(57)【要約】【課題】活性層から放射される光をより効率的に取り出すことができる窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に順次積層された、第１導電型窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型窒化物半導体層と、を含み、第２導電型窒化物半導体層の上方に位置する光取り出し面が錐体状の凸部を有している窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に順次積層された、第１導電型窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型窒化物半導体層と、を含み、前記第２導電型窒化物半導体層の上方に位置する光取り出し面が錐体状の凸部を有している、窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板が、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、Ｃｕ、Ｗ、ＣｕＷ、Ｍｏ、ＩｎＰ、ＧａＮおよびサファイアからなる群から選択された少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記凸部は円錐体および角錐体の少なくとも一方からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記凸部の幅は０．１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記凸部の底面から先端までの高さが０．１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記光取り出し面は、前記第２導電型窒化物半導体層の上方の窒化物半導体層に形成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記光取り出し面が形成されている前記窒化物半導体層はｎ型であることを特徴とする、請求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記光取り出し面が形成されている前記窒化物半導体層上には電極が設けられており、前記電極と前記光取り出し面が形成されている前記窒化物半導体層との界面は平坦であることを特徴とする、請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記光取り出し面は、前記第２導電型窒化物半導体層の上方の透光性電極層に形成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記透光性電極層がＩＴＯまたは酸化亜鉛からなることを特徴とする、請求項９に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記透光性電極層上には電極が設けられており、前記電極と前記透光性電極層との界面は平坦であることを特徴とする、請求項９または１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記基板と前記第１導電型窒化物半導体層との間に位置する中間窒化物半導体層を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記中間窒化物半導体層の表面が錐体状の凸部を有していることを特徴とする、請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、前記光取り出し面の錐体状の凸部を反応性イオンエッチングにより形成する工程を含むことを特徴とする、窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、活性層から放射される光をより効率的に取り出すことができる窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、窒化物半導体発光素子は、基板上に窒化物半導体層を順次積層して形成されているが、窒化物半導体層の屈折率は非常に大きいため、窒化物半導体層の界面では全反射が起こりやすい。たとえば、窒化物半導体層がＧａＮからなる場合には、窒化物半導体層の屈折率は２．６７と大きいため、その臨界屈折率は２１．９°と非常に小さい。ゆえに、それよりも大きい角度で入射した光は窒化物半導体層の界面で全反射し、窒化物半導体発光素子から取り出すことができない。このため、高い光出力を持った窒化物半導体発光素子を得ることは非常に困難であった。
【０００３】
そこで、特許文献１においては、基板上に、反射層、ｐ型窒化物半導体層、活性層およびｎ型窒化物半導体層を順次積層し、ｎ型窒化物半導体層の上方に位置する光取り出し面に凹部を有する窒化物半導体発光素子が開示されている。
【０００４】
図１５に、特許文献１に開示されている窒化物半導体発光素子の模式的な斜視図を示す。この窒化物半導体発光素子においては、電極を兼ねたＮｉメッキからなるＮｉ基板１１上にｐ型用電極１２が形成され、ｐ型用電極１２上にｐ型ＧａＮクラッド層１３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮキャリアブロック層１４、ＩｎxＧａ1-xＮ活性層１５、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎクラッド層１６、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１７およびＳｉドープｎ型ＧａＮ層クラッド層１８が順次積層されている。また、ｎ型ＧａＮクラッド層１８の上面には、凹凸を有するｎ型ＧａＮ光取り出し層１９が形成されており、ｎ型ＧａＮ光取り出し層１９の一部にｎ型用電極１１０およびｎ型用ボンディング電極１１１が順次形成されている。ここで、ｎ型ＧａＮ光取り出し層１９に形成されている凹凸は、ｎ型ＧａＮクラッド層１８を再成長させるか、若しくは研磨することにより形成される。
【０００５】
この特許文献１に開示されている窒化物半導体発光素子は高い光出力を持った窒化物半導体発光素子ではあったが、さらなる改善が望まれる。
【特許文献１】特開２００３−３１８４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、活性層から放射される光をより効率的に取り出すことができる窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板上に順次積層された、第１導電型窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型窒化物半導体層と、を含み、第２導電型窒化物半導体層の上方に位置する光取り出し面が錐体状の凸部を有している窒化物半導体発光素子である。
【０００８】
ここで、本発明の窒化物半導体発光素子においては、基板が、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、Ｃｕ、Ｗ、ＣｕＷ、Ｍｏ、ＩｎＰ、ＧａＮおよびサファイアからなる群から選択された少なくとも１種からなる基板を用いることができる。
【０００９】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、凸部は、円錐体および角錐体の少なくとも一方からなることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、凸部の幅は０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、凸部の底面から先端までの高さが０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、光取り出し面は、第２導電型窒化物半導体層の上方の窒化物半導体層に形成されていてもよい。
【００１３】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、光取り出し面が形成されている窒化物半導体層はｎ型であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、光取り出し面が形成されている窒化物半導体層上には電極が設けられており、電極と光取り出し面が形成されている窒化物半導体層との界面は平坦であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、光取り出し面は、第２導電型窒化物半導体層の上方の透光性電極層に形成されていてもよい。
【００１６】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、透光性電極層はＩＴＯまたは酸化亜鉛を用いることができる。
【００１７】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、透光性電極層上には電極が設けられており、電極と透光性電極層との界面は平坦であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の窒化物半導体発光素子は、基板と第１導電型窒化物半導体層との間に位置する中間窒化物半導体層を含んでいてもよい。
【００１９】
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、中間窒化物半導体層の表面が錐体状の凸部を有していることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明は、上記のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、光取り出し面の錐体状の凸部を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により形成する工程を含む窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、活性層から放射される光をより効率的に取り出すことができる窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法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】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２３】
本発明は、基板上に順次積層された、第１導電型窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型窒化物半導体層と、を含み、第２導電型窒化物半導体層の上方に位置する光取り出し面は錐体状の凸部を有している窒化物半導体発光素子であることを特徴としている。これは、本発明者が鋭意検討した結果、特許文献１のように光取り出し面の凹凸の断面の先端が鈍角である場合にも活性層から放射される光を効率的に取り出すことができるが、本発明のように断面の先端が鋭角となる錐体状の凸部を有する光取り出し面を形成することによって活性層から放射される光をさらに効率的に取り出すことができることを見いだしたことによるものである。特許文献１のように光取り出し面の凹凸の断面の先端が９０°以上の鈍角である場合には、一度その凹凸で全反射した光がさらにその凹凸で全反射して最終的に窒化物半導体発光素子の内部に戻ってしまい、窒化物半導体発光素子の外部に取り出せる光の効率が悪くなるが、光取り出し面が凹凸の断面が９０°未満の鋭角の先端を有する錐体状の凸部を有する場合には、一度錐体状の凸部で全反射した光がさらにその凸部で全反射する確率は非常に低くなるため、活性層から放射される光をさらに効率的に取り出すことができると考えられる。
【００２４】
ここで、本発明において、基板としては、たとえば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、Ｃｕ、Ｗ、ＣｕＷ、Ｍｏ、ＩｎＰ、ＧａＮおよびサファイアからなる群から選択された少なくとも１種からなる基板を用いることができる。なかでも、基板としては、光取り出し面に形成される電極の数を少なくすることで光の取り出し面積をより広くする観点からは、導電性基板を用いることが好ましく、上記の群からは導電性のＳｉ基板または導電性のＳｉＣ基板を用いることがより好ましく、安価であることと加工性が高いことの観点からは導電性のＳｉ基板を用いることがさらに好ましい。
【００２５】
また、本発明において、錐体状の凸部は、円錐体および角錐体の少なくとも一方からなることが好ましい。この場合には、活性層から放射された光を光取り出し面からより均一に取り出すことができる傾向にある。
【００２６】
また、本発明において、錐体状の凸部の幅は、０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。光取り出し面に形成される錐体状の凸部の幅が０．１μｍ未満である場合および５μｍよりも大きい場合には錐体状の凸部の形成が困難となる傾向にある。また、光取り出し面に形成される錐体状の凸部の幅が１μｍ以上３μｍ以下である場合には錐体状の凸部の形成がより容易となる傾向にある。なお、錐体状の凸部の幅は、たとえば図１に示すように、錐体状の凸部の底面の中心点Ｃから各頂点に線を引き、それらの線のうち最も長い線の長さｂの２倍とされる。また、錐体状の凸部の底面が円である場合には錐体状の凸部の幅はその円の直径とされ、錐体状の凸部の底面が楕円である場合にはその楕円の長軸の長さとされる。
【００２７】
また、本発明において、錐体状の凸部の底面から先端までの高さは０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．４μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。光取り出し面に形成される錐体状の凸部の底面から先端までの高さが０．１μｍ未満である場合には凸部の加工精度のコントロールが困難であるとともにその凸部の底面から先端までの高さが発光波長よりも短くなる傾向が大きくなって、光の外部取り出し効率が向上しにくい傾向にある。また、錐体状の凸部の底面から先端までの高さが５μｍよりも大きい場合には、その凸部の形成が困難となる傾向にあり、光取り出し面から取り出される光が均一な面ではなく点状に取り出されるおそれがある。また、光取り出し面に形成される錐体状の凸部の底面から先端までの高さが０．４μｍ以上２μｍ以下である場合には、凸部の加工精度のコントロールが容易となり、光を均一な面状に取り出すことができ、光の外部取り出し効率も向上する傾向にある。なお、錐体状の凸部の底面から先端までの高さは、たとえば図２に示すように、錐体状の凸部の先端Ｔから底面に垂線を引いたときのその垂線の長さｈとされる。
【００２８】
また、本発明において、光取り出し面は、第２導電型窒化物半導体層の上方の窒化物半導体層に形成されていてもよい。光取り出し面が窒化物半導体層に形成されている場合には、光取り出し面が形成されている窒化物半導体層における光吸収が極力低減されるため、光の外部取り出し効率を向上することができる傾向にある。
【００２９】
また、本発明において、光取り出し面が形成されている窒化物半導体層はｎ型であることが好ましい。光取り出し面が形成されている窒化物半導体層がｎ型である場合には、光取り出し面が形成されている窒化物半導体層がｐ型である場合よりも、光取り出し面が形成されている窒化物半導体層を厚く形成することができるため、注入した電流が活性層によく広がり、本発明の窒化物半導体発光素子の輝度が向上する傾向にある。
【００３０】
また、本発明において、光取り出し面は、第２導電型窒化物半導体層の上方の透光性電極層に形成されていてもよい。この場合には、光取り出し面が形成されている透光性電極層において多少の光吸収が発生するものの、透光性電極層において注入した電流の広がりが向上する傾向にある。ここで、本発明において、透光性電極層としては、たとえば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide；インジウム・錫酸化物）または酸化亜鉛からなる透光性電極層を用いることができる。なかでも、本発明に用いられる透光性電極層としては、良好な電気特性および透光性が得られやすいＩＴＯを用いることが好ましい。
【００３１】
なお、本発明の窒化物半導体発光素子において、光取り出し面が形成される窒化物半導体層または透光性電極層に電極が形成される場合には、電極と光取り出し面との界面は平坦であることが好ましい。電極と光取り出し面との界面が平坦でない場合には、パッケージングの際に電極にボンディングされたワイヤが外れやすくなったり、良好なコンタクトが取れなくなるといった問題が生じるおそれがある。ここで、本発明における「平坦」という概念は、凹凸が全くないような完全に平坦な場合だけでなく、実際上特に問題が生じない程度に凹凸がある場合も含んでいる。
【００３２】
また、本発明の窒化物半導体発光素子においては、錐体状の凸部は、ＲＩＥによって形成されることが好ましい。この場合には、微細なマスクパターンを形成する必要がなく、さらに研磨などの方法よりも光取り出し面が形成される窒化物半導体層に与えるダメージが少ない傾向にある。さらに、ＲＩＥによりｐ型窒化物半導体層をエッチングした場合とｎ型窒化物半導体層をエッチングした場合とでは、ＲＩＥによるエッチング後の表面形状が大きく異なることがわかっている。すなわち、ＲＩＥによりｐ型窒化物半導体層をエッチングした場合にはｐ型窒化物半導体層はその表面内で均一にエッチングされるが、ＲＩＥによりｎ型窒化物半導体層をエッチングした場合にはＲＩＥによるエッチング後のｎ型窒化物半導体層の表面には本発明における錐体状の凸部が形成されることが確認されている。
【００３３】
また、本発明において、第１導電型窒化物半導体層としては、たとえば、ＩｎyＡｌzＧａ1-y-zＮ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｙ＋ｚ≦１）の式で組成が表わされる窒化物系半導体にｐ型またはｎ型のドーパントを拡散させたものを用いることができる。
【００３４】
また、本発明において、第２導電型窒化物半導体層としては、たとえば、ＩｎwＡｌxＧａ1-w-xＮ（０≦ｗ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｗ＋ｘ≦１）の式で組成が表わされる窒化物系半導体にｎ型またはｐ型のドーパントを拡散させたものを用いることができる。
【００３５】
なお、本発明において、第１導電型窒化物半導体層がｐ型である場合には第２導電型窒化物半導体層はｎ型となり、第１導電型窒化物半導体層がｎ型である場合には第２導電型窒化物半導体層はｐ型となる関係にある。
【００３６】
また、本発明において、ｐ型のドーパントとしては、従来から公知の材料を用いることができ、たとえば、Ｍｇ、Ｚｎ、ＣｄおよびＢｅからなる群から選択された少なくとも１種を用いることができる。また、本発明において、ｎ型のドーパントとしては、従来から公知の材料を用いることができ、たとえば、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、ＣおよびＧｅからなる群から選択された少なくとも１種を用いることができる。
【００３７】
また、本発明において、活性層としては、たとえば、ＩｎuＡｌvＧａ1-u-vＮ（０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ≦１）の式で組成が表わされる窒化物系半導体を用いることができる。また、本発明に用いられる活性層は、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造またはＳＱＷ（単一量子井戸）構造のいずれであってもよい。
【００３８】
また、本発明において、第１導電型窒化物半導体層、第２導電型窒化物半導体層および活性層の積層方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえばＬＰＥ法（液相エピタキシー法）、ＶＰＥ法（気相エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ガスソースＭＢＥ法またはこれらの方法を組み合わせた方法などを用いることができる。
【００３９】
また、本発明の窒化物半導体発光素子は、反射層や拡散防止層などの層を含んでいてもよいことは言うまでもない。
【００４０】
（実施の形態１）
図３に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。ここで、本発明の窒化物半導体発光素子においては、ｐ型用オーミック電極７５上に、ｐ型Ｓｉ基板７０、第２接着金属層６０、第１接着金属層５０、拡散防止層４２、反射層４１、オーミック電極３、ｐ型ドーパントがドープされたＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）からなるｐ型窒化物半導体層２４、ノンドープのＩｎbＧａ1-ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる活性層２３およびｎ型ドーパントがドープされたＡｌcＧａ1-cＮ（０≦ｃ≦１）からなるｎ型窒化物半導体層２２がこの順序で順次積層されており、ｎ型窒化物半導体層２２上にはｎ型のＡｌcＧａ1-cＮ（０≦ｃ≦１）からなる窒化物半導体層８０が形成されている。そして、窒化物半導体層８０の表面が光取り出し面になっており、光取り出し面は、六角錐体からなる凸部１００を複数有している。また、窒化物半導体層８０上にはｎ型用オーミック電極２５が形成されている。
【００４１】
図４〜図６を参照して、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する。まず、図４の模式的断面図に示すように、サファイア基板１上に、ＧａＮからなるバッファ層２１、ｎ型窒化物半導体層２２、活性層２３およびｐ型窒化物半導体層２４がＭＯＣＶＤ法によって順次積層される。
【００４２】
次に、図５に示すように、ｐ型窒化物半導体層２４上に、オーミック電極３として、ＥＢ蒸着法によりＰｄ層を３ｎｍの厚さで蒸着した後、反射層４１として、スパッタリング法によりＡｇ−Ｎｄ層を１５０ｎｍの厚さで、拡散防止層４２としてＮｉ−Ｔｉ層を１００ｎｍの厚さで順次積層する。そして、拡散防止層４２上には、第１接着金属層５０として、Ａｕ層が３ｎｍの厚さで堆積される。
【００４３】
他方、サファイア基板１と略同等の大きさを有するｐ型Ｓｉ基板７０が導電性基板として用いられ、ｐ型Ｓｉ基板７０上に、Ｔｉ、ＡｕおよびＡｕＳｎを含む第２接着金属層６０を３μｍの厚さで形成する。
【００４４】
そして、図５の模式的断面図に示すように、第１接着金属層５０までの複数層が積層されたサファイア基板１と、第２接着金属層６０が形成されたｐ型Ｓｉ基板７０と、が、第１接着金属層５０と第２接着金属層６０とを加熱圧着することによって互いに接合される。このとき、サファイア基板１とｐ型Ｓｉ基板７０とは互いに平行になるように接合されることが好ましい。サファイア基板１とｐ型Ｓｉ基板７０とを互いに平行になるように接合することによって、後述するサファイア基板１を除去するプロセスにおいて、そのサファイア基板１を全面に渡って適切に除去することができる傾向にある。
【００４５】
次いで、図６の模式的断面図に示すように、サファイア基板１側から所定の波長を有するレーザ光１５０を照射し、バッファ層２１を溶解することによって、サファイア基板１を除去する。このようなレーザ光１５０としては、たとえばＹＡＧ−ＴＨＧレーザ光（ＹＡＧレーザ光の第３高調波：波長３５５ｎｍ）を利用することができる。なお、レーザ光１５０の照射のみではサファイア基板１を完全に除去することができない場合には１００℃程度の熱湯に浸漬させることによってサファイア基板１を除去することもできる。そして、サファイア基板１の除去後のウエハをＨＣｌ水溶液に浸漬してダメージ層や酸化層を除去することでそのウエハの表面をクリーニングする。
【００４６】
その後、ＲＩＥによって、ｎ型窒化物半導体層２２の表面をエッチングすることによって、図３に示す六角錐体からなる凸部１００を有する窒化物半導体層８０が形成される。ここで、窒化物半導体層８０が六方晶構造のために凸部１００は六角錐体となる。また、この後に形成されるｎ型オーミック用電極２５の直下となる部分はフォトレジストで保護しておくことにより、窒化物半導体層８０の表面とｎ型オーミック用電極２５との界面を平坦にすることができる。また、凸部１００の幅は、０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。また、凸部１００の高さは、凸部の底面から先端までの高さは０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．４μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。
【００４７】
続いて、ｎ型オーミック用電極２５として、Ｔｉ−Ａｌ層が厚さ２０ｎｍのパッド状に形成される。他方、ｐ型Ｓｉ基板７０の全表面上にｐ型用オーミック電極７５として、Ｔｉ−Ａｌ層が厚さ７５０ｎｍで形成される。
【００４８】
最後に、ｐ型Ｓｉ基板７０をダイシングにより一辺が３５０μｍの正方形状に分割して、図３に示す本発明の窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、六角錐体の凸部を有する光取り出し面を形成したが、六角錐体の代わりにまたは六角錐体とともに、たとえば三角錐体、四角錐体および円錐体の少なくとも１種の凸部を形成してもよい。したがって、本発明において、錐体状の凸部としては、たとえば、平面上の曲線および／または直線で構成される閉じた線上の１点とその平面外の一定点とを結ぶ直線を引き、上記の平面外の一定点を固定した状態で上記の閉じた線上の１点をその閉じた線上を１周させたときの上記の直線の軌道によって描かれる面と、上記の閉じた線によって切り取られる平面と、によって構成される形体の凸部を形成すればよいということができる。
【００５０】
（実施の形態２）
図７に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。図７に示す窒化物半導体発光素子においては、窒化物半導体層８０上に透光性電極層９０が形成されていることに特徴がある。
【００５１】
この窒化物半導体発光素子の製造方法においては、窒化物半導体層８０に光取り出し面を形成するまでの工程は上記の実施の形態１と同様にして行なうことができる。そして、ＲＩＥによってｎ型窒化物半導体層２２の表面をエッチングして六角錐体の凸部１００を有する窒化物半導体層８０を形成した後、窒化物半導体層８０の表面にスパッタリング法によりＩＴＯからなる透光性電極層９０を５００ｎｍの厚さに形成する。その後、上記の実施の形態１と同様にして、窒化物半導体層８０の表面にｎ型用オーミック電極２５を形成する。ここで、凸部１００の幅は１．０μｍであって、凸部１００の底面から先端までの高さは３．０μｍであった。
【００５２】
この窒化物半導体発光素子においては、窒化物半導体層８０の厚さが５００ｎｍよりも十分に厚い場合には、透光性電極層９０にも窒化物半導体層８０の光取り出し面の凹凸が引き継がれる傾向にあり、光の外部取り出し効率も実施の形態１と同様に優れたものとなる。さらに、窒化物半導体層８０の表面全面に透光性電極層９０が形成された場合には、ｎ型用オーミック電極２５から注入された電流も透光性電極層９０で広がるために、さらに高輝度の窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００５３】
ここで、透光性電極層９０の厚さが、凸部１００の底面から先端までの高さよりも厚い場合には、透光性電極層９０の表面が平坦になることが考えられる。しかしながら、窒化物半導体層８０の屈折率ｎ１が２．６程度、透光性電極層９０の屈折率ｎ２が２．１程度、また、パッケージングの際に用いられる封止樹脂の屈折率ｎ３が１．６程度となっており、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３の関係となっているため、これらの各界面での全反射は少ない。また、窒化物半導体層８０の表面は、六角錐体の凸部１００を有する光取り出し面となっているため、窒化物半導体層８０と透光性電極層９０との界面での全反射は少ない。したがって、図７に示す窒化物半導体発光素子においても、外部への光取り出し効率が向上する。
【００５４】
（実施の形態３）
図８に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。図８に示す窒化物半導体発光素子は、ｐ型Ｓｉ基板７０とｐ型窒化物半導体層２４との間に位置するｎ型の中間窒化物半導体層２６を有しており、その中間窒化物半導体層２６のｐ型Ｓｉ基板７０側の表面が錐体状の凸部１０１を有していることを特徴としている。
【００５５】
図９〜図１５を参照して、図８に示す構成の本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する。まず、図９の模式的断面図に示すように、サファイア基板１上に、ＧａＮからなるバッファ層２１、ｎ型窒化物半導体層２２、活性層２３、ｐ型窒化物半導体層２４およびｎ型の中間窒化物半導体層２６がＭＯＣＶＤ法によって順次積層される。
【００５６】
次に、図１０の模式的断面図に示すように、中間窒化物半導体層２６の表面をＲＩＥによりエッチングすることによって、中間窒化物半導体層２６の表面に六角錐体からなる凸部１０１が形成される。
【００５７】
続いて、図１１の模式的断面図に示すように、中間窒化物半導体層２６の六角錐体状の凸部１０１が形成された表面上に、オーミック電極３として、ＥＢ蒸着法によりＰｄ層をたとえば３ｎｍの厚さで蒸着した後、反射層４１として、スパッタリング法によりＡｇ−Ｎｄ層をたとえば１５０ｎｍの厚さで、拡散防止層４２としてＮｉ−Ｔｉ層をたとえば１００ｎｍの厚さで順次積層する。そして、拡散防止層４２上には、第１接着金属層５０として、Ａｕ層をたとえば３ｎｍの厚さで堆積する。
【００５８】
他方、図１２の模式的断面図に示すように、サファイア基板１と略同等の大きさを有するｐ型Ｓｉ基板７０を導電性基板として用い、ｐ型Ｓｉ基板７０上に、Ｔｉ、ＡｕおよびＡｕＳｎを含む第２接着金属層６０をたとえば３μｍの厚さで形成する。
【００５９】
そして、図１３の模式的断面図に示すように、第１接着金属層５０までの複数層が積層されたサファイア基板１と、第２接着金属層６０が形成されたｐ型Ｓｉ基板７０と、を、第１接着金属層５０と第２接着金属層６０とを加熱圧着することによって互いに接合する。
【００６０】
次いで、図１４の模式的断面図に示すように、サファイア基板１側から所定の波長を有するレーザ光１５０を照射し、バッファ層２１を溶解することによって、サファイア基板１を除去する。このようなレーザ光１５０としては、たとえばＹＡＧ−ＴＨＧレーザ光（ＹＡＧレーザ光の第３高調波：波長３５５ｎｍ）を利用することができる。なお、レーザ光１５０の照射のみではサファイア基板１を完全に除去することができない場合には１００℃程度の熱湯に浸漬させることによってサファイア基板１を除去することもできる。そして、サファイア基板１の除去後のウエハをＨＣｌ水溶液に浸漬してダメージ層や酸化層を除去することでそのウエハの表面をクリーニングする。
【００６１】
その後、ＲＩＥによって、ｎ型窒化物半導体層２２の表面をエッチングすることによって、図８に示す六角錐体からなる凸部１００を有する窒化物半導体層８０が形成される。また、この後に形成されるｎ型オーミック用電極２５の直下となる部分はフォトレジストで保護しておくことにより、窒化物半導体層８０の表面とｎ型オーミック用電極２５との界面を平坦にすることができる。また、凸部１００の幅は、０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。また、凸部１００の高さは、凸部の底面から先端までの高さは０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．４μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。
【００６２】
続いて、ｎ型オーミック用電極２５として、Ｔｉ−Ａｌ層がたとえば厚さ２０ｎｍのパッド状に形成される。他方、ｐ型Ｓｉ基板７０の全表面上にｐ型用オーミック電極７５として、Ｔｉ−Ａｌ層がたとえば厚さ７５０ｎｍで形成される。
【００６３】
最後に、ｐ型Ｓｉ基板７０をダイシングにより一辺がたとえば３５０μｍの正方形状に分割することによって、図８に示す本発明の窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００６４】
図８に示す構成の窒化物半導体発光素子においては、窒化物半導体層８０の表面となる光取り出し面に形成された錐体状の凸部１００によって活性層２３から発光された光のうち上方（窒化物半導体層８０の方向）に進行した光の外部取り出し効率を向上することができるとともに、その錐体状の凸部１００の伸張方向とは反対方向に伸張する錐体状の凸部１０１によって活性層２３から発光された光のうち下方（ｐ型Ｓｉ基板７０の方向）に進行した光の外部取り出し効率も向上することができる。したがって、図８に示す構成の窒化物半導体発光素子においては、活性層２３から放射される光をさらに効率的に取り出すことができるようになる。
【００６５】
なお、中間窒化物半導体層２６としては、たとえば、ＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）の式で組成が表わされる窒化物系半導体にｎ型のドーパントを拡散させたｎ型窒化物半導体等を用いることができる。
【００６６】
また、上記の実施の形態において、ｎ型の中間窒化物半導体層２６の抵抗率を低減して窒化物半導体発光素子の動作電圧を低減する観点からは、ｎ型の中間窒化物半導体層２６は、キャリア濃度が３×１０18／ｃｍ3以上１×１０19／ｃｍ3以下のｎ型の窒化物半導体層を含んでいることが好ましい。
【００６７】
今回開示された実施の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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明によれば、活性層から放射される光をより効率的に取り出すことができる窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明において錐体状の凸部の幅を算出する方法を図解する模式図である。
【図２】本発明において錐体状の凸部の高さを算出する方法を図解する模式図である。
【図３】本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な斜視図である。
【図４】本発明において、バッファ層、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層を順次積層した後のサファイア基板の一例の模式的な断面図である。
【図５】本発明において、サファイア基板とｐ型Ｓｉ基板とが互いに接合された後の状態の一例の模式的な断面図である。
【図６】本発明において、サファイア基板側から所定の波長を有するレーザ光を照射する工程を図解する模式的な断面図である。
【図７】本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な斜視図である。
【図９】図８に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１０】図８に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１１】図８に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１２】図８に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１３】図８に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１４】図８に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１５】従来の窒化物半導体発光素子の一例の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  サファイア基板、３  オーミック電極、１１  Ｎｉ基板、１２  ｐ型用電極、１３  ｐ型ＧａＮクラッド層、１４  ｐ型ＡｌＧａＩｎＮキャリアブロック層、１５  ＩｎxＧａ1-xＮ活性層、１６  Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎクラッド層、１７  Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層、１８  ｎ型ＧａＮクラッド層、１９  ｎ型ＧａＮ光取り出し層、２１  バッファ層、２２  ｎ型窒化物半導体層、２３  活性層、２４  ｐ型窒化物半導体層、２５  ｎ型用オーミック電極、２６  中間窒化物半導体層、４１  反射層、４２  拡散防止層、５０  第１接着金属層、６０  第２接着金属層、７０  ｐ型Ｓｉ基板、７５  ｐ型用オーミック電極、８０  窒化物半導体層、９０  透光性電極層、１００，１０１  凸部、１１０  ｎ型用電極、１１１  ｎ型用ボンディング電極、１５０  レーザ光。
【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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