板をウエットエッチングすることも可能である。
【０１５５】
＜実施例＞
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は、以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。また、以下の実施例において参照している図面は、構造を把握しやすくするために敢えて寸法を変えている部分があるが、実際の寸法は以下の文中に記載されるとおりである。
【０１５６】
（実施例１）
図１に例示的に示す半導体発光装置を図１０のようにフリップチップマウントすべく、以下の手順で作製した。図１０は図１のｂｂ’線の模式的断面に相当する。
【０１５７】
厚みが４３０μｍのｃ＋面サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第一バッファ層として、１０ｎｍ厚みの低温成長したアンドープのＧａＮを形成し、この後に第二バッファ層として厚み２μｍのアンドープＧａＮを１０４０度で形成した。さらに、第１導電型第２クラッド層としてＳｉドープ（Ｓｉ濃度１×１０１８（ｃｍ−３））のＧａＮ層を２μｍ形成し、第１導電型コンタクト層としてＳｉドープ（Ｓｉ濃度２×１０１８（ｃｍ−３））のＧａＮ層を０．５μｍ形成し、さらに第１導電型第１クラッド層としてＳｉドープ（Ｓｉ濃度１．５×１０１８（ｃｍ−３））のＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層を０．１μｍ形成した。さらに活性層構造として、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍ、量子井戸層としてアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を７２０度で２ｎｍ、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍ、量子井戸層としてアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を７２０度で２ｎｍ、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍ、量子井戸層としてアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を７２０度で２ｎｍ、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍ、量子井戸層としてアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を７２０度で２ｎｍ、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍ、量子井戸層としてアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を７２０度で２ｎｍ、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍを形成した。さらに成長温度を１０２５度にして、第２導電型第１導電型クラッド層としてＭｇドープ（Ｍｇ濃度５×１０１９（ｃｍ−３））Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを０．１μｍ形成した。さらに連続して、第２導電型第２クラッド層としてＭｇドープ（Ｍｇ濃度５×１０１９（ｃｍ−３））ＧａＮを０．０５μｍ形成した。最後に第２導電型コンタクト層としてＭｇドープ（Ｍｇ濃度１×１０２０（ｃｍ−３））ＧａＮを０．０２μｍ形成した。
【０１５８】
この後にＭＯＣＶＤ成長炉の中で徐々に温度を下げて、ウエハーを取り出し、エピタキシャル成長を終了した。
【０１５９】
エピタキシャル成長が終了したウエハーに対してｐ側電極を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてｐ側電極をリフトオフ法でパターニングする準備をしてレジストパターンを形成した。ここで予定しているｐ側電極を構成する定幅図形が円形でその直径が８００μｍ、さらにｐ側電極を構成する、定幅図形に近い部分の長方形からなる第１引出部と定幅図形部分の接している長さが２００μｍの形状とし、そのもう一方の幅を７５μｍするように、また、さらにｐ側電極を構成する、定幅図形から離れた長方形部分からなる第２引出部の長手方向の長さを１１５０μｍ、短手方向の幅を７５μｍとするように、Ｎｉを２００Å、Ａｕを５０００Åの厚さで真空蒸着法によって形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。ついで、その後熱処理を実施してｐ側電極を完成させた。ここにおいて、ｐ側キャリア注入領域には、プラズマプロセス等に披瀝することなくｐ側電極を形成したため、ダメージが入らなかった。
【０１６０】
ついで、第１エッチング工程を実施するために、エッチング用マスクの形成を実施した。ここでは、ｐ−ＣＶＤ法を用いて０．４μｍの厚みのＳｉＮｘを基板温度４００度で、ウエハー全面に成膜した。ここで、ｐ側電極表面にはＡｕが露出していたため、ｐ−ＣＶＤによるＳｉＮｘ成膜プロセスによってもまったく変質しなかった。次に再度フォトリソグフィー工程を実施してＳｉＮｘマスクをパターニングし、ＳｉＮｘエッチングマスクを作製した。この際には、ＳｉＮｘ膜の不要部分のエッチングはＲＩＥ法を用いてＳＦ６プラズマを用いて実施し、後述する第１エッチング工程においてエピタキシャル層のエッチングを行わない部分はマスクを残し、かつ予定されているエピタキシャル層のエッチング部分に相当する部分のＳｉＮｘ膜は除去した。
【０１６１】
ついで第１エッチング工程として、ｐ−ＧａＮコンタクト層、ｐ−ＧａＮ第２クラッド層、ｐ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層、ＩｎＧａＮ量子井戸層とＧａＮバリア層からなる活性層構造、ｎ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層、ｎ−ＧａＮコンタクト層の途中まで、Ｃｌ２ガスを用いたＩＣＰプラズマエッチングを実施し、ｎ型キャリアの注入部分となるｎ型コンタクト層を露出させた。
【０１６２】
ＩＣＰプラズマエッチング終了後は、ＳｉＮｘマスクをバッファフッ酸を用いてすべて除去した。ここにおいてもｐ側電極表面にはＡｕが露出していたため、ｐ−ＣＶＤによるＳｉＮｘ成膜プロセスによってもまったく変質しなかった。
【０１６３】
ついで、ウエハー全面にｐ−ＣＶＤ法によってＳｉＮｘとＳｉＯｘからなる誘電体多層膜を絶縁膜としてウエハー全面に形成した。この際には、ＳｉＮｘとＳｉＯｘはそれぞれ素子の発光波長に対して光学波長として１／４となるような厚みで１層ずつ形成し、発光波長に対して比較的高い反射率を有するようにした。
【０１６４】
ついで、Ｎｉ−Ａｕからなるｐ側電極上へのｐ側電極露出部分の形成、ｎ側コンタクト層上へのｎ側キャリア注入領域の形成を、同時に実施するために、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストマスクを形成した。
【０１６５】
ついで、ＳＦ６ガスのＲＩＥプラズマを用いてレジストマスクを形成しなかった誘電体多層膜（絶縁膜）を除去した。ここでは、ｐ側電極の定幅図形部分の周辺はＳｉＮｘとＳｉＯｘからなる絶縁膜に１５０μｍ覆われているようにし、第１引出部はすべて絶縁膜に覆われるようにし、また、第２引出部の部分は、周辺がＳｉＮｘとＳｉＯｘからなる絶縁膜に１５μｍ覆われているようにした。
【０１６６】
この後に、不要となったレジストマスクは、アセトンで除去し、かつ、ＲＩＥ法による酸素プラズマでアッシングし除去した。この際にも、ｐ側電極表面にはＡｕが露出していたため、ｐ−ＣＶＤによるＳｉＮｘ成膜プロセスによってもまったく変質しなかった。
【０１６７】
ついで、ｎ側電極を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてｎ側電極をリフトオフ法でパターニングする準備をしてレジストパターンを形成した。この際に、ｎ側電極が、ｐ側電極の円形の定幅図形を囲む部分に関しては、図１の距離Ｘ、すなわち、ｐ側電極がｐ側コンタクト層と接しているところから、ｎ側電極がｎ側コンタクト層と直接接している部分までの最短距離を７５μｍとなるようにした。ここで、ｎ側電極としてＴｉを２００Å、Ａｌを３０００Åの厚さで真空蒸着法でウエハー全面に形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。ついで、その後熱処理を実施してｎ側電極を完成させた。ｎ側電極は、その面積がｎ側キャリア注入領域よりも大きくなるように、絶縁膜にその周辺が２０μｍほど接するようにし、かつ、ｐ側電極との重なりを有さないように形成し、金属ハンダによるフリップチップボンディングが容易で、かつ放熱性等にも配慮した。Ａｌ電極は、プラズマプロセス等により変質しやすく、かつ、フッ化水素酸等によってもエッチングされるが、素子作製プロセスの最後にｎ側電極の形成を行ったことから、まったくダメージを受けなかった。
【０１６８】
ついで、ウエハー上に形成された１つ１つの発光装置を分割するために、ダイヤモンドスクライバーを用いて基板側からスクライブラインを形成し、素子の外形としては１２００ｍｍ角の素子となるようにした。さらにこのスクライブラインにそってブレーキングし、１つ１つの化合物半導体発光装置を完成させた。ついで、当該装置をＡｕＳｎハンダを用いてデバイス素子支持用基板に搭載し、発光装置を完成させた。当該素子にキャリアを注入したところ、主たる光取り出し方向から出射されたｐ側電極上での光は、ｐ側電極のサイズが大型であったにもかかわらす、均一であった。
【０１６９】
（実施例２）
図７Ｂに電極形状を示した素子を、図１１のように基板を剥離した形状でフリップチップマウントすべく、以下の手順で作製した。図１１は図７Ｂのｃｃ’に相当する。
【０１７０】
厚みが４３０μｍのｃ＋面サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第１バッファ層１として、２０ｎｍ厚みの低温成長したアンドープのＧａＮを形成し、この後に第２バッファ層２として厚み１μｍのアンドープＧａＮを１０４０度で形成した。連続して、第１導電型第２クラッド層としてＳｉドープ（Ｓｉ濃度１×１０１８（ｃｍ−３））のＧａＮ層を２μｍ形成し、第１導電型コンタクト層としてＳｉドープ（Ｓｉ濃度２×１０１８（ｃｍ−３））のＧａＮ層を０．５μｍ形成し、さらに第１導電型第１クラッド層としてＳｉドープ（Ｓｉ濃度１．５×１０１８（ｃｍ−３））のＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層を０．１μｍ形成した。さらに活性層構造として、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍ、量子井戸層としてアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ層を７１５度で２ｎｍ、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍ、量子井戸層としてアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ層を７１５度で２ｎｍ、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍ、量子井戸層としてアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ層を７１５度で２ｎｍ、バリア層としてアンドープＧａＮ層を８５０度で１３ｎｍを形成した。
【０１７１】
さらに成長温度を１０２５度にして、第２導電型第１導電型クラッド層としてＭｇドープ（Ｍｇ濃度５×１０１９（ｃｍ−３））Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを０．１μｍ形成した。さらに連続して、第２導電型第クラッド層としてＭｇドープ（Ｍｇ濃度５×１０１９（ｃｍ−３））ＧａＮを０．０５μｍ形成した。最後に第２導電型コンタクト層としてＭｇドープ（Ｍｇ濃度１×１０２０（ｃｍ−３））ＧａＮを０．０２μｍ形成した。
【０１７２】
この後にＭＯＣＶＤ成長炉の中で徐々に温度を下げて、ウエハーを取り出し、エピタキシャル成長を終了した。
【０１７３】
エピタキシャル成長が終了したウエハーに対してｐ側電極を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてｐ側電極をリフトオフ法でパターニングする準備をしてレジストパターンを形成した。ここで、予定している複数のｐ側電極を構成するために、複数の定幅図形部分をルーローの三角形とし、複数の引き出し電極部分を長方形の組み合わせとして、１つのルーローの三角形の幅を５００μｍ、さらにｐ側電極を構成する、定幅図形に近い部分の長方形からなる引き出し部分１と定幅図形部分の接している長さが５０μｍの形状とし、その幅も５０μｍするようにした。ここで、それぞれの定幅図形を可能な範囲で高密度に配置すべく、定幅図形から離れた長方形部分からなる第２引出部の長手方向の長さを調整した。
【０１７４】
ついで、Ｐｄを２００Å、Ａｕを１００００Åの厚さで真空蒸着法によって形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。
【０１７５】
ついで、その後熱処理を実施してｐ側電極を完成させた。ここで、ｐ側キャリア注入領域には、プラズマプロセス等に披瀝することなくｐ側電極を形成したため、ダメージが入らなかった。
【０１７６】
ついで、第１導電型側電極を形成する前準備として第１導電型コンタクト層を露出させる第１エッチング工程を実施するために、エッチング用マスクの形成を実施した。ここでは、真空蒸着法を用いてＳｉＮｘをウエハー全面に成膜した。次に再度フォトリソグフィー工程を実施してＳｉＮｘマスクをパターニングし、第１エッチング用のマスクを作製した。ついで、第１エッチング工程として、ｐ−ＧａＮコンタクト層、ｐ−ＧａＮ第２導電型クラッド層、ｐ−ＡｌＧａＮ第１導電型クラッド層、ＩｎＧａＮ量子井戸層とＧａＮバリア層からなる活性層構造、ｎ−ＡｌＧａＮ第１クラッド層、ｎ−ＧａＮコンタクト層の途中まで、Ｃｌ２ガスを用いたＩＣＰプラズマエッチングを実施し、ｎ型キャリアの注入部分となるｎ型コンタクト層を露出させた。
【０１７７】
ＩＣＰプラズマエッチング終了後は、ＳｉＮｘをすべて除去した。ここにおいてもｐ側電極表面にはＡｕが露出していたため、これらのプロセスによってもまったく変質しなかった。
【０１７８】
ついで、ｎ側電極を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いてｎ側電極をリフトオフ法でパターニングする準備をしてレジストパターンを形成した。ｎ側電極が、ｐ側電極のルーローの定幅図形を囲む部分に関しては、図７Ｂの距離ｘ、すなわち、ｐ側電極がｐ側コンタクト層と接しているところから、ｎ側電極がｎ側コンタクト層と直接接している部分までの最短距離を７５μｍとなるようにした。
【０１７９】
ここで、ｎ側電極としてＴｉを２００Å、Ａｌを１５０００Åの厚さで真空蒸着法でウエハー全面に形成し、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去した。ついで、その後熱処理を実施してｎ側電極を完成させた。
【０１８０】
ついで、基板剥離を実施する前準備として、当該発光装置が作りこまれたウエハー全体をＡｌＮから形成され、表面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属配線が形成されているデバイス素子支持用基板にＡｎＳｎハンダを用いて接合した。接合時には、デバイス素子支持用基板と発光素子が作りこまれたウエハーを３００度に加熱してｐ側電極とｎ側電極が、それぞれ設計された支持体上の金属配線にＡｕＳｎハンダで融着されるようにした。
【０１８１】
ついで、基板剥離を実施するために、波長２４８ｎｍのエキシマレーザを用いて、エピタキシャル成長を実施していない基板面から当該レーザを照射し、基板剥離（レーザディボンディング）を実施した。この後に、ＧａＮバッファ層の一部が窒素と金属Ｇａに分解されることで発生したＧａ金属をウエットエッチングによって除去した。
【０１８２】
ついで、基板剥離され、支持体に金属ハンダで融着されている極薄膜の発光素子を、分割し、所望の数の定幅図形部分を含む発光素子とするために、ダイシングソーを用いて、デバイス素子支持用基板と発光素子が作りこまれたウエハーをカットした。ここで、このようにして、定幅図形部分を含む複数の主電極と複数の引き出し電極を有する化合物半導体発光素子を完成させた。当該素子にキャリアを注入したところ、主たる光取り出し方向から出射されたｐ側電極上での光は、ｐ側電極のサイズが大型で、かつ素子の外形も大型あったにもかかわらす、均一であった。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【図１】本発明の第１実施形態の化合物半導体発光素子の構造を示す平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の化合物半導体発光素子の構造を示す平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態の化合物半導体発光素子の構造を示す平面図である。
【図４】本発明の第４実施形態の化合物半導体発光素子の構造を示す平面図である。
【図５】本発明の第５実施形態の化合物半導体発光素子の構造を示す平面図である。
【図６Ａ】図１〜図２のａａ’線における模式的な断面図である。
【図６Ｂ】図１のｂｂ’線における模式的な断面図である。
【図６Ｃ】図１〜図５に示す実施形態に好適な活性層構造を模式的に示す図である。
【図７Ａ】本発明の好適な実施形態の複数の主電極部分を配置された発光素子の第１例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の好適な実施形態の複数の主電極部分を配置された発光素子の第２例を示す図である。
【図８】本発明の好適な実施形態の複数の主電極部分を配置された発光素子の第３例を示す図である。
【図９Ａ】図７Ａのａａ’線における模式的な断面図である。
【図９Ｂ】図７Ａのｂｂ’線における模式的な断面図である。
【図１０】本発明の好適な実施形態の発光素子のフリップチップマウントの第１例を示す図である。
【図１１】本発明の好適な実施形態の発光素子のフリップチップマウントの第２例を示す図である。
【符号の説明】
【０１８４】
１  基板
２  バッファ層
３  第１導電型クラッド層
３ｍ  凸部
３ｏ  周辺部
３ｓ  側壁
４  活性層構造
５  第２導電型クラッド層
６  第２導電型側電極
６−０  主電極部
６−１  第１引出部
６−２  第２引出部
６ａ  第２キャリア注入領域
７  第１導電型側電極
７ａ  第１キャリア注入領域
７ｐ  開口部（切断部）
８  絶縁膜
【図１】
2007214276.tif 000003
【図２】
2007214276.tif 000004
【図３】
2007214276.tif 000005
【図４】
2007214276.tif 000006
【図５】
2007214276.tif 000007
【図６Ａ】
2007214276.tif 000008
【図６Ｂ】
2007214276.tif 000009
【図６Ｃ】
2007214276.tif 000010
【図７Ａ】
2007214276.tif 000011
【図７Ｂ】
2007214276.tif 000012
【図８】
2007214276.tif 000013
【図９Ａ】
2007214276.tif 000014
【図９Ｂ】
2007214276.tif 000015
【図１０】
2007214276.tif 000016
【図１１】
2007214276.tif 000017