(57)【要約】【課題】ハイパワーでの安定した発光が可能であり、照明用途にも適した半導体発光素子および半導体発光装置を提供する。【解決手段】発光素子１０は、第一導電型クラッド層２４を含む第一導電型半導体層２７、活性層構造２５、および第二導電型クラッド層２６を含む第二導電型半導体層２８を有する薄膜結晶層と、第一導電型半導体層２７にキャリアを注入する第一導電型側電極５６と、第二導電型半導体層２８にキャリアを注入する第二導電型側電極５１とを有する。薄膜結晶層の第一導電型半導体層側から第二導電型半導体層側へ向かう方向を正方向としたとき、第一導電型側電極５６の正方向側端を基準とした第二導電型側電極５１の正方向側端との高低差がＨDが−１．０μｍ以上＋１．０μｍ以下であり、かつ、第二導電型側電極５１の厚みＴ2tが１．４μｍ以上５．０μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、前記第一導電型半導体層上の活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む前記活性層構造上の第二導電型半導体層を有する薄膜結晶層と、前記第一導電型半導体層にキャリアを注入する第一導電型側電極と、前記第二導電型半導体層にキャリアを注入する第二導電型側電極とを有する半導体発光素子であって、
前記薄膜結晶層の前記第一導電型半導体層側から前記第二導電型半導体層側へ向かう方向を正方向としたとき、前記第一導電型側電極の正方向側端を基準とした前記第二導電型側電極の正方向側端との高低差ＨDが−１．０μｍ以上＋１．０μｍ以下であり、かつ、前記第二導電型側電極の厚みＴ2tが１．４μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第一導電型側電極の厚みＴ1tが１．４μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第一導電型側電極の厚みＴ1tが５．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第二導電型側電極が、第二導電型側第一電極、第二導電型側バリア層および第二導電型側第二電極に分けられ、かつ／または前記第一導電型側電極が、第一導電型側第一電極、第一導電型側バリア層および第一導電型側第二電極に分けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第二導電型側バリア層が、金属からなる層と誘電体を含む層の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第二導電型側バリア層は誘電体を含む層を有し、該誘電体には前記第二導電型側第一電極と第二導電型側第二電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第一導電型側バリア層が、金属からなる層と誘電体を含む層の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第一導電型側バリア層は誘電体を含む層を有し、該誘電体には前記第一導電型側第一電極と第一導電型側第二電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第二導電型側バリア層と前記第一導電型側バリア層とが実効的に同一の構成であり、かつ／または前記第二導電型側第二電極と前記第一導電型側第二電極とが実効的に同一の構成であることを特徴とする請求項４から８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第二導電型側第一電極が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｌ、Ｉｎ、ＳｎおよびＺｎの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項４から９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第二導電型側バリア層が、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｉｒ、ＲｕおよびＳｉの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項４から１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第二導電型側第二電極が、Ａｕ、Ｐｔ、ＡｌおよびＣｕの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項４から１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第一導電型側第一電極が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、ＳｎおよびＺｎの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項４から１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記第一導電型側バリア層が、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｉｒ、ＲｕおよびＳｉの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項４から１３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第一導電型側第二電極が、Ａｕ、Ｐｔ、ＡｌおよびＣｕの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項４から１４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記誘電体がＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＦｘ、ＢａＦｘ、ＣａＦｘ、ＳｒＦｘまたはＭｇＦｘの単層膜若しくは当該材料の２種類以上の組み合わせからなる多層膜であることを特徴とする請求項５または７に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記薄膜結晶層は、Ｖ族として窒素原子を含むＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体からなり、前記薄膜結晶層中に、Ｉｎ、ＧａおよびＡｌからなる群より選ばれる元素が含まれることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に半導体発光素子。
【請求項１８】
前記第一導電型がｎ型であり、前記第二導電型がｐ型であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に半導体発光素子。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の第一導電型側電極および第二導電型側電極が接合された放熱部材と、
を有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２０】
前記放熱部材が、略平板な放熱板と、該平板上に設けられた配線とを有し、前記配線に前記第一導電型側電極および第二導電型側電極が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光装置。
【請求項２１】
前記第一導電型側電極および第二導電型側電極と前記配線との電気的接続が半田材によって行われていることを特徴とする請求項２０に記載の半導体発光装置。
【請求項２２】
前記半導体発光素子と接合される前の前記半田材の厚みＴｓｔが２．０μｍ以上４．０μｍ以下であることを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光装置。
【請求項２３】
前記半田材が、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、ＰｂおよびＧｅの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項２１または２２に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性層構造を挟んで第一導電型半導体層および第二導電型半導体層を有し、第一導電型半導体層および第二導電型半導体層にそれぞれキャリアを注入するための電極が同じ側に配置された半導体発光素子に関する。また本発明は、上記半導体発光素子を放熱部材に接合した半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子として、発光ダイオードや半導体レーザダイオード等が知られている。中でも発光ダイオードは、小型でかつ消費電力が小さいため、表示用途としてだけでなく照明用途としても市場が拡大してきており、発光効率の向上および光取り出し効率の向上が求められている。
【０００３】
半導体発光素子は、主として、第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む第二導電型半導体層を有する薄膜結晶層と、前記第一導電型半導体層にキャリアを注入する第一導電型側電極と、前記第二導電型半導体層にキャリアを注入する第二導電型側電極とを有している。
【０００４】
この種の半導体発光装置において、特許文献１には、第二導電型側電極が、半導体発光素子の発光効率を向上させることを目的として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃｏ、ＰｄおよびＡｇからなる群から選ばれた少なくとも１種の金属を主成分として第二導電型半導体層と接して形成された第１層と、Ａｕ、ＰｔおよびＩｒからなる群から選ばれた少なくとも１つの元素を主成分として形成された第２層とを含む積層体を有して構成された半導体発光素子が開示されている。また、第二導電型電極の厚みは０．７〜０．８μｍ程度とされている。さらに、特許文献１には、半導体発光素子を配線基板に電気的に接続するのに導電性樹脂を用いることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、半導体発光素子の光取り出し効率および発光効率を向上させることを目的として、第二導電型側電極が、第二導電型半導体層に接するＡｇ層と、その他の金属層とからなる電極を有し、この電極が、絶縁性保護膜とパッド電極とによって周囲を囲まれており、パッド電極の上面面積を上記電極の上面面積よりも小さくした半導体発光素子が開示されている。また、特許文献２には、各層の厚みに関して、Ａｇ層の厚みは０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましいこと、およびパッド電極の厚みは０．５μｍ以上であることが好ましい旨が記載されている。さらに、特許文献２では、「ｐパッド電極の部材は、ワイヤボンディングやバンプと接合性が良好なＡｕが用いられる」と記載されていることから、半導体発光素子と配線基板との電気的な接続にボンディングワイヤやバンプを用いることを意図している。
【特許文献１】特許第３６３１３５９号公報
【特許文献２】特開２００６−４１４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体発光素子を照明用途に適用するためには、半導体発光素子をよりハイパワーで駆動し、発光強度を高める必要がある。半導体発光素子をハイパワーで駆動する場合、半導体発光素子に大電流を効率よく注入し、かつ、半導体発生素子から発生した熱を効率よく放熱するために、半導体発光素子と配線基板との電気的な接続に半田材を用いることが好ましい。しかしながら、上述した従来の半導体発光素子は、配線基板との電気的接続に半田材を用いることは意図しておらず、必ずしもハイパワーで駆動するのに適した構造ではなかった。
【０００７】
本発明の目的は、ハイパワーでの安定した発光が可能であり、照明用途にも適した半導体発光素子および半導体発光装置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】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明者らが鋭意検討を行なった結果、従来の半導体発光素子の構造では、半導体発光素子をハイパワーで駆動するために半田材を用いて配線基板と電気的に接続すると、半導体発光素子の電極が半田材によって侵食され、このことが安定した発光を阻害する原因となることが分った。言い換えれば、半導体発光素子をハイパワーで駆動するためには、半導体発光素子を半田材で配線基板と電気的に接続することは根本的な解決策ではなく、半導体発光素子の構造そのものを改良する必要がある。
【０００９】
そこで本発明は以下の事項に関する。
【００１０】
［１］  第一導電型クラッド層を含む第一導電型半導体層、前記第一導電型半導体層上の活性層構造、および第二導電型クラッド層を含む前記活性層構造上の第二導電型半導体層を有する薄膜結晶層と、前記第一導電型半導体層にキャリアを注入する第一導電型側電極と、前記第二導電型半導体層にキャリアを注入する第二導電型側電極とを有する半導体発光素子であって、
前記薄膜結晶層の前記第一導電型半導体層側から前記第二導電型半導体層側へ向かう方向を正方向としたとき、前記第一導電型側電極の正方向側端を基準とした前記第二導電型側電極の正方向側端との高低差ＨDが−１．０μｍ以上＋１．０μｍ以下であり、かつ、前記第二導電型側電極の厚みＴ2tが１．４μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【００１１】
［２］  前記第一導電型側電極の厚みＴ1tが１．４μｍ以上であることを特徴とする上記［１］に記載の半導体発光素子。
【００１２】
［３］  前記第一導電型側電極の厚みＴ1tが５．０μｍ以下であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の半導体発光素子。
【００１３】
［４］  前記第二導電型側電極が、第二導電型側第一電極、第二導電型側バリア層および第二導電型側第二電極に分けられ、かつ／または前記第一導電型側電極が、第一導電型側第一電極、第一導電型側バリア層および第一導電型側第二電極に分けられることを特徴とする上記［１］から［３］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００１４】
［５］  前記第二導電型側バリア層が、金属からなる層と誘電体を含む層の少なくとも一方を有することを特徴とする上記［４］に記載の半導体発光素子。
【００１５】
［６］  前記第二導電型側バリア層は誘電体を含む層を有し、該誘電体には前記第二導電型側第一電極と第二導電型側第二電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されていることを特徴とする上記［５］に記載の半導体発光素子。
【００１６】
［７］  前記第一導電型側バリア層が、金属からなる層と誘電体を含む層の少なくとも一方を有することを特徴とする上記［４］から［６］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００１７】
［８］  前記第一導電型側バリア層は誘電体を含む層を有し、該誘電体には前記第一導電型側第一電極と第一導電型側第二電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールが形成されていることを特徴とする上記［７］に記載の半導体発光素子。
【００１８】
［９］  前記第二導電型側バリア層と前記第一導電型側バリア層とが実効的に同一の構成であり、かつ／または前記第二導電型側第二電極と前記第一導電型側第二電極とが実効的に同一の構成であることを特徴とする上記［４］から［８］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００１９】
［１０］  前記第二導電型側第一電極が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｌ、Ｉｎ、ＳｎおよびＺｎの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする上記［４］から［９］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００２０】
［１１］  前記第二導電型側バリア層が、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｉｒ、ＲｕおよびＳｉの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする上記［４］から［１０］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００２１】
［１２］  前記第二導電型側第二電極が、Ａｕ、Ｐｔ、ＡｌおよびＣｕの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする上記［４］から［１１］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００２２】
［１３］  前記第一導電型側第一電極が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、ＳｎおよびＺｎの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする上記［４］から［１２］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００２３】
［１４］  前記第一導電型側バリア層が、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｉｒ、ＲｕおよびＳｉの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする上記［４］から［１３］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００２４】
［１５］  前記第一導電型側第二電極が、Ａｕ、Ｐｔ、ＡｌおよびＣｕの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする上記［４］から［１４］のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００２５】
［１６］  前記誘電体がＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ、ＺｒＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＦｘ、ＢａＦｘ、ＣａＦｘ、ＳｒＦｘまたはＭｇＦｘの単層膜若しくは当該材料の２種類以上の組み合わせからなる多層膜であることを特徴とする上記［５］または［７］に記載の半導体発光素子。
【００２６】
［１７］  前記薄膜結晶層は、Ｖ族として窒素原子を含むＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体からなり、前記薄膜結晶層中に、Ｉｎ、ＧａおよびＡｌからなる群より選ばれる元素が含まれることを特徴とする上記［１］から［１６］のいずれかに半導体発光素子。
【００２７】
［１８］  前記第一導電型がｎ型であり、前記第二導電型がｐ型であることを特徴とする上記［１］から［１７］のいずれかに半導体発光素子。
【００２８】
［１９］  上記［１］から［１８］のいずれかに記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の第一導電型側電極および第二導電型側電極が接合された放熱部材と、
を有することを特徴とする半導体発光装置。
【００２９】
［２０］  前記放熱部材が、略平板な放熱板と、該平板上に設けられた配線とを有し、前記配線に前記第一導電型側電極および第二導電型側電極が電気的に接続されていることを特徴とする上記［１９］に記載の半導体発光装置。
【００３０】
［２１］  前記第一導電型側電極および第二導電型側電極と前記配線との電気的接続が半田材によって行われていることを特徴とする上記［２０］に記載の半導体発光装置。
【００３１】
［２２］  前記半導体発光素子と接合される前の前記半田材の厚みＴｓｔが２．０μｍ以上４．０μｍ以下であることを特徴とする上記［２１］に記載の半導体発光装置。
【００３２】
［２３］  前記半田材が、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、ＰｂおよびＧｅの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする上記［２１］または［２２］に記載の半導体発光装置。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、第二導電型側電極の厚み、および第二導電型側電極と第一導電型側電極との高低差を上記のように規定することで、半導体発光素子を配線基板と半田材で電気的に接合し、ハイパワー駆動した場合であっても安定した発光を達成でき、照明用途にも適した半導体発光素子および半導体発光装置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】
【００３４】
本明細書において、「積層」または「重なる」の表現は、もの同士が直接接触している状態に加え、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに接触していなくても、一方を他方に投影した際に空間的に重なる状態をも指す場合がある。また、「〜の上（〜の下）」の表現も、もの同士が直接接触して一方が他方の上（下）に配置されている状態に加え、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに接触していなくても、一方が他方の上（下）に配置されている状態にも使用する場合がある。さらに、「〜の後（前、先）」との表現は、ある事象が別の事象の直後（前）に発生する場合にも、ある事象が別の事象との間に第三の事象を挟んだ後（前）発生する場合にも、どちらにも使用する。また、「接する」の表現は、「物と物が直接的に接触している場合」に加えて、本発明の趣旨に適合する限りにおいて、「物と物が直接的には接触していなくても、第三の部材を介して間接的に接している場合」、「物と物が直接的に接触している部分と、第三の部材を介して間接的に接している部分が混在している場合」などを指す場合もある。
【００３５】
さらに、本発明において、「薄膜結晶成長」とは、いわゆる、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、プラズマアシストＭＢＥ、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＥＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＶＰＥ（Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法等の結晶成長装置内における薄膜層、アモルファス層、微結晶、多結晶、単結晶、あるいはそれらの積層構造の形成に加えて、その後の薄膜層の熱処理、プラズマ処理等によるキャリアの活性化処理等も含めて薄膜結晶成長と記載する。また、本発明において、「薄膜結晶層」とは、「薄膜結晶成長」によって形成された膜をいう。
【００３６】
また、本発明において、半導体発光素子はあらゆる方向へ光を取り出すことができ、任意に設けられる誘電体膜（絶縁膜）の構造を適宜変更することで、配光分布も調整することができる。本発明では、半導体発光素子における方向をいうとき、「第１の光取り出し方向」ということがあるが、この用語は、配光分布が最も高い方向を意味するのではなく、単に種々の光取り出し方向のうち１つの方向という意味で、第一導電型側電極および第二導電型側電極が設けられた側と反対側へ向かう方向を指す。
【００３７】
本発明の一実施形態による半導体発光素子（以下、単に発光素子という）は、図１に示すように、基板２１と、基板２１の片面に積層された化合物半導体薄膜結晶層（以下、単に薄膜結晶層ともいう）とを有する。化合物半導体薄膜結晶層は、第一導電型クラッド層２４を含む第一導電型半導体層２７、活性層構造２５、および第二導電型クラッド層２６を含む第二導電型半導体層２８が、基板２１側からこの順番に積層されて構成されている。
【００３８】
第二導電型半導体層２８の表面の一部に、第二導電型半導体層２８にキャリアを注入するための第二導電型側電極５１が配置されており、第二導電型半導体層２８と第二導電型側電極５１の接触している部分が、第二導電型半導体層２８にキャリアを注入する第二導電型側電流注入領域となっている。また、化合物半導体薄膜結晶層の一部が、その厚さ方向において第二導電型半導体層２８側から第一導電型半導体層２７の途中まで除去されており、除去された箇所に露出する第一導電型半導体層２７に接して、第一導電型半導体層２７にキャリアを注入するための第一導電型側電極５６が配置されている。第一導電型半導体層２７と第一導電型側電極５６の接触している部分が、第一導電型半導体層にキャリアを注入する第一導電型側電流注入領域となっている。
【００３９】
第二導電型側電極５１および第一導電型側電極５６が上記のように配置されることによって、両者は基板２１に対して同じ側に配置され、発光素子１０はフリップチップ型の発光素子１０として構成されている。
【００４０】
第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１は、互いに空間的に重なりを有していない。これは、図１に示すように、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１を基板面に対して投影したときに、影が重ならないことを意味する。
【００４１】
図１に示す発光素子１０は、例えば図１Ａに示すように第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１を放熱部材４２に向けて放熱部材４２の上に搭載されることで、放熱部材４２とともに半導体発光装置（以下、単に発光装置という）を構成する。放熱部材４２は、放熱基板４０と、放熱基板４０に形成された配線４１を有している。配線４１は、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１に対応する位置に形成されており、これら配線４１に、導電性を有する接合部材である半田材４３を介してそれぞれ第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１が接合され、これによって発光素子１０が放熱部材４２上にフリップチップマウントされる。放熱部材４２は、サブマウントであってもよい。
【００４２】
以下に、図１に示す発光素子１０の構成についてさらに詳細に説明する。
【００４３】
＜基板＞
基板２１は、光学的に発光素子１０の発光波長に対しておおよそ透明であれば、材料等は特に限定されない。ここでおおよそ透明とは、発光波長に対する吸収が無いか、あるいは、吸収が存在しても、その基板２１の吸収によって光出力が５０％以上低減しないものである。
【００４４】
基板２１は、電気的には絶縁性であることが好ましい。これは、発光素子１０をフリップチップマウントした際に、半田や導電性樹脂などの電気的接合部材が基板２１の周辺に付着しても、発光素子１０へのキャリア注入には影響を与えないからである。基板２１の具体的な材料としては、例えばＩｎＡｌＧａＮ系発光材料またはＩｎＡｌＢＧａＮ系材料をその上に薄膜結晶成長させるためには、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＬｉＧａＯ2、ＺｎＯ、ＳｃＡｌＭｇＯ4、ＮｄＧａＯ3、およびＭｇＯから選ばれることが望ましく、特にサファイアが好ましい。
【００４５】
本形態で使用される基板２１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、薄膜結晶成長の際の結晶性を制御する観点から、いわゆるオフ基板（ｍｉｓｓ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であることもできる。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ＩｎＡｌＧａＮ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るが、サファイア上に形成されたＩｎＡｌＧａＮ系材料においては、活性層構造２５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。
【００４６】
基板２１は、ＭＯＣＶＤやＭＢＥ等の結晶成長技術を利用して発光素子１０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。
【００４７】
基板２１の厚みとしては、本発明の１形態においては、素子作成初期においては、通常３５０〜７００μｍ程度のものであり、発光素子１０の結晶成長、素子作製プロセスにおける機械的強度が確保されるようにしておくのが普通である。これを用いて薄膜結晶層を成長した後に、各々の素子に分離しやすくするために、適宜、研磨工程によってプロセス途中で薄くし、最終的に１００μｍの厚さ程度以下となっていることが普通である。通常、基板２１は３０μｍ以上の厚みである。
【００４８】
さらに本発明の異なる形態では、基板２１の厚さは、従来とは異なり厚いものでもよく、好ましくは１５０μｍ以上、より好ましくは２５０μｍ以上とすることもできる。ただし過度の厚さを有する基板２１は、同一の基板２１上に複数の発光素子１０を形成する場合、隣接する発光素子１０の境界部において基板２１を切断して個々の発光素子１０に分離するときに素子分離等の困難さが発生する。そのため、基板２１の厚さは５５０μｍ以下が好ましく、４５０μｍ以下がより好ましい。最も好ましくは、基板の厚みは２７５μｍ以上であって、３７５μｍ以下である。
【００４９】
なお、基板２１は、薄膜結晶層や誘電体膜など、発光素子１０を構成する全ての構造が形成された後、除去されてもよい。よって、本発明において基板２１は必須の要素ではない。また、基板２１が発光素子の製造時にのみ用いられて最終的に除去される場合、基板は透明である必要はない。
【００５０】
基板２１の除去は、例えば、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１を支持体（不図示）に接合し、その後、薄膜結晶層から基板２１を剥離することによって行なうことができる。基板２１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。
【００５１】
＜第一導電型半導体層および第一導電型クラッド層＞
第一導電型クラッド層２４は、活性層構造２５に対して、第二導電型クラッド層２６と共に機能して、キャリアを効率よく注入し、かつ、活性層構造２５からのオーバーフローも抑制し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。また、あわせて活性層構造近傍への光の閉じ込めにも寄与し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。第一導電型半導体層２７は、上記のクラッド機能を有する層に加えて、コンタクト層のように発光素子の機能向上のため、または製造上の理由により、第一導電型にドープされた層を含むものである。広義には、第一導電型半導体層２７の全体を第一導電型クラッド層２４と考えてもよく、その場合にはコンタクト層等は、第一導電型クラッド層２４の一部と見ることもできる。
【００５２】
一般的に第一導電型クラッド層２４は、後述する活性層構造２５の平均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２５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、第一導電型クラッド層２４は、活性層構造内の特にバリア層との関係において、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のが一般的である。このような指針の元で、第一導電型クラッド層２４の材料としては、所望の発光波長を実現するために準備される基板２１、活性層構造２５、および必要に応じて基板２１と第一導電型半導体層２７との間に設けられるバッファ層（詳しくは後述する）等に鑑みて、適宜選択することができる。
【００５３】
例えば、基板２１としてＣ＋面サファイアを使用し、バッファ層として低温成長したＧａＮと高温成長したアンドープＧａＮの積層構造を使用する場合には、第一導電型クラッド層２４としてＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料、ＩｎＡｌＢＧａＮ系材料、もしくはその多層構造を用いることができる。
【００５４】
第一導電型クラッド層２４のキャリア濃度としては、下限としては１×１０１７ｃｍ−３以上が好ましく、５×１０１７ｃｍ−３以上がより好ましく、１×１０１８ｃｍ−３以上が最も好ましい。上限としては５×１０１９ｃｍ−３以下が好ましく、１×１０１９ｃｍ−３以下がより好ましく、７×１０１８ｃｍ−３以下が最も好ましい。また、ここでは、第一導電型がｎ型の場合、ドーパントとしては、Ｓｉが最も望ましい。
【００５５】
第一導電型クラッド層２４の構造は、単一の層からなるものとすることができるが、２層以上の層からなるものであってもよい。この場合には、たとえばＧａＮ系材料とＡｌＧａＮ系材料、ＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＩｎＡｌＢＧａＮ系材料を使用することも可能である。また第一導電型クラッド層２４の全体を異種材料の積層構造として超格子構造とすることもできる。さらに、第一導電型クラッド層２４内において、前述のキャリア濃度を変化させることも可能である。
【００５６】
第一導電型クラッド層２４の第一導電型側電極５６と接触している部分においては、そのキャリア濃度を意図的に高くして、当該電極との接触抵抗を低減することも可能である。
【００５７】
第一導電型クラッド層２４の一部はエッチングされており、かつ、第一導電型クラッド層２４の露出した側壁、エッチングされた部分などは、第一導電型側電極５６との接触を実現する第一電流注入領域を除いて、フリップボンドする際に半田等による短絡が発生しないように、適宜誘電体膜で覆われている構造が望ましい。
【００５８】
第一導電型クラッド層２４に加えて、第一導電型半導体層２７として、必要によりさらに異なる層が存在してもよい。例えば、電極との接続部にキャリアの注入を容易にするためのコンタクト層が含まれていてもよい。また、各層を、組成または形成条件等の異なる複数の層に分けて構成してもよい。
【００５９】
＜活性層構造＞
第一導電型半導体層２７の上には、活性層構造２５が形成されている。活性層構造２５とは、前述の第一導電型クラッド層２４と、後述する第二導電型クラッド層２６から注入される、電子と正孔（あるいは正孔と電子）が再結合して発光する層である量子井戸層を含み、かつ、量子井戸層に隣接して配置される、あるいは、量子井戸層とクラッド層間に配置されるバリア層をも含む構造を指す。ここで、発光素子１０の高出力化、高効率化を実現するためには、活性層構造中の量子井戸層の層数をＷ、バリア層の層数をＢとすると、Ｂ＝Ｗ＋１を満たすことが望ましい。すなわち、クラッド層と活性層構造の全体の層の関係は、「第一導電型クラッド層、活性層構造、第二導電型クラッド層」と形成され、活性層構造は、「バリア層、量子井戸層、バリア層」、あるいは、「バリア層、量子井戸層、バリア層、量子井戸層、バリア層」のように形成されることが、高出力化のために望ましい。
【００６０】
ここで、量子井戸層においては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うすい層である。このため、高出力化を実現するためには、単層の量子井戸層のみではなく、複数の量子井戸層を設けてこれを分離して活性層構造２５とすることが望ましい。この際に各量子井戸層間の結合を制御しつつ分離する層がバリア層である。また、バリア層は、クラッド層と量子井戸層の分離のためにも存在することが望ましい。たとえば、クラッド層がＡｌＧａＮからなり、量子井戸層がＩｎＧａＮからなる場合には、この間にＧａＮからなるバリア層が存在する形態が望ましい。これは結晶成長の最適温度が異なる場合の変更も容易にできるので、薄膜結晶成長の観点からも望ましい。また、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、バリア層にその中間のバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮを用いることも可能である。さらに、一般にクラッド層と量子井戸層との間のバンドギャップの差は、バリア層と量子井戸層の間のバンドギャップの差よりも大きく、量子井戸層へのキャリアの注入効率を考えても、量子井戸層はクラッド層に直接隣接しないことが望ましい。
【００６１】
量子井戸層は意図的なドーピングは実施しないほうが望ましい。一方、バリア層には、ドーピングを施して、系全体の抵抗を下げるなどのことを実施するのが望ましい。特に、バリア層にはｎ型のドーパント、特にＳｉをドーピングするのが望ましい。これは、ｐ型のドーパントであるＭｇはデバイス内では拡散しやすく、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。このために、Ｓｉは有効であって、バリア層にはＳｉがドーピングされていることが望ましい。但し量子井戸層とバリア層との界面においては、ド−ピングを実施しないほうが望ましい。
【００６２】
活性層構造２５の側壁は、誘電体膜（図１では不図示）で覆われていることが望ましい。このようにすると、発光素子１０をフリップボンドする際に、活性層構造２５の側壁における半田等による短絡が発生しない利点がある。
【００６３】
＜第二導電型半導体層および第二導電型クラッド層＞
第二導電型クラッド層２６は、活性層構造２５に対して、第一導電型クラッド層２４と共に、キャリアを効率よく注入し、かつ、活性層構造２５からのオーバーフローも抑制し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。また、あわせて活性層構造近傍への光の閉じ込めにも寄与し、量子井戸層における発光を高効率で実現するための機能を有している。第二導電型半導体層２８は、上記のクラッド機能を有する層に加えて、コンタクト層のように発光素子１０の機能向上のため、または製造上の理由により、第二導電型にドープされた層を含むものである。広義には、第二導電型半導体層２８の全体を第二導電型クラッド層２６と考えてもよく、その場合にはコンタクト層等は、第二導電型クラッド層２６の一部と見ることもできる。
【００６４】
一般的に第二導電型クラッド層２６は、活性層構造２５の平均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２５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。さらに、第二導電型クラッド層２６は、活性層構造２５内の特にバリア層との関係において、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のが一般的である。このような指針の元で、第二導電型クラッド層２６の材料としては、所望の発光波長を実現するために準備される基板２１、活性層構造２５、および必要に応じて基板２１と第一導電型半導体層２７との間に設けられるバッファ層（詳しくは後述する）等に鑑みて、適宜選択することができる。
【００６５】
例えば、基板２１としてＣ＋面サファイアを使用し、バッファ層としてＧａＮを使用する場合には、第二導電型クラッド層２６としてＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料、ＡｌＧａＢＩｎＮ系材料等を用いることができる。また、上記材料の積層構造であってもかまわない。また、第一導電型クラッド層２４と第二導電型クラッド層２６は同じ材料で構成することも可能である。
【００６６】
第二導電型クラッド層２６のキャリア濃度としては、下限としては１×１０１７ｃｍ−３以上が好ましく、４×１０１７ｃｍ−３以上がより好ましく、５×１０１７ｃｍ−３以上がさらに好ましく、７×１０１７ｃｍ−３以上が最も好ましい。上限としては７×１０１８ｃｍ−３以下が好ましく、３×１０１８ｃｍ−３以下がより好ましく、２×１０１８ｃｍ−３以下が最も好ましい。また、ここでは、第二導電型がｐ型の場合ドーパントとしては、Ｍｇが最も望ましい。
【００６７】
第二導電型クラッド層２６の構造は、単一の層で形成されたものとすることができるが、２層以上の層からなるものであってもよい。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も可能である。また第二導電型クラッド層２６の全体を異種材料の積層構造からなる超格子構造とすることもできる。さらに、第二導電型クラッド層２６内において、前述のキャリア濃度を変化させることも可能である。
【００６８】
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の結晶成長後に実施することが望ましく、この観点で、第一導電型がｎ型で、第二導電型がｐ型である場合が望ましい。
【００６９】
また、結晶性の劣るｐ型クラッド層（これは、望ましい形態をとった場合の第二導電型クラッド層２６に相当する）の厚みは、ある程度薄いほうが望ましい。これは、発光素子１０をフリップチップボンディングを実施する場合においては、基板側が第１の光取り出し方向となるため、後述する第二導電型側電極５１側からの光の取り出しを考慮する必要がなく、大面積の厚膜電極を形成することが可能である。このため、発光素子１０をフェイスアップマウントする際のように、第二導電型クラッド層２６における横方向への電流拡散を期待する必要がなく、第二導電型クラッド層２６は、ある程度薄くすることが素子構造からも有利である。但し、極端に薄い場合には、キャリアの注入効率が低下してしまうため、最適値が存在する。第二導電型クラッド層２６の厚みは、適宜選択可能であるが、０．０５μｍから０．３μｍが望ましく、０．１μｍから０．２μｍが最も望ましい。
【００７０】
第二導電型クラッド層２６の第二導電型側電極５１と接触している部分においては、そのキャリア濃度を意図的に高くして、当該電極との接触抵抗を低減することも可能である。
【００７１】
第二導電型クラッド層２６の露出した側壁は、後述する第二導電型側電極５１と接触した第二電流注入領域を除いて、すべて誘電体膜（図１では不図示）で覆われている構造であることが望ましい。
【００７２】
さらに、第二導電型クラッド層２６に加えて、第二導電型半導体層２８として、必要によりさらに異なる層が存在してもよい。例えば、電極と接する部分にキャリアの注入を容易にするためのコンタクト層が含まれていてもよい。また、各層を、組成または形成条件等の異なる複数の層に分けて構成してもよい。
【００７３】
なお、本発明の要旨に反しない限り、薄膜結晶層として、必要により上述のカテゴリに入らない層を形成してもよい。
【００７４】
＜第二導電型側電極＞
第二導電型側電極５１は、第二導電型の窒化物化合物半導体と良好なオーム性接触を実現し、かつ、発光素子１０をフリップチップマウントした際に、半田材などによるサブマウントなどとの良好な接着を実現するものである。このためには、適宜材料選択が可能であり、第二導電型側電極５１は単一の層であっても、複数の層からなる場合でもかまわない。一般には、電極に要請される複数の目的を達するために、複数の層構成をとるのが普通である。
【００７５】
また、第二導電型がｐ型で第二導電型クラッド層の第二導電型側電極側がＧａＮである場合には、第二導電型側電極５１の構成元素として、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、ＲｅおよびＣｕの少なくとも１種を含むことが望ましい。特に、第二導電型側電極のｐ側クラッド層側の第一層目はＮｉであることが望ましく、第二導電型側電極のｐ側クラッド層側と反対側の表面はＡｕであることが望ましい。これは、Ｎｉの仕事関数の絶対値が大きく、ｐ型材料にとって都合がよく、また、Ａｕは、後述するプロセスダメージに対する耐性、マウントの都合などを考えると最表面の材料として好ましい。
【００７６】
第二導電型側電極５１は、第二導電型のキャリアを注入可能であれば、第二導電型半導体層のどの層と接してもよく、例えば第二導電型側コンタクト層が設けられるときは、それに接するように形成される。
【００７７】
＜第一導電型側電極＞
第一導電型側電極５６は第一導電型の窒化物化合物半導体と良好なオーム性接触を実現し、かつ、発光素子１０をフリップチップマウントした際に、半田材等によるサブマウントなどとの良好な接着を実現するものであって、このためには、適宜材料選択が可能である。第一導電型側電極５６は単一の層であっても、複数の層からなる場合でもかまわない。一般には、電極に要請される複数の目的を達するために、複数の層構成をとるのが普通である。
【００７８】
第一導電型がｎ型であるとすると、ｎ側電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｓｉ、ＡｕおよびＣｕの少なくとも１種を構成元素として含むことが望ましい。これらの材料の中でも特に、第一導電型側電極５６のｎ側クラッド層側の第一層目は、ＴｉまたはＡｌであることが望ましい。これは、これらの金属の仕事関数の絶対値が小さいためである。
【００７９】
本発明の１形態においては、第一導電型側電極５６は第一電流注入領域の大きさよりも大きな面積に形成され、かつ、第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１は、空間的に重なりを有さないことが望ましい。これは、発光素子１０を半田などでフリップチップマウントした際に、サブマウントなどとの十分な密着性を確保するに十分な面積を確保しつつ、第二導電型側電極５１と第一導電型側電極５６との間の半田材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。
【００８０】
第一導電型側電極５６は、第一導電型のキャリアを注入可能であれば、第一導電型半導体層のどの層と接してもよく、例えば第一導電型側コンタクト層が設けられるときは、それに接するように形成される。
【００８１】
本発明において、第二導電型側電極５１の厚みＴ2tは、１．４μｍ以上５．０μｍ以下であり、好ましくは１．５μｍ以上４．５μｍ以下である。
【００８２】
本発明者らの検討によれば、第二導電型側電極５１の厚みＴ2tが１．４μｍよりも薄く、例えば１．２μｍ程度の厚みである場合は、発光素子１０を半田材４３で放熱基板４０に接合すると、第二導電型側電極５１が半田材４３によって侵食される。そのことにより、発光素子１０を駆動した際に、第１の光取り出し方向から観察すると、第二導電型側電極５１が形成されている部分に、正常な発光をしない暗部、あるいは発光が弱い部分が発生する。本明細書では、このような発光状態を発光異常と記載する。
【００８３】
一方、第二導電型側電極５１の厚みＴ2tが５．０μｍを超えると、発光素子製造上の困難が発生する。第二導電型側電極５１は通常パターニングされており、その形状はエッチング法やリフトオフ法等によって形成されるのが普通である。その際、第二導電型側電極５１の厚みＴ2tが５．０μｍを超えると、一般的な方法では歩留りよく第二導電型側電極５１を形成することが困難になる。
【００８４】
以上、本形態の発光素子１０を構成する基板２１、薄膜結晶層、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１について説明したが、本発明においては、以上説明した構造に加え、第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差ＨDが、主要な特徴の１つとなっている。
【００８５】
この高低差ＨDは、薄膜結晶層の第一導電型半導体層２７側から第二導電型半導体層２８側へ向かう方向を正方向としたとき、第一導電型側電極５６の正方向側端を基準とした、第一導電型側電極５６の正方向側端と第二導電型側電極５１の正方向側端との高低差で定義され、本発明においては、この値は−１．０μｍ以上＋１．０μｍ以下とされる。高低差ＨDは、好ましくは−０．５μ以上＋０．５μｍ以下、より好ましくは−０．３μｍ以上＋０．３μｍ以下、さらに好ましくは−０．２μｍ以上＋０．２μｍ以下であって、最も好ましくは、製造誤差の範囲内において高低差ＨDが実質的に０である。
【００８６】
本発明においては、放熱基板４０は、いわゆる表面材料の粗さに由来する凹凸を除いて、巨視的に見た場合に凹凸のない略平坦な板状形状であることが好ましい。このため、放熱基板４０は、発光素子１０を放熱基板４０に搭載する際に第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差ＨDを相殺する機能を果たさない。よって、第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差ＨDを上記の範囲内とすることで、略平坦な放熱基板４０であっても発光素子１０を容易かつ確実に接合することができる。
【００８７】
上記の高低差ＨDの調整は、第一導電型側電極５６の総厚みおよび第二導電型側電極５１の総厚みを調整することによっておこなうことができる。ただし、第二導電型側電極５１は、前述のとおり、発光素子１０を駆動したときに発光異常が発生せず、かつ、発光素子１０の製造上問題のないように、厚みＴ2tが制限される。よって、第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差ＨDの調整は、主として第一導電型側電極５６の総厚みの調整によっておこなうことが好ましい。
【００８８】
以上説明したように第二導電型側電極５１の厚みＴ2t、および第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差ＨDを規定することで、製造が容易であり、かつ半田材４３を用いて略平坦な放熱基板４０への接合も良好であり、しかも、半田材４３によって放熱基板４０に搭載されて発光装置として駆動した場合であっても発光異常が生じない、ハイパワー駆動に適した発光素子１０とすることができる。
【００８９】
ところで、半田材４３を用いて発光素子１０を放熱基板４０へ接合する場合、この種の半田材４３はスパッタや蒸着によって放熱基板４０の配線４１上に形成されるのが一般的である。第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差が大きいときには、例えば数十μｍの厚さで半田材４３を形成すれば、半田材４３の厚みによって第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差が相殺された状態で発光素子１０を放熱基板４０に接合することができる。しかし、そのような厚い半田材４３をスパッタで形成しようとすると、スパッタは成膜レートが低いため所定の厚みまで成膜するのに時間がかかりすぎ、好ましくない。また、蒸着によって厚い半田材４３を形成すると、通常は合金である半田材４３に層分離が生じるため好ましくない。一方、半田材４３の厚みが薄ければ、スパッタの低い成膜レートで形成してもその影響は少なく、また、合金を蒸着で形成することにより半田材４３中に組成差が生じたとしてもその影響は小さい。
【００９０】
よって、上記のように第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差ＨDを小さくすることは、厚みの薄い半田材４３であっても発光素子１０を放熱基板４０上に良好に接合できるため、発光素子１０を半田材４３で放熱基板４０に接合する場合に特に有効である。
【００９１】
なお、放熱基板４０への発光素子１０の接合を良好に行えるようにするためには、
Ａ）上述したように、第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差ＨDを調整すること、
Ｂ）放熱基板４０上に形成する配線４１の厚みを調整すること、
Ｃ）好ましくは半田材４３である接合部材の厚みを調整すること、および
Ｄ）放熱基板４０自体に段差を形成すること、
が考えられる。これらＡ）〜Ｄ）のうち、Ｄ）は、放熱基板４０への加工が煩雑であり製造コストの観点から好ましくない。よって、Ａ）〜Ｃ）を適宜組み合わせるのが、放熱基板４０への加工も不要であり好ましく、その中でもＡ）およびＣ）を利用するのがより好ましく、Ｂ）は補助的であってよい。
【００９２】
前述したように、本形態においては、半田材４３を用いて発光素子１０を放熱基板４０へ接合した場合であっても、第二導電型側電極５１への半田材４３の侵食による発光異常が生じないように第二導電型側電極５１の厚みの下限値が決定されている。半田材４３の侵食によって発光異常が生じるのは、第二導電型側電極５１が、第１の光取り出し方向側から見たときに活性層構造２５と重なった位置に形成されているからである。本形態の構造においては、第一導電型側電極５６は第１の光取り出し方向側から見たときに活性層構造２５と重なりを有しておらず、第一導電型側電極５６の厚みＴ1tが薄くても発光異常を確認することはできない。よって、第二導電型側電極５１と異なり、第一導電型側電極５６は、放熱基板４０への接合が可能であればその厚みの下限は特に制限されない。ただし、第二導電型側電極５１において発光異常が発生するような厚みであれば、第一導電型側電極５６においても同様に、半田材４３を用いて放熱基板４０と接合した場合には、接合プロセス時に半田材４３によって第一導電型側電極５６が固溶してしまい、正常な金属／半導体界面の形成が阻害される恐れがある。そのため、第一導電型側電極５６の厚みＴ1tは、１．４μｍ以上であることが好ましい。
【００９３】
第一導電型側電極５６の厚みＴ1tの上限についても、本発明では特に制限はないが、第二導電型側電極５１と同様、製造上の理由から、５．０μｍ以下であることが好ましい。
【００９４】
第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１は、複数の層構成を有してもよいことは前述したとおりである。図２に、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１が複数の層構成を有する発光素子を備えた発光装置の一例を図２に示す。
【００９５】
図２に示す発光装置は、発光素子と、半田材４３を用いて発光素子が接合された放熱基板４０とを有しており、発光素子の第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１が多層構造になっていることを除いて図１Ａに示した発光装置と同様に構成されている。以下の説明では、図１Ａに示した構成と同様の構成については図１Ａと同じ符号を付して詳細な説明は省略し、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１の構成を主体に説明する。
【００９６】
第二導電型側電極５１は、第二導電型側第一電極５２、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４の３つの層が、第二導電型半導体層２８側からこの順番に積層された構造を有している。
【００９７】
第二導電型側第一電極５２は、第二導電型半導体層２８に接して設けられており、第二導電型半導体層２８と良好なオーム性接触を実現し、効率良くキャリア注入を行なう働きを有する。第二導電型側第一電極５２を構成する材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｌ、Ｉｎ、ＳｎおよびＺｎの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことが好ましい。また、第二導電型側第一電極５２自身が多層構造であってもよい。この場合は、少なくとも１つの層が上記元素を含む材料で形成され、好ましくは各層が上記元素を含み構成成分（種類および／または比率）が異なる材料で構成される。特に好ましい形態では、第二導電型側第一電極５２の第二導電型半導体層２８側の第一層目はＮｉであり、第二導電型側第一電極５２の第二導電型半導体層２８側と反対側の表面はＡｕである。第二導電型半導体層２８側の第一層目をＮｉとするのは、Ｎｉは仕事関数の絶対値が大きく、ｐ型材料にとって都合がよいとともに、ＧａＮ系材料に対する密着性が良好であり、プロセス中の熱履歴やダメージ耐性が高いためである。一方、Ａｕは、プロセスダメージに対する耐性や、隣接する第二導電型側バリア層５８等との密着性を考慮すると、第二導電型半導体層２８側と反対側の表面を構成する層として好ましい。
【００９８】
第二導電型側第二電極５４は、発光素子が放熱基板４０に接合された際に少なくとも一部が半田材４３と接する部分であり、発光素子の駆動により発生する熱の放熱経路ともなる。放熱基板４０と発光素子との接合は、特に発光素子を高出力動作させる場合には、半田材４３で接合することが最も好ましい。そのため、第二導電型側第二電極５４を構成する材料は、半田材４３と安定して固溶し、熱的接合をし易いことが望ましい。さらには、第二導電型側第二電極５４は、発光素子が発生する熱を放熱する放熱経路ともなることから、熱伝導率が高いことが好ましい。これらの観点から、第二導電型側第二電極５４を構成する材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、ＡｌおよびＣｕの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことが好ましい。第二導電型側第二電極５４は、単層で構成されてもよいし多層で構成されてもよいが、単層で構成される場合には、電極表面の酸化や接合のし易さ、発光素子駆動時の電極の安定性から、少なくともＡｕを含む材料で構成されることが好ましい。
【００９９】
第二導電型側バリア層５３は、発光素子をフリップチップマウントした際に半田材４３の侵食のバリアとなり、第二導電型側第一電極５２のオーム性接触の阻害を抑制する働きを有する層である。第二導電型側バリア層５３を構成する材料としては、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｉｒ、ＲｕおよびＳｉの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことが好ましい。
【０１００】
これら第二導電型側第一電極５２、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４は、図２に示すようにそれぞれ１層ずつ設けてもよいが、例えば図３の縦断面図に示すように、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４を複数層ずつ設けてもよい。この場合、複数層の第二導電型バリア層５３のうちの１つは、第二導電型側第一電極５２と第二導電型側第二電極５４を離間させるように形成される。
【０１０１】
第二導電型側バリア層５３は、半田材４３による第二導電型側第一電極５２の侵食をより効果的に抑制するために、金属からなる層と誘電体を含む層の少なくとも一方を有することが好ましい。
【０１０２】
それぞれの層を構成する材料は、第二導電型側バリア層５３を構成する好ましい材料として上記に列挙した材料を含むことが好ましい。すなわち、金属からなる層は、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅ、ＩｒおよびＲｕの中から選択される少なくとも１種の材料を含み、誘電体を含む層は、Ｓｉを含むことが好ましい。これらの金属材料は、比較的硬く、かつ高融点であるので、これらの金属材料を第二導電型側バリア層５３に含有させることで、半田材４３の固溶が抑制される。また、第二導電型側バリア層５３が誘電体を含むことで、第二導電型側バリア層５３における半田材４３の拡散が抑制される。
【０１０３】
第二導電型側バリア層５３が誘電体を含む層を有している場合、誘電体には、誘電体を含む層をその厚み方向に貫通するコンタクトホールが形成される。コンタクトホールは、コンタクトホールを形成した後に誘電体を含む層の上に形成される層を構成する材料で充填され、これによって第二導電型側第一電極と第二導電型側第二電極とが電気的に接続されている。
【０１０４】
図４に、第二導電型側バリア層５３が金属６０からなる層と誘電体６１を含む層を有して構成された第二導電型側電極５１の一例の模式的縦断面図を示す。図４に示す例では、第二導電型側電極５１は、第二導電型半導体層２８上に設けられた第二導電型側第一電極５２、その上に設けられた第二導電型側バリア層５３、およびさらにその上に設けられた第二導電型側第二電極５４を有しており、第二導電型側第一電極５２と第二導電型側第二電極５４とは第二導電型側バリア層５３によって離間させられている。
【０１０５】
第二導電型側バリア層５３は、金属６０からなる層と誘電体６１を含む層とを有している。金属６０からなる層は第二導電型側第二電極５４に接して設けられ、誘電体６１を含む層は第二導電型側第一電極５２に接して設けられている。誘電体６１を含む層には、誘電体６１を含む層を第二導電型側電極５１の厚みＴ2tの方向に貫通するコンタクトホール５５が形成されている。コンタクトホール５５は金属６０からなる層を構成する金属６０で充填されている。これによって、第二導電型側第一電極５２と第二導電型側第二電極５４とは、金属６０からなる層を構成する金属６０を介して電気的に接続され、第二導電型側第一電極５２と第二導電型側第二電極５４との間にキャリアを注入可能となる。
【０１０６】
第二導電型側電極５１を構成する各層は、蒸着法など通常の成膜手法を用いて形成され、コンタクトホール５５が形成された誘電体６１を含む層の上に形成された金属６０からなる層や第二導電型第二電極５４は、コンタクトホール５５を反映した厚みで形成される。よって、コンタクトホール５５の存在は、第二導電型側電極５１の最上面にコンタクトホール５５の形状、位置および深さに対応した凹部として現れ、顕微鏡観察等によって確認することが可能である。
【０１０７】
誘電体６１を含む層に形成されるコンタクトホール５５の形状および数は、任意である。その幾つかの例を、第二導電型側バリア層の誘電体を含む層での横断面図である図５Ａ〜５Ｅに示す。図５Ａに示す例では、誘電体６１を含む層の中央領域に１つのコンタクトホール５５が形成されており、コンタクトホール５５は誘電体６１によって取り囲まれている。図５Ｂに示す例では、誘電体６１を含む層の内側に複数のコンタクトホール５５が形成されている。図５Ｃに示す例では、誘電体６１を含む層の内側にコンタクトホール５５がメッシュ状に形成されている。図５Ｄに示す例では、誘電体６１を含む層において誘電体６１の一部が扇形状に除去され、この除去された部分がコンタクトホール５５となっている。図５Ｅに示す例では、コンタクトホール５５はストライプ状に形成されている。図５Ｄおよび図５Ｅから明らかなように、コンタクトホール５５は、外周が誘電体６１によって取り囲まれた「孔」として形成されたものに限らず、第二導電型側バリア層の側面にまで達するような、誘電体６１を含む層において誘電体６１がその層の厚み方向全体にわたって除去された部分であってよい。
【０１０８】
誘電体６１を含む層は複数層であってもよい。この場合、第二導電型側バリア層５３内で、誘電体６１を含む層と金属６０からなる層が交互に積層された構成とすることもできるし、第二導電型側バリア層５３を、誘電体６１を含む層のみとし、例えば図３に示したように、第二導電型側第二電極５４と交互に積層された構成とすることもできる。誘電体６１を含む層を複数層とした場合には、コンタクトホール５５が第二導電型側電極５１の厚み方向で一直線上に位置しないように、各層におけるコンタクトホール５５のパターンおよび／または配置を変えることが望ましい。これによって、第二導電型側電極５１での半田材４３の拡散をより効果的に抑制できる。
【０１０９】
再び図２を参照すると、第一導電型側電極５６も第二導電型側電極５１と同様、第一導電型側第一電極５７、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９を有している。
【０１１０】
第一導電型側第一電極５７は、第一導電型半導体層２７に接して設けられており、第一導電型半導体層２７と良好なオーム性接触を実現し、効率良くキャリア注入を行なう働きを有する。第一導電型側第一電極を構成する材料としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｉｎ、ＳｎおよびＺｎの中から選択される少なくとも１種の材料を含むことが好ましい。また、第一導電型側第一電極５７自身が多層構造であってもよい。この場合は、少なくとも１つの層が上記元素を含む材料で構成され、好ましくは各層が上記元素を含み構成成分（種類および／または比率）が異なる材料で構成される。特に好ましい形態では、第一導電型側第一電極５７の第一導電型半導体層２７側の第一層目はＴｉであり、第一導電型側第一電極５７の第一導電型半導体層２７側と反対側の表面はＡｌである。Ａｌは、仕事関数の絶対値が小さく、ｎ型材料にとって都合がよいため、第一導電型半導体層２７側と反対側の表面を構成する材料として好ましく、また、Ｔｉは、ＧａＮ系材料に対する密着性が良好であるため、第一導電型半導体層２７側の第一層目を構成する材料として好ましい。
【０１１１】
第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９は、例えば第一導電型側バリア層５８が金属からなる層と誘電体を含む層の少なくとも一方を有していてもよいこと等、それぞれ上述した第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４と同様の働きを有し、同様の材料で構成することができる。また、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９はそれぞれ複数層ずつ設けられていてもよい。つまり、上述した第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４に関する説明は、それぞれ「第二導電型側」を「第一導電型側」に置き換えて説明することができる。
【０１１２】
図２では、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１の双方が第一電極、バリア層および第二電極を有する多層構造とされた例を示したが、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１のいずれか一方が第一電極、バリア層および第二電極を有していてもよい。
【０１１３】
第二導電型側電極５１は、発光異常等が発生せず、かつ発光素子を製造する上で問題のないような厚みで形成されている。さらに、第二導電型側電極５１を、第一電極、バリア層および第二電極を有する多層構造で形成することにより、第二導電型側電極５１への接合部材の侵食を抑制できる。第一導電型側電極５６は、活性層構造２５と重ならない位置に配置されることから、接合部材が第一導電型側電極５６を侵食しても、第二導電型側電極５１が侵食されることにより発生するような発光異常は確認することができない。ただし、第一導電型側電極５６が過度に侵食されると第一導電型半導体層２７とのオーム性接触が阻害され、発光装置の駆動電圧が上昇する。よって、第一導電型側電極５６を第二導電型側電極５１と同様に構成することは、発光素子と放熱基板との良好な接合のためにも好ましいものである。また、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１を共通のプロセスで形成できれば、製造プロセスの簡略化および製造時間の短縮化を可能とし、結果的に製造コストを削減できる。
【０１１４】
第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１の双方が第一電極、バリア層および第二電極を有している場合、第二導電型側バリア層５３と第一導電型側バリア層５８とが実効的に同一の構成であること、および第二導電型側第二電極５４と第一導電型側第二電極５９とが実効的に同一の構成であることの少なくとも一方を満たしていることが好ましい。ここで、「実効的に同一」とは、実際に現れる効果が同じになるように、構成材料、構造、厚み等が同一であることを意味する。したがって、実際に現れる効果が同じであれば、第二導電型側バリア層５３と第一導電型側バリア層５８との間、および／または第二導電型側第二電極５４と第一導電型側第二電極５９との間で、例えばそれらの横断面の形状および／または寸法が異なっていてもよい。
【０１１５】
次に、本発明の他の形態について、図６等を参照して説明する。
【０１１６】
図６に示す発光装置は、より一般的な薄膜結晶層の構造を有した発光素子１０を備えており、基板２１側の第一層目としてバッファ層２２を有している。その他の構成については図２に示した発光装置と同様である。
【０１１７】
バッファ層２２は、基板２１上に薄膜結晶成長する上で、転移の抑制、基板結晶の不完全性の緩和、基板結晶と所望の薄膜結晶層との各種の相互不整合の軽減など、主に薄膜結晶成長のための目的のために形成される。
【０１１８】
バッファ層２２は、薄膜結晶成長で成膜され、本発明で望ましい形態であるＩｎＡｌＧａＮ系材料、ＩｎＡｌＢＧａＮ系材料、ＩｎＧａＮ系材料、ＡｌＧａＮ系材料、ＧａＮ系材料などを異種基板上に薄膜結晶成長する際には、必ずしも基板２１との格子定数のマッチングが確保されないので、バッファ層２２は特に重要である。たとえば、薄膜結晶層を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で成長する際には、６００℃近傍の低温成長ＡｌＮ層をバッファ層に用いたり、あるいは５００℃近傍で形成した低温成長ＧａＮ層を用いたりすることもできる。また、８００℃から１０００℃程度の高温で成長したＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＢＧａＮなども使用可能である。これらの層は一般に薄く５〜４０ｎｍ程度である。
【０１１９】
バッファ層２２は必ずしも単一の層である必要はなく、低温で成長した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℃程度の温度で成長したＧａＮ層を数μｍ程度有するようにしてもかまわない。実際には、このような厚膜バッファ層を有することが普通であって、その厚みは０．５〜７μｍ程度である。バッファ層２２は、Ｓｉ等でドーピングされていてもよいし、バッファ層内にドーピング層とアンドープ層を積層して形成することも可能である。
【０１２０】
特に好ましい形態では、基板２１に接して３５０℃〜６５０℃未満程度の低温で薄膜結晶成長させた低温バッファ層と、６５０℃〜１０５０℃程度の高温で薄膜結晶成長させた高温バッファ層の２層構造のものである。
【０１２１】
また、バッファ層２２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）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の密度を大幅に低減することも可能である。さらに基板の表面に凹凸の加工を施したような加工基板を使用することもでき、その際にも、横方向成長をさせる際に転位の一部を消滅させることが可能であって、このような基板とバッファ層の組み合わせを本発明に適応する事は好ましい。さらに、この際には基板上に形成された凹凸によって光取り出し効率が向上する効果もあって、好ましい。
【０１２２】
図６に示す発光装置１０は、例えば以下のようにして製造することができる。
【０１２３】
まず、図６Ａに示すように、基板２１を用意し、その表面にバッファ層２２、第一導電型クラッド層２４、活性層構造２５および第二導電型クラッド層２６を薄膜結晶成長により順次成膜する。これらの薄膜結晶層の形成には、ＭＯＣＶＤ法が望ましく用いられる。しかし、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、ＰＥＤ法、ＶＰＥ法、ＬＰＥ法なども全部の薄膜結晶層、あるいは一部の薄膜結晶層を形成するために用いることが可能である。これらの層構成は、発光素子の目的等に合わせて適宜変更が可能である。また、薄膜結晶層の形成後には、各種の処理を実施してもかまわない。
【０１２４】
薄膜結晶層成長の後、図６Ａに示すように、第二導電型側第一電極５２を形成することが好ましい。即ち、予定されている第二電流注入領域に対する第二導電型側第一電極５２の形成が、第一電流注入領域の形成よりも、さらには、第一導電型側第一電極５７の形成よりも、早く実施されることが望ましい。これは、望ましい形態として第二導電型がｐ型である場合において、表面に露出しているｐ型クラッド層の表面に対して各種プロセスを経た後にｐ側電極を形成すると、ＧａＮ系材料では比較的活性化率の劣るｐ−ＧａＮクラッド層中の正孔濃度をプロセスダメージによって低下させてしまうからである。このため、薄膜結晶成長の後には第二導電型側第一電極５２の形成が他のプロセス工程（たとえば後述する第一エッチング工程、第二エッチング工程、第一導電型側第一電極形成工程など）よりも先に実施されることが望ましい。
【０１２５】
本発明では、第二導電型側第一電極５２が形成される層が、第二導電型コンタクト層である場合にも同様に、第二導電型半導体層に対してのプロセスダメージを低減することができる。
【０１２６】
第二導電型側第一電極５２の形成には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、所望の形状とするためには、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宜使用可能である。
【０１２７】
第二導電型側第一電極５２を形成した後、図６Ｂに示すように、第一導電型クラッド層２４の一部を露出させる。この工程では、第二導電型クラッド層２６、活性層構造２５、さらには第一導電型クラッド層２４の一部をエッチングにより除去することが好ましい（第一エッチング工程）。第一エッチング工程においては、後述する第一導電型側電極が第一導電型のキャリアを注入するための半導体層を露出することが目的であるので、薄膜結晶層に他の層、たとえば、クラッド層が２層からなる場合や、あるいはコンタクト層がある場合には、その層を含んでエッチングしてもかまわない。
【０１２８】
第一エッチング工程では、エッチング精度があまり要求されないので、ＳｉＮxのような窒化物やＳｉＯx等の酸化物、ＳｉＯxＮy等の酸窒化物をエッチングマスクとして、Ｃｌ2等を用いたプラズマエッチング法による公知のドライエッチングを使用することができる。しかし、後述する第二エッチング工程で詳細に説明するような、金属フッ化物マスクを用いたドライエッチングを実施することも望ましい。特に、ＳｒＦ2、ＡｌＦ3、ＭｇＦ2、ＢａＦ2、ＣａＦ2およびそれらの組み合わせからなる群より選ばれる金属フッ化物層を含むエッチングマスクを用いて、Ｃｌ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3、ＣＣｌ4等のガスを用いたプラズマ励起ドライエッチングによりエッチングを行うことが好ましい。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なＩＣＰ型のドライエッチングが最適である。
【０１２９】
次に図６Ｃに示すように、装置間分離溝１３を、第二エッチング工程により形成する。本形態では、装置間分離溝１３をバッファ層２２の厚さ方向の途中まで形成する。ただし、装置間分離溝１３を基板２１に達するまで形成することもできる。この場合には、素子同士を分離するために、スクライブ、ブレーキング等の工程において、薄膜結晶層が形成されている側からダイヤモンドスクライブを実施した際にも、基板２１上のＧａＮ系材料の剥離を抑制することが可能である。またレーザスクライブを実施した場合にも、薄膜結晶層にダメージが入らない利点がある。さらに、基板２１の一部までエッチングして装置間分離溝１３を形成することも同様に好ましい。
【０１３０】
第二エッチング工程は、第一エッチング工程と比較して、さらに深くＧａＮ系材料をエッチングすることが必要となる。一般に、第一エッチング工程によってエッチングされる層の総和は、０．５μｍ程度が普通であるが、第二エッチング工程においては、第一導電型クラッド層２４のすべてと、バッファ層２２をエッチングすることが必要なことから、３〜１０μｍとなることがある。
【０１３１】
一般に、金属マスク、ＳｉＮx等の窒化物マスク、ＳｉＯx等の酸化物マスク等は、Ｃｌ2系プラズマに対するエッチング耐性を示すＧａＮ系材料に対する選択比は５程度であって、膜厚の厚いＧａＮ系材料をエッチングする必要のある第二エッチング工程を実施するには、比較的厚めのＳｉＮx膜が必要となってしまう。たとえば第二エッチング工程で１０μｍのＧａＮ系材料をエッチングする最には、２μｍを越えるＳｉＮxマスクが必要となってしまう。しかし、この程度の厚みのＳｉＮxマスクになると、ドライエッチング実施中にＳｉＮxマスクもエッチングされてしまい、その縦方向の厚みのみではなく水平方向の形状も変ってしまい、所望のＧａＮ系材料部分のみを選択的にエッチングすることができなくなってしまう。
【０１３２】
そこで、第二エッチング工程において装置間分離溝１３を形成する際には、金属フッ化物層を含むマスクを用いたドライエッチングが好ましい。金属フッ化物層を構成する材料は、ドライエッチング耐性とウェットエッチング性のバランスを考慮すると、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＳｒＦ2、ＢａＦ2、ＡｌＦ3が好ましく、この中でもＳｒＦ2が最も好ましい。
【０１３３】
金属フッ化物膜は、第一、第二エッチング工程で行うドライエッチングに対しては十分な耐性があり、一方でパターニングのためのエッチング（好ましくはウェットエッチング）に対しては、容易にエッチング可能でかつパターニング形状、特に側壁部分の直線性の良いものが求められる。金属フッ化物層の成膜温度を１５０℃以上にすることで、下地との密着性に優れ、緻密な膜が形成され、同時にエッチングによってパターニングした後に、マスク側壁の直線性にも優れている。成膜温度は、好ましくは２５０℃以上、さらに好ましくは３００℃以上、最も好ましくは３５０℃以上である。特に３５０℃以上で成膜された金属フッ化物層は、あらゆる下地との密着性に優れ、かつ、緻密な膜となり、高いドライエッチング耐性を示しつつ、パターニング形状についても、側壁部分の直線性に非常に優れ、開口部の幅の制御性も確保されるようになり、エッチングマスクとして最も好ましい。
【０１３４】
このようなことに配慮してパターニングされたマスク（金属フッ化物層が表面層になるようにＳｉＮx、ＳｉＯｘなどと積層されていてよい）を用いて、ドライエッチングを行う。ドライエッチングのガス種としては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＣＣｌ4およびこれらの組み合わせから選ばれるものが望ましい。ドライエッチングの際に、ＳｒＦ2マスクのＧａＮ系材料に対する選択比は１００を越えるため、厚膜ＧａＮ系材料のエッチングが容易に、かつ、高精度に行うことができる。さらに、ドライエッチングの方法としては、高密度プラズマを生成可能なＩＣＰ型のドライエッチングが最適である。
【０１３５】
このような第二エッチング工程により、図６Ｃに示すように、装置間分離溝１３が形成される。
【０１３６】
なお、第一エッチング工程と第二エッチング工程は、どちらの工程を先に実施しても、後に実施してもかまわない。
【０１３７】
次に、図６Ｄに示すように、第一エッチング工程において第一導電型クラッド層２４が除去された部分であって、かつ第二エッチング工程において装置間分離溝１３が形成されていない部分に、第一導電型側第一電極５７を形成する。本形態においては、第一導電型側第一電極５７と第二導電型側第一電極５２は、空間的に重なりを有していない。これは、当該発光素子を半田材等でフリップチップマウントした際に、サブマウントなどとの十分な密着性を確保するに十分な面積を確保しつつ、第一導電型側第一電極５７および第二導電型側第一電極５２からそれぞれ最終的に形成される第二導電型側電極５１（図６参照）と第一導電型側電極５６（図６参照）との間の半田材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。
【０１３８】
第一導電型側第一電極５７の形成には、スパッタ、真空蒸着、メッキ等種々の成膜技術を適応可能であり、所望の形状とするためには、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宜使用可能である。
【０１３９】
第一導電型側第一電極５７は、この例では、第一導電型クラッド層２４に接して形成されるが、第一導電型側コンタクト層が形成されるときはそれに接するように形成することができる。
【０１４０】
次に、図６Ｅに示すように、第一導電型側第一電極５７上に、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９をこの順番に形成し、さらにその後、図６Ｆに示すように、第二導電型側第一電極５２上に、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４をこの順番に形成する。これらの形成には、第一導電型側第一電極５７および第二導電型側第一電極５２と同様の成膜技術およびパターニング技術を利用することができる。以上の工程によって、第一導電型側電極５６および第二導電型側電極５１が形成される。
【０１４１】
本形態では第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９を形成した後に、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４を形成したが、第一導電型側バリア層５８を構成する材料と第二導電型側バリア層５３を構成する材料が同じ材料である場合は、これらを同時に形成することができる。同様に、第一導電型側第二電極５９を構成する材料と第二導電型側第二電極５４を構成する材料が同じ材料であれば、これらを同時に形成することができる。製造プロセスを簡略化できるという観点からは、第一導電型側バリア層５８と第二導電型側バリア層５３とを同一プロセスで同時に形成し、その後、第一導電型側第二電極５９と第二導電型側第二電極５４とを同一プロセスで同時に形成することが好ましい。
【０１４２】
また、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９の形成を、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４の形成後に行なうこともできる。ただし、第一導電型側第一電極５７を構成する金属材料としてＡｌが含まれる場合、Ａｌはプロセスダメージに対する耐性が比較的弱く、その後のプロセスによって第一導電型側第一電極５７の表面にダメージが導入される可能性を考慮すると、少なくとも第一導電型側バリア層５８を形成して第一導電型側第一電極５７の表面を覆った後、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４を形成することが好ましい。
【０１４３】
このようにして、図６Ｆに示す構造が形成された後には、各発光素子を１つ１つ分離するために、装置間分離溝１３が形成された位置で、基板２１に対してダイヤモンドスクライブによる傷入れ、レーザスクライブによる基板材料の一部のアブレーションが実施される。
【０１４４】
素子間分離工程の際に、装置間分離溝１３が形成された位置では大部分の薄膜結晶層がないので、薄膜結晶層へのプロセスダメージの導入がほとんどない。
【０１４５】
傷入れ（スクライブ）が終了した後には、発光素子はブレーキング工程において個々に分割され、好ましくは半田材等によってサブマウントに搭載される。
【０１４６】
以上のようにして、図６に示した発光装置が完成する。
【０１４７】
この製造方法では、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側第一電極５２の形成、エッチング工程（第一エッチング工程および第二エッチング工程）、第一導電型側第一電極５７の形成は、この順に実施されることが望ましい。この工程順により、第二導電型側第一電極５２直下の薄膜結晶層のダメージがなく、品質として良好な発光素子１０を得ることができる。
【０１４８】
図７に、本発明のさらに他の形態による発光装置の模式的断面図を示す。本形態では、発光素子１０は、バッファ層２２の一部、第一導電型半導体層（ここでは第一導電型クラッド層２４）の第一導電型側電流注入領域（第一導電型側電極５６と接触している部分）を除く部分、活性層構造２５、および第二導電型半導体層（ここでは第二導電型クラッド層２６）の第二導電型側電流注入領域（第二導電型側電極５１と接触している部分）を除く部分を覆う誘電体膜３１を有している。つまり、バッファ層２２、第一導電型半導体層、活性層構造２５および第二導電型半導体層を有する薄膜結晶層の側壁の少なくとも一部が誘電体膜３１で覆われている。その他の構成は図６に示した発光素子１０と同様である。
【０１４９】
誘電体膜３１は、発光素子１０をフリップチップマウントした際に、マウント用の半田材４３等が「第二導電型側電極と第一導電型側電極との間」、「活性層構造などの薄膜結晶層の側壁」に回り込んで、意図しない短絡が発生しないようにするためのものである。誘電体膜３１は、電気的に絶縁が確保できる材料であれば、適宜材料を選択することができる。誘電体膜３１を構成する材料としては、例えば、酸化物、窒化物、フッ化物等が好ましく、具体的には、ＳｉＯx、ＡｌＯx、ＴｉＯx、ＴａＯx、ＨｆＯx、ＺｒＯx、ＳｉＮx、ＡｌＮx、ＡｌＦx、ＢａＦx、ＣａＦx、ＣａＦx、ＳｒＦx、ＭｇＦxの単層膜、またはそれらの材料の２種以上の組み合わせからなる多層膜であることが好ましい。
【０１５０】
誘電体膜３１を多層膜とし、屈折率を適宜調整することによって、誘電体膜３１は、発光素子１０内で発生した光に対して比較的高い反射率を有する高反射コーティング機能を発現することができる。さらには、第二導電型側バリア層５３に含まれる誘電体と誘電体膜３１とを同一の構造とすることで、複数の機能を併せて発現させることができる。
【０１５１】
図７に示す発光装置１０は、例えば以下のようにして製造することができる。
【０１５２】
本形態においても、図６Ａ〜図６Ｃを用いて上述したように、基板２１上に薄膜結晶層（バッファ層２２、第一導電型クラッド層２４、活性層構造２５および第二導電型クラッド層２６）を形成し、その後、第二導電型クラッド層２６上の所定の位置に第二導電型側第一電極５２を形成し、さらに、第一エッチング工程および第二エッチング工程を経て薄膜結晶層に装置間分離溝１３を形成する（図６Ａ〜図６Ｃ参照）。ここまでの工程は、図６に示す発光素子を製造する場合と同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１５３】
第二エッチング工程の後、図７Ａに示すように、第二エッチング工程までの工程で形成された構造の表面全体を覆って誘電体膜３１を形成する。誘電体膜３１は、電気的に絶縁が確保できる材料であれば、適宜材料を選択することができ、詳細は前述したとおりである。誘電体膜３１の形成には、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、イオンビームスパッタ法などの各種成膜方法を使用することが可能である。
【０１５４】
次に、図７Ｂに示すように、誘電体膜３１の所定部分を除去し、第二導電型側第一電極５２上の一部で誘電体膜３１が除去された第二導電型側第一電極５２の露出部分、第一導電型クラッド層２４上で誘電体膜３１が除去された第一導電型側電流注入領域３６、装置間分離溝１３内で誘電体膜３１が除去されたスクライブ領域１４を形成する。第二導電型側第一電極５２上の誘電体膜３１の除去は、第二導電型側第一電極５２の周辺部分が誘電体膜３１によって覆われているように実施する。すなわち第二導電型側第一電極露出部分の表面積は第二導電型側電流注入領域の面積よりも小さい。また、誘電体膜３１が、第二導電型側バリア層５３（図７参照）における誘電体を兼ねる場合は、第二導電型側第一電極５２の露出部分がコンタクトホール５５となる。
【０１５５】
誘電体膜３１の所定部分の除去は、選択された材質によってドライエッチング、ウェットエッチング等のエッチング手法が選択可能である。たとえば、誘電体膜３１がＳｉＯxの単層膜である場合には、ＳＦ6等のガスを用いたドライエッチングも可能であるし、フッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチングも可能である。また、誘電体膜３１がＳｉＯxとＴｉＯxとからなる多層膜である場合には、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。
【０１５６】
第二導電型側第一電極５２の露出部分、第一導電型側電流注入領域３６、およびスクライブ領域１４の形成は、別々に行ってもよいが、通常は同時にエッチングで形成する。
【０１５７】
次に、図７Ｃに示すように、第一エッチング工程において第一導電型クラッド層２４が除去された部分であって、かつ第二エッチング工程において装置間分離溝１３が形成されていない部分に、第一導電型側第一電極５７を形成する。本形態においては、第一導電型側第一電極５７は第一電流注入領域３６の大きさよりも大きな面積に形成され、かつ、第一導電型側第一電極５７と第二導電型側第一電極５２は、空間的に重なりを有していない。これは、当該発光素子を半田材等でフリップチップマウントした際に、サブマウントなどとの十分な密着性を確保するに十分な面積を確保しつつ、第一導電型側第一電極５２および第二導電型側第一電極５７からそれぞれ最終的に形成される第二導電型側電極５１（図７参照）と第一導電型側電極５６（図７参照）との間の半田材等による意図しない短絡を防止するのに十分な間隔を確保するために重要である。
【０１５８】
本形態においても、図６に示す発光装置と同様、第一導電型側第一電極５７の形成には適宜手法を利用でき、また、第一導電型半導体層に第一導電型側コンタクト層が形成されるときはそれに接して第一導電型側第一電極５７を形成することができる。
【０１５９】
次に、図７Ｄに示すように、第一導電型側第一電極５７上に、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９をこの順番に形成し、さらにその後、図７Ｅに示すように、第二導電型側第一電極５２上に、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４をこの順番に形成する。これらの形成方法および形成順は、図６に示した発光素子の製造方法で説明したのと同様である。
【０１６０】
以上のようにして図７Ｅに示す構造が形成された後は、各発光素子を１つ１つ分離するために、装置間分離溝１３が形成された位置で、基板２１に対してダイヤモンドスクライブによる傷入れ（スクライブ）、レーザスクライブによる基板材料の一部のアブレーションが実施される。本形態では、スクライブ領域１４に誘電体膜３１が存在しないので、スクライブ時に誘電体膜３１の剥離等が生じる可能性はない。また、素子間分離工程の際に、装置間分離溝１３が形成された位置では大部分の薄膜結晶層がないので、薄膜結晶層へのプロセスダメージの導入がほとんどない。
【０１６１】
傷入れ（スクライブ）が終了した後には、発光素子はブレーキング工程において個々に分割され、好ましくは半田材等によってサブマウントに搭載される。
【０１６２】
以上のようにして、図７に示した発光装置が完成する。
【０１６３】
この製造方法でも、説明のとおり薄膜結晶層の形成、第二導電型側第一電極５２の形成、エッチング工程（第一エッチング工程および第二エッチング工程）、第一導電型側第一電極５７の形成は、この順に実施されることが望ましい。この工程順により、第二導電型側第一電極５２直下の薄膜結晶層のダメージがなく、品質として良好な発光素子１０を得ることができる。
【０１６４】
なお、上述した各形態では、放熱部材４２と発光素子１０とを半田材４３によって接合した例を示したが、放熱部材４２と発光素子１０との接合は、放熱部材４２と発光素子１０との電気的接続が確保できれば、例えば図８に示すように金バンプ４４によって行なうこともできるし、あるいは図９に示すように導電性樹脂４５によって行なうこともできる。
【０１６５】
以上、本発明に係る発光素子について幾つかの形態を例に挙げて説明したが、いずれの形態においても、第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差、および第二導電型側電極の高さは、前述したような、本発明で規定される範囲内の値とされる。
【０１６６】
また、本発明に係る発光素子は、上述した各形態に示した構造以外の層を含むことができる。その一例として、例えば、基板と第一導電型半導体層との間（発光素子がバッファ層を含む場合は基板とバッファ層との間）に、第１の光取り出し方向側から出射する光の均一性を向上させる光均一化層を有することができる。光均一化層は、活性層構造で発生した光を、一旦、層内に閉じこめて分布させることで光の一部をリークしながらも緩やかに導波し、また場合によっては光を散乱、多重反射、薄膜干渉を引き起こすなどの効果を発現し、第１の光取り出し方向からの光の均一性を向上させるための層である。光均一化層は、少なくとも層内に光の閉じ込めが生じるように、即ち光の分布密度が高くなるようにその屈折率が選ばれる。従って、光均一化層の平均屈折率は、第一導電型クラッド層の平均屈折率よりも大きく、また、基板がある態様では基板の平均屈折率よりも大きい。光均一化層を有する発光素子については、例えばＷＯ２００７／１２６０９４に詳しく開示されており、本発明においても当該文献に記載された光均一化層を適用することができる。
【０１６７】
次に、本発明の発光装置で好ましく用いられる放熱部材について、図１０を参照して詳細に説明する。
【０１６８】
放熱部材４２は、主として放熱性を担う放熱基板４０と、発光素子との電気的接続のための配線４１とを有することが好ましい。
【０１６９】
放熱基板４０は、発光素子をフリップチップマウントした際に、主として発光素子から発する熱を放熱させる機能を有する。放熱基板４０は、電気的に絶縁性であってもよいし、電気伝導性を有していてもよい。また、放熱基板４０は、いわゆる表面材料の粗さに由来する凹凸を除いて、巨視的に見た場合の凹凸がなく、平坦な板状形状であることが好ましい。そのため、放熱基板４０自身は、発光素子を搭載する際に第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差を相殺する機能を有していないと考えてよい。
【０１７０】
配線４１は、放熱基板４０の外側表面に少なくとも一部が露出して設けられ、発光素子への電流注入の役割を担う。さらに、配線４１は、放熱基板４０と発光素子とを熱的に接続する機能を有することも可能である。発光素子に形成されている第一導電型側電極および第二導電型側電極と、放熱基板４０に形成されうる配線４１との間の接合には、好ましくは半田材４３を用いることができる。
【０１７１】
本発明者らの検討によれば、放熱部材４２と発光素子の接合は、特に発光素子を高出力動作させる場合には、半田材４３で接合することが最も好ましく、いわゆる金属バンプによる接合や、導電性樹脂等による接合に比較して、圧倒的に良好な特性を示す。たとえば、発光素子が発光ダイオードの場合においては、その最大全放射束特性は、エピタキシャル成長された構造や電極構造が同一であっても２〜３倍からの高出力動作が可能である。
【０１７２】
放熱基板４０の材料としては、ＡｌＮ、ＢＮ、サファイア、ＢｅＯ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ダイヤモンド、Ａｌ、Ｃｕ等が好ましく、放熱性を決定付ける熱伝導率、素子を構成する材料との間の熱膨張係数差、コスト等を考慮して適宜決定することが可能である。
【０１７３】
配線４１は、金属で形成されていることが好ましく、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ等によって構成されることが好ましい。また、配線４１は多層構造であることが好ましい。多層構造の配線４１としては、特に、放熱基板４０と接する側には、Ｔｉ、Ｎｉ等が形成されており、かつ、好ましく利用される半田材４３と接する側あるいはこれを介して接合される発光素子に形成された第一導電型側電極、第二導電型側電極と面する側には、Ａｕ、Ｐｔが形成されていることが好ましい。このような構造が好ましいのは、配線４１が放熱基板４０と接する側には、密着性が高い金属層を配することが好ましく、一方、第一導電型側電極、第二導電型側電極と面する側には、半田材４３によって接合する際に、利用する半田材４３によって、配線４１の一部が固溶し、強固な熱的接合が可能となることが好ましいからである。また、配線４１が金属によって構成され、多層構造化されている場合には、この中にその他の機能、たとえば、前述のバリア層的な機能を有する層を内在させることも可能であって、好ましい形態である。
【０１７４】
半田材４３としては、ＡｕＳｉ、ＡｕＳｎ、ＰｂＳｎ、ＩｎＳｎ、ＡｕＧｅ、Ｉｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＰｂＡｇ、ＳｎＰｂ、ＳｎＺｎ等の金属ハンダが使用可能であり、その中でも特に、ＡｕＳｎが好ましい。
【０１７５】
半田材４３の厚みＴstは適宜選択可能であるが、２．０μｍ以上、４．０μｍ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、２．５μｍ以上、３．５μｍ以下であり、最も好ましくは、２．７μｍ以上、３．２μｍ以下である。半田材４３の厚みＴstが過度に薄いと、
Ａ）放熱基板４０上に形成された配線４１などの搭載部分への、発光素子の接合が十分にできなくなる、
Ｂ）１μｍ程度の第一導電型側電極と第二導電型側電極の高低差を解消することもできなくなる、
などの問題があり、好ましくない。また、半田材４３の厚みＴstが過度に厚い場合は、
ａ）第一導電型側電極と第二導電型側電極の間を短絡させてしまうおそれがある、
ｂ）第二導電型側電極直下に発光異常がみられるようになる、
ｃ）成膜に時間がかかる、
ｄ）形成方法によっては均一な合金組成制御が困難になる、
などの問題があり、好ましくない。
【実施例】
【０１７６】
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。また、以下の説明において、元素記号の後の括弧内の寸法は、その元素の膜厚を示す。
【０１７７】
（実施例１）
図６に示した発光装置を以下の手順で作製した。関連する工程図として、図６Ａ〜図６Ｆを参照する。
【０１７８】
厚みが４３０μｍのｃ＋面サファイア基板２１を用意し、この上に、まずＭＯＣＶＤ法を用いて、第１のバッファ層および第２のバッファ層からなるバッファ層２２を形成した。バッファ層２２の形成は、まず第１のバッファ層として１０ｎｍの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のバッファ層として厚み１．０μｍのアンドープＧａＮを１０４０℃で形成することによって行なった。
【０１７９】
さらに、第一導電型（ｎ型）クラッド層２４としてＳｉドープ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）のＧａＮ層を６．０μｍの厚さに形成した。さらに活性層構造２５として、バリア層として８６０℃で１３ｎｍの厚さに成膜したアンドープＧａＮ層と、量子井戸層として７２０℃で２ｎｍの厚さに成膜したアンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とを、量子井戸層が全部で８層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を１０００℃にして、第二導電型クラッド層２６として、Ｍｇドープ（Ｍｇ濃度５×１０１９ｃｍ−３）Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎを０．０３μｍの厚さに形成した後、Ｍｇドープ（Ｍｇ濃度５×１０１９ｃｍ−３）ＧａＮを０．１３μｍの厚さに形成した。
【０１８０】
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、薄膜結晶成長を終了した。
【０１８１】
薄膜結晶成長が終了したウエハーに対して第二導電型側第一電極５２を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いて、第二導電型側第一電極５２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。ここで第二導電型側第一電極５２としてＮｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（４００ｎｍ）を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。次いで、その後熱処理を実施して第二導電型側第一電極５２を完成させた。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ａに対応する。
【０１８２】
次いで、第一エッチング工程を実施するために、エッチング用マスクを形成した。ここでは、ｐ−ＣＶＤ法を用いて０．４μｍの厚みのＳｉＮｘ膜を基板温度３５０℃で、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膜をパターニングし、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、後述する第一エッチング工程において薄膜結晶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薄膜結晶層のエッチング部分に相当する部分のＳｉＮｘ膜を除去した。
【０１８３】
次いで第一エッチング工程として、第二導電型（ｐ型）クラッド層２６、ＩｎＧａＮ量子井戸層とＧａＮバリア層からなる活性層構造２５、第一導電型（ｎ型）クラッド層２４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た。エッチングされた段差を測定したところ、４００ｎｍであった。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ｂに対応する。
【０１８４】
次いで、装置間分離溝１３を形成する第二エッチング工程を実施するために、真空蒸着法を用いて、ＳｒＦ２膜をウエハー全面に形成した。次いで、装置間分離溝１３を形成する領域のＳｒＦ２膜を除去し、薄膜結晶層の装置間分離溝形成用マスク、すなわち、第二エッチング工程用ＳｒＦ２マスクを形成した。
【０１８５】
次いで第二エッチング工程として、装置間分離溝に相当する部分の、第二導電型クラッド層２６、ＩｎＧａＮ量子井戸層とＧａＮバリア層からなる活性層構造２５、第一導電型クラッド層２４およびアンドープＧａＮバッファ層２２の途中までの薄膜結晶層を、Ｃｌ２ガスを用いたＩＣＰエッチングを実施した。この第二エッチング工程中には、ＳｒＦ２マスクはほとんどエッチングされなかった。
【０１８６】
第二エッチング工程によって装置間分離溝１３を形成した後は、不要となったＳｒＦ２マスクを除去した。続いて、ＳｉＮｘマスクをバッファフッ酸を用いてすべて除去した。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ｃに対応する。
【０１８７】
次いで、第一導電型側第一電極５７を形成した。ここではまず、第一導電型側第一電極５７をリフトオフ法でパターニングする準備のために、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。次いで、電極材料としてＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｌ（８００ｎｍ）を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。その後、熱処理を実施して第一導電型側第一電極５７を完成させた。Ａｌ電極は、プラズマプロセス等により変質しやすく、かつ、フッ酸等によってもエッチングされるが、薄膜結晶層形成プロセスの後に第一導電型側第一電極５７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。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ｄに対応する。
【０１８８】
次いで、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９を形成した。ここではまず、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９をリフトオフ法でパターニングする準備のために、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。次いで、第一導電型側バリア層５８としてＭｏ（１５ｎｍ）／Ｔｉ（１５ｎｍ）を、第一導電型側第二電極５９としてＡｕ（１５５０ｎｍ）を、真空蒸着法でウエハー全面に形成し、その後、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去し、これによって、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９を完成させた。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ｅに対応する。
【０１８９】
次いで、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４を形成した。ここではまず、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４をリフトオフ法でパターニングする準備のために、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。次いで、第二導電型側バリア層５３としてＭｏ（１５ｎｍ）／Ｔｉ（１５ｎｍ）を、第二導電型側第二電極５４としてＡｕ（１６５０ｎｍ）を、真空蒸着法でウエハー全面に形成し、その後、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去し、これによって第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４を完成させた。その結果得られた第二導電型側電極５１の総厚みは２．１μｍであった。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ｆに対応する。
【０１９０】
全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。
【０１９１】
得られた第一導電型側電極５６の上端と第二導電型側電極５１の上端との高低差を測定したところ、薄膜結晶層の形成方向、すなわち第一導電型クラッド層２４側から第二導電型クラッド層２６側へ向かう方向を正方向としたとき、第一導電型側電極５６の正方向端を基準とした、第二導電型側電極５１の正方向端との高低差は約＋０．１μｍであった。
【０１９２】
次いで、ウエハー上に形成された１つ１つの発光素子を分割するために、装置間分離溝１３内でブレーキングし、１つ１つの発光素子を完成させた。この際に、薄膜結晶層へのダメージ導入はなかった。
【０１９３】
次いで、サブマウント（放熱部材４２）の放熱基板４０として、３５０μｍの厚みを有する略平板の焼結したＡｌＮ基板を用意し、この放熱基板４０の上面に、発光素子１０への電流注入を行う配線４１として、Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（５０００ｎｍ）／Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を形成した。さらに、配線４１上に、厚み２．６μｍのＡｕＳｎからなる半田材４３を形成した。
【０１９４】
次いで、上記のようにして得られた発光素子１０とサブマウント（放熱部材４２）を、半田材４３で、フリップチップ接合して発光装置を完成させた。第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極５１が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材４３による侵食は見られなかった。
【０１９５】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極５２の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．５Ａの電流を注入したときに最大の全放射束が測定され、その値は、後述する比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約４．８倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０１９６】
（実施例２）
実施例２では、Ａｕからなる第二導電型第二電極の厚みを１８５０ｎｍとし、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを１７５０ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは２．３μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は約＋０．１μｍであった。
【０１９７】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを２．８μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０１９８】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０１９９】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．６Ａの電流を注入したときに最大の相対放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約５．１倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２００】
（実施例３）
実施例３では、ＭｏとＴｉの積層膜である第二導電型側バリア層の厚みを４０ｎｍ（Ｍｏ）／５０ｎｍ（Ｔｉ）とし、Ａｕからなる第二導電型側第二電極の厚みを３８００ｎｍとし、ＭｏとＴｉの積層膜である第一導電型側バリア層の厚みを３０ｎｍ（Ｍｏ）／５０ｎｍ（Ｔｉ）とし、かつ、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを３６００ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造は、リフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは４．３１μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電側電極と第二導電型側電極との高低差は約＋０．２１μｍであった。
【０２０１】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを４．０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２０２】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２０３】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．６Ａの電流を注入したときに最大の相対放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約５．２倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２０４】
（実施例４）
実施例４では、ＭｏとＴｉの積層膜である第二導電型側バリア層の厚みを２０ｎｍ（Ｍｏ）／２０ｎｍ（Ｔｉ）とし、Ａｕからなる第二導電型側第二電極の厚みを１０００ｎｍとし、かつ、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを１０００ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造は、リフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは１．４６μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電側電極と第二導電型側電極との高低差は約＋０．０１μｍであった。
【０２０５】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを２．２μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２０６】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２０７】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する部分の一部に若干光強度の弱い部分が観察されたものの、ほぼ均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．５Ａの電流を注入したときに最大の相対放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約３．８倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２０８】
（実施例５）
実施例５では、第二導電型側第一電極の材料および厚みをＮｉ（２０ｎｍ）／Ｐｔ（３０ｎｍ）／Ａｕ（３７０ｎｍ）とし、第二導電型側バリア層の材料および厚みをＣｒ（３０ｎｍ）とし、第一導電型側第一電極の材料および厚みをＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）／Ｗ（２０ｎｍ）／Ａｕ（８００ｎｍ）とし、かつ、第一導電型側バリア層の材料および厚みをＣｒ（３０ｎｍ）としたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは２．１μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は約−０．１２μｍであった。
【０２０９】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを３．０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２１０】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２１１】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．５Ａの電流を注入したときに最大の相対放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約５．１倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２１２】
（実施例６）
実施例６では、第二導電型側第一電極の材料および厚みをＣｏ（３０ｎｍ）／Ａｕ（３８０ｎｍ）とし、第二導電型側バリア層の材料および厚みをＣｒ（３０ｎｍ）とし、第一導電型側第一電極の材料および厚みをＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｌ（２００ｎｍ）／Ｗ（２０ｎｍ）／Ａｕ（８００ｎｍ）とし、かつ、第一導電型側バリア層の材料および厚みをＣｒ（３０ｎｍ）としたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは２．０９μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は約−０．１３μｍであった。
【０２１３】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを３．２μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２１４】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２１５】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．５Ａの電流を注入したときに最大の相対放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約４．６倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２１６】
（実施例７）
実施例７では、第二導電型側第一電極の材料および厚みをＩＴＯ（２００ｎｍ）とし、第二導電型側バリア層の材料および厚みをＴｉ（３０ｎｍ）／Ｍｏ（２０ｎｍ）とし、第二導電型側第二電極の材料および厚みをＡｕ（１４００ｎｍ）とし、第一導電型側第一電極の材料および厚みをＴｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）とし、第一導電型側バリア層の材料および厚みをＭｏ（３０ｎｍ）とし、かつ第一導電型側第二電極の材料および厚みをＡｕ（１６００ｎｍ）としたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは１．６５μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は約０．１７μｍであった。
【０２１７】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、半田材がＩｎＳｎからなり、その厚みが２．２μｍであること以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２１８】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２１９】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．５Ａの電流を注入したときに最大の相対放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約４．９倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２２０】
（実施例８）
図７に示した発光装置を以下の手順で作製した。関連する工程図として、図６Ａ〜図６Ｃおよび図７Ａ〜図７Ｅを参照する。
【０２２１】
厚みが４３０μｍのｃ＋面サファイア基板２１を用意し、この上に、まずＭＯＣＶＤ法を用いて、第１のバッファ層および第２のバッファ層からなるバッファ層２２を形成した。バッファ層２２の形成は、まず第１のバッファ層として１０ｎｍの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のバッファ層として厚み１．０μｍのアンドープＧａＮを１０４０℃で形成することによって行なった。
【０２２２】
さらに、第一導電型（ｎ型）クラッド層２４としてＳｉドープ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）のＧａＮ層を６．０μｍの厚さに形成した。さらに活性層構造２５として、バリア層として８６０℃で１３ｎｍの厚さに成膜したアンドープＧａＮ層と、量子井戸層として７２０℃で２ｎｍの厚さに成膜したアンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とを、量子井戸層が全部で８層で両側がバリア層となるように交互に成膜した。さらに成長温度を１０００℃にして、第二導電型クラッド層としてＭｇドープ（Ｍｇ濃度５×１０１９ｃｍ−３）Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎを０．０３μｍの厚さに形成した後、Ｍｇドープ（Ｍｇ濃度５×１０１９ｃｍ−３）ＧａＮを０．１３μｍの厚さに形成した。
【０２２３】
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、薄膜結晶成長を終了した。
【０２２４】
薄膜結晶成長が終了したウエハーに対して第二導電型側第一電極５２を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いて、第二導電型側第一電極５２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。ここで第二導電型側第一電極５２としてＮｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）を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。次いで、その後熱処理を実施して第二導電型側第一電極５２を完成させた。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ａに対応する。
【０２２５】
次いで、第一エッチング工程を実施するために、エッチング用マスクを形成した。ここでは、ｐ−ＣＶＤ法を用いて０．４μｍの厚みのＳｉＮｘ膜を基板温度３５０℃で、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膜をパターニングし、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、後述する第一エッチング工程において薄膜結晶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薄膜結晶層のエッチング部分に相当する部分のＳｉＮｘ膜を除去した。
【０２２６】
次いで第一エッチング工程として、第二導電型（ｐ型）クラッド層２６、ＩｎＧａＮ量子井戸層とＧａＮバリア層からなる活性層構造２５、第一導電型（ｎ型）クラッド層２４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た。エッチングされた段差を測定したところ、４００ｎｍであった。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ｂに対応する。
【０２２７】
次いで、装置間分離溝１３を形成する第二エッチング工程を実施するために、真空蒸着法を用いて、ＳｒＦ２膜をウエハー全面に形成した。次いで、装置間分離溝１３を形成する領域のＳｒＦ２膜を除去し、薄膜結晶層の装置間分離溝形成用マスク、すなわち、第二エッチング工程用ＳｒＦ２マスクを形成した。
【０２２８】
次いで第二エッチング工程として、装置間分離溝に相当する部分の、第二導電型クラッド層２６、ＩｎＧａＮ量子井戸層とＧａＮバリア層からなる活性層構造２５、第一導電型クラッド層２４およびアンドープＧａＮバッファ層２２の途中までの薄膜結晶層を、Ｃｌ２ガスを用いたＩＣＰエッチングを実施した。この第二エッチング工程中には、ＳｒＦ２マスクはほとんどエッチングされなかった。
【０２２９】
第二エッチング工程によって装置間分離溝１３を形成した後は、不要となったＳｒＦ２マスクを除去した。続いて、ＳｉＮｘマスクをバッファフッ酸を用いてすべて除去した。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図６Ｃに対応する。
【０２３０】
次いで、ｐ−ＣＶＤ法によってＳｉＮｘの誘電体膜３１を１５０ｎｍの厚さでウエハー全面に形成した。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図７Ａに対応する。
【０２３１】
次いで、Ｎｉ／Ａｕからなる第二導電型側第一電極５２上のコンタクトホール５５と、第一導電型クラッド層２４上の第一導電型側電流注入領域３６と、装置間分離溝１３内のスクライブ領域１４とを同時に形成する、誘電体膜３１の除去のために、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。次いで、フッ酸系のエッチャントでレジストマスクで覆われていない部分の誘電体膜３１を除去した。ここでは、第二導電型側第一電極５２の周辺が、ＳｉＮｘからなる誘電体膜３１に３０μｍだけ覆われるようにして、コンタクトホール５５を形成した。なお、第二導電型側第一電極５２の周辺の、誘電体膜３１で覆われている部分は、後工程で形成する第二導電型側バリア層における誘電体として機能する。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。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図７Ｂに対応する。
【０２３２】
次いで、第一導電型側第一電極５７を形成した。ここではまず、第一導電型側第一電極５７をリフトオフ法でパターニングする準備のために、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。次いで、電極材料としてＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）／Ｗ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）を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。その後、熱処理を実施して第一導電型側第一電極５７を完成させた。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図７Ｃに対応する。
【０２３３】
次いで、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９を形成した。ここではまず、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９をリフトオフ法でパターニングする準備のために、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。次いで、第一導電型側バリア層５８としてＭｏ（１５ｎｍ）／Ｔｉ（１５ｎｍ）を、第一導電型側第二電極５９としてＡｕ（１７５０ｎｍ）を、真空蒸着法でウエハー全面に形成し、その後、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去し、これによって、第一導電型側バリア層５８および第一導電型側第二電極５９を完成させた。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図７Ｄに対応する。
【０２３４】
次いで、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４を形成した。ここではまず、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４をリフトオフ法でパターニングする準備のために、フォトリソグラフィー法によってレジストパターンを形成した。次いで、既に形成されている誘電体膜であるＳｉＮｘ上および第二導電型側第一電極５２上のコンタクトホール５５上に、第二導電型側バリア層５３の一部としてＭｏ（１５ｎｍ）／Ｔｉ（１５ｎｍ）を、第二導電型側第二電極５４としてＡｕ（１８５０ｎｍ）を、真空蒸着法でウエハー全面に形成し、その後、アセトン中で不要部分をリフトオフ法によって除去し、これによって、第二導電型側バリア層５３および第二導電型側第二電極５４を完成させた。その結果得られた第二導電型側電極５１の総厚みは２．３５μｍであった。この例では、第二導電型側バリア層５３は、第二導電型側第一電極５２上のコンタクトホール５５を有するＳｉＮｘおよびその上のＭｏ／Ｔｉで構成され、かつ、このＳｉＮｘは薄膜結晶層の側壁の少なくとも一部を覆う誘電体層の一部で構成されている。ここまでの工程で完成した構造は、概ね図７Ｅに対応する。
【０２３５】
全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。
【０２３６】
得られた第一導電型側電極５６と第二導電型側電極５１との高低差を実施例１と同様にして測定したところ、約＋０．１８μｍであった。
【０２３７】
次いで、ウエハー上に形成された１つ１つの発光素子を分割するために、装置間分離溝１３内でブレーキングし、１つ１つの発光素子を完成させた。この際に、薄膜結晶層へのダメージ導入はなかった。
【０２３８】
次いで、サブマウント（放熱部材４２）の放熱基板４０として、３５０μｍの厚みを有する略平板の焼結したＡｌＮ基板を用意し、この放熱基板４０の上面に、発光素子１０への電流注入を行う配線４１として、Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（５０００ｎｍ）／Ｔｉ（１００ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を形成した。さらに、配線４１上に、厚み２．６μｍのＰｂＳｎからなる半田材４３を形成した。
【０２３９】
次いで、上記のようにして得られた発光素子１０とサブマウント（放熱部材４２）を、半田材４３で、フリップチップ接合して発光装置を完成させた。第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極５１が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材４３による侵食は見られなかった。
【０２４０】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極５２の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．５Ａの電流を注入したときに最大の全放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約４．７倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２４１】
（実施例９）
実施例９では、ＴｉとＡｌの積層膜である第一導電型側第一電極厚みを２０ｎｍ（Ｔｉ）／４００ｎｍ（Ａｌ）とし、かつ、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを１２００ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは２．１μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は約＋０．８５μｍであった。
【０２４２】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを３．４μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２４３】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２４４】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．５Ａの電流を注入したときに最大の相対放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約４．６倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２４５】
（実施例１０）
実施例１０では、ＴｉとＡｌの積層膜である第一導電型側第一電極厚みを２０ｎｍ（Ｔｉ）／４００ｎｍ（Ａｌ）とし、かつ、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを２９００ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは２．１μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は約−０．８５μｍであった。
【０２４６】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを３．４μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２４７】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２４８】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する全ての部分が均一に発光し、発光状態は良好であった。また、１．５Ａの電流を注入したときに最大の相対放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約４．４倍であり、高出力動作が可能なＬＥＤが実現された。
【０２４９】
（実施例１１）
前述のように、実施例１では、ＡｕＳｎからなる半田材で放熱部材にフリップチップ接合した発光素子に、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は、比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２５０】
そこで本例では、実施例１で作製した発光素子を、導電性樹脂およびＡｕバンプをそれぞれ用いて放熱部材と接合した２種類の発光装置を作製し、それぞれについて特性を測定した。導電性樹脂としては、Ａｇを含んだペースト、いわゆるＡｇペーストを用いた。Ａｇペーストを用いて発光素子を接合したサンプルは、３５０ｍＡの電流を注入したときに最大の全放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで発光素子を接合したサンプルと比較して約１．４２倍であった。一方、Ａｕバンプを用いて発光素子を接合したサンプルは、６００ｍＡの電流を注入したときに最大の全放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで接合したサンプルと比較して約１．６２倍であった。
【０２５１】
（比較例１）
比較例１では、ＭｏとＴｉの積層膜である第二導電型側バリア層の厚みを２０ｎｍ（Ｍｏ）／２０ｎｍ（Ｔｉ）とし、Ａｕからなる第二導電型側第二電極の厚みを８００ｎｍとし、かつ、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを８００ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造は、リフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは１．２６μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電側電極と第二導電型側電極との高低差は約＋０．０１μｍであった。
【０２５２】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを２．２μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２５３】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面は比較的均一に見え、半田材による侵食は見られなかった。
【０２５４】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する部分の一部で、極度に発光強度が弱い部分が観察され、通電とともにこの部分の発光強度がさらに低下する発光異常が確認された。
【０２５５】
（比較例２）
比較例２では、ＭｏとＴｉの積層膜である第二導電型側バリア層の厚みを３０ｎｍ（Ｍｏ）／５０ｎｍ（Ｔｉ）とし、Ａｕからなる第二導電型側第二電極の厚みを５０００ｎｍとし、ＭｏとＴｉの積層膜である第一導電型側バリア層８の厚みを３０ｎｍ（Ｍｏ）／５０ｎｍ（Ｔｉ）とし、かつ、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを５０００ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは５．５μｍであった。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、第二導電型側第二電極と第一導電型側第二電極の形成時におけるリフトオフが十分に行えず、ウェハー面内で素子の短絡や電流電圧特性異常が多発し、ウェハー面内における素子の歩留りが極めて悪かった。そのため、比較例２においては、第一導電側電極と第二導電型側電極との高低差の測定、および発光素子を放熱部材に接合しての発光特性の確認は行なわなかった。
【０２５６】
（比較例３）
比較例３では、第二導電型側バリア層、第二導電型側第二電極、第一導電型側バリア層および第一導電型側第二電極を形成しなかったこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造は、リフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは０．４２μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電側電極と第二導電型側電極との高低差は約＋０．０１μｍ以下であった。
【０２５７】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを２．０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２５８】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面の一部に変色が確認され、半田材による侵食が確認された。
【０２５９】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する部分の比較的広い面積で極度に発光強度が弱い部分が観察され、発光異常が確認された。
【０２６０】
（比較例４）
比較例４では、第二導電型側バリア層および第一導電型側バリア層を形成しなかったこと、Ａｕからなる第二導電型側第二電極の厚みを８００ｎｍとしたこと、およびＡｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを８００ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚み１．２２μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は、約＋０．０１μｍ以下であった。
【０２６１】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを２．２μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材４２との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２６２】
完成した発光装置を、第１の光取り出し方向から白色光を反射させて外観を観察したところ、第二導電型側電極が形成された位置に対応する面の一部に変色が確認され、半田材４３による侵食が確認された。
【０２６３】
次いで、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する部分の比較的広い面積で極度に発光強度が弱い部分が観察され、発光異常が確認された。
【０２６４】
（比較例５）
前述のように、比較例１では、発光素子をＡｕＳｎからなる半田材で放熱部材にフリップチップ接合し、発光素子を発光させたところ、第二導電型側第一電極の位置に対応する部分の一部で極端に発光強度が弱い部分が観察された。
【０２６５】
そこで、比較例５では、比較例１で作製した発光素子を、導電性樹脂およびＡｕバンプをそれぞれ用いて放熱部材と接合した２種類の発光装置を作製し、それぞれについて特性を測定した。導電性樹脂としては、Ａｇを含んだペースト、いわゆるＡｇペーストを用いた。Ａｇペーストを用いて発光素子を接合したサンプルは、３５０ｍＡの電流を注入したときに最大の全放射束が測定された。なお、前述したように、この例で得られた全放射束の値が他の実施例等で述べている相対値の基準である。一方、Ａｕバンプを用いて発光素子を接合したサンプルは、６００ｍＡの電流を注入したときに最大の相対的な全放射束が測定され、Ａｇペーストで接合したサンプルと比較して１．５倍であった。
【０２６６】
（比較例６）
比較例６では、ＴｉとＡｌの積層膜である第一導電型側第一電極の厚みを２０ｎｍ（Ｔｉ）／４００ｎｍ（Ａｌ）とし、かつ、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを５５０ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは２．１μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は約＋１．５０μｍであった。
【０２６７】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを３．８μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２６８】
完成した発光装置の、放熱部材と発光素子との接合部に対してシェア強度を測定したところ、接合強度が著しく低く、接合面を観察すると、第一導電型側第二電極面は明らかに不均一な接合状態であった。
【０２６９】
（比較例７）
比較例７では、ＴｉとＡｌの積層膜である第一導電型側第一電極の厚みを２０ｎｍ（Ｔｉ）／４００ｎｍ（Ａｌ）とし、かつ、Ａｕからなる第一導電型側第二電極の厚みを３５５０ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様に発光素子を作製した。全ての電極構造はリフトオフ法によって作製したが、構造形成は容易で、素子作製歩留まりも高かった。得られた発光素子においては、第二導電型側電極の総厚みは２．１μｍであった。また、実施例１と同様にして測定した第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差は約−１．５０μｍであった。
【０２７０】
さらに、上記の発光素子を、放熱部材に接合し、発光装置を完成した。放熱部材は、ＡｕＳｎからなる半田材の厚みを３．８μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に作製されたものを用い、発光素子と放熱部材との接合も実施例１と同様に行なった。
【０２７１】
完成した発光装置の、放熱部材と発光素子との接合部に対してシェア強度を測定したところ、接合強度が著しく低く、接合面を観察すると、第二導電型側第二電極面は明らかに不均一な接合状態であった。
【０２７２】
（比較例８）
前述のように、比較例６では、第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差が約＋１．５０μｍである発光素子を半田材で放熱部材と接合したため、放熱部材と発光素子との接合状態が不均一であり、両者の接合強度が著しく低かった。
【０２７３】
そこで、比較例８では、比較例６で作製した発光素子を、導電性樹脂およびＡｕバンプをそれぞれ用いて放熱部材と接合した２種類の発光装置を作製し、それぞれについて特性を測定した。導電性樹脂としては、Ａｇを含んだペースト、いわゆるＡｇペーストを用いた。Ａｇペーストを用いて発光素子を接合したサンプルは、３５０ｍＡの電流を注入したときに最大の放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで接合したサンプルと比較して約１．１倍であった。一方、Ａｕバンプを用いて発光素子を接合したサンプルは、６００ｍＡの電流を注入したときに最大の放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで接合したサンプルと比較して約１．５３倍であった。
【０２７４】
（比較例９）
前述のように、比較例７では、第一導電型側電極と第二導電型側電極との高低差が約−１．５０μｍである発光素子を半田材で放熱部材と接合したため、放熱部材と発光素子との接合状態が不均一であり、両者の接合強度が著しく低かった。
【０２７５】
そこで、比較例９では、比較例７で作製した発光素子を、導電性樹脂およびＡｕバンプをそれぞれ用いて放熱部材と接合した２種類の発光装置を作製し、それぞれについて特性を測定した。導電性樹脂としては、Ａｇを含んだペースト、いわゆるＡｇペーストを用いた。Ａｇペーストを用いて発光素子を接合したサンプルは、３５０ｍＡの電流を注入したときに最大の放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで接合したサンプルと比較して約１．２倍であった。一方、Ａｕバンプを用いて発光素子を接合したサンプルは、６００ｍＡの電流を注入したときに最大の放射束が測定され、その値は、比較例５のＡｇペーストで接合したサンプルと比較して約１．５５倍であった。
【０２７６】
図１１に、上述した実施例１〜１１および比較例１〜９の、第一導電型側電極および第二導電型側電極の主要な構成、接合部材の種類、発光状態の確認結果、および相対最大放射束をまとめた。
【０２７７】
図１１中、発光状態の欄の印は以下のことを意味する。
◎：発光異常が確認されない。
○：ほぼ均一に発光し、極端な発光異常は確認されない。
△：発光強度の極度に弱い部分が確認される。
×：広い面積で発光強度の極度に弱い部分が確認される。
【０２７８】
また、図１１中に示す相対最大放射束は、前述したように、比較例５においてＡｇペーストを用いて発光素子を放熱部材に接合したサンプルでの最大放射束を基準にした相対値で示している。
【０２７９】
図１１から明らかなように、実施例１〜１１はいずれも、極端な発光異常は認められなかった。また、相対最大放射束を比較すると、実施例１〜１０は、比較例５においてＡｇペーストを用いて接合したサンプルと比較して３．８倍以上の最大放射束が得られた。なお、実施例１１は、他の実施例と比較して最大放射束が小さいが、それでもなお、比較例５、８、９において、同じ接合材料で接合したサンプル同士で比較すると、比較例５、８、９よりも高い最大放射束が得られた。参考までに、実施例１および実施例１１における、注入電流に対する相対放射束の変化のグラフを図１２に示す。図１２より、半田材を用いて発光素子を接合することにより、ＡｇペーストやＡｕバンプを用いて接合した場合と比較して最大放射束が格段に向上することが分る。
【図面の簡単な説明】
【０２８０】
【図１】本発明の一実施形態による半導体発光素子の模式的断面図である。
【図１Ａ】図１に示す半導体発光素子を放熱部材に搭載した半導体発光装置の一例の模式的断面図である。
【図２】第一導電型側電極および第二導電型側電極が複数の層構成を有する半導体発光素子を備えた半導体発光装置の一例の模式的断面図である。
【図３】第二導電型側電極の層構成の一例を示す模式的縦断面図である。
【図４】第二導電型側電極の層構成の他の例を示す模式的縦断面図である。
【図５Ａ】第二導電型側電極のバリア層が誘電体を含む層を有する場合の、コンタクトホールのパターンの一例を示す横断面図である。
【図５Ｂ】第二導電型側電極のバリア層が誘電体を含む層を有する場合の、コンタクトホールのパターンの他の例を示す横断面図である。
【図５Ｃ】第二導電型側電極のバリア層が誘電体を含む層を有する場合の、コンタクトホールのパターンの他の例を示す横断面図である。
【図５Ｄ】第二導電型側電極のバリア層が誘電体を含む層を有する場合の、コンタクトホールのパターンの他の例を示す横断面図である。
【図５Ｅ】第二導電型側電極のバリア層が誘電体を含む層を有する場合の、コンタクトホールのパターンの他の例を示す横断面図である。
【図６】本発明の他の形態による半導体発光装置の模式的断面図である。
【図６Ａ】図６に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図６Ｂ】図６に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図６Ｃ】図６に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図６Ｄ】図６に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図６Ｅ】図６に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図６Ｆ】図６に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図７】本発明のさらに他の形態による半導体発光装置の模式的断面図である。
【図７Ａ】図７に示す半導体発光装置の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図７Ｂ】図７に示す半導体発光装置の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図７Ｃ】図７に示す半導体発光装置の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図７Ｄ】図７に示す半導体発光装置の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図７Ｅ】図７に示す半導体発光装置の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図８】半導体発光素子と放熱部材との接合構造の他の例を示す、半導体発光装置の模式的断面図である。
【図９】半導体発光素子と放熱部材との接合構造のさらに他の例を示す、半導体発光装置の模式的断面図である。
【図１０】半田材を用いて半導体発光素子を接合する場合に用いられる放熱部材の一例の、半導体発光素子との接合前の断面図である。
【図１１】実施例１〜１１および比較例１〜９の、第一導電型側電極および第二導電型側電極の主要な構成、接合部材の種類、発光状態の確認結果、および相対最大放射束をまとめた表である。
【図１２】実施例１および実施例１１における、注入電流に対する相対放射束の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【０２８１】
１０    発光素子
２１    基板
２２    バッファ層
２４    第一導電型クラッド層
２５    活性層構造
２６    第二導電型クラッド層
２７    第一導電型半導体層
２８    第二導電型半導体層
３１    誘電体膜
４０    放熱基板
４１    配線
４２    放熱部材
４３    半田材
５１    第二導電型側電極
５２    第二導電型側第一電極
５３    第二導電型側バリア層
５４    第二導電型側第二電極
５５    コンタクトホール
５６    第一導電型側電極
５７    第一導電型側第一電極
５８    第一導電型側バリア層
５９    第一導電型側第二電極
６０    金属
６１    誘電体
【図１】
2009218495.tif 000003
【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2009218495.tif 000008
【図５Ｂ】
2009218495.tif 000009
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図７Ａ】
2009218495.tif 000021
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
2009218495.tif 000026
【図９】
2009218495.tif 000027
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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