(57)【要約】【課題】  フォトニック結晶構造を用いて外部量子効率を向上させるにあたって、凹凸の高さを低減して、結晶欠陥に起因する非発光準位の発生を抑制することができる発光装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  複数の半導体結晶層が積層されてなり、発光層１２を備える発光素子２と、発光素子２の一方の主面２１側に配置され、発光素子２を支持する支持基板３と、金属膜４とを備え、発光素子２の前記一方の主面部には、発光層１２からの光を他方の主面２２の側に反射するフォトニック結晶構造体２３が形成されており、発光素子２の一方の主面２１が、前記金属膜４によって覆われている。【選択図】      図１
2009267263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体結晶層が積層されてなり、発光領域を備える発光素子と、
前記発光素子の一方の主面側に配置され、前記発光素子を支持する支持基板と、
反射性導電膜とを備え、
前記発光素子の前記一方の主面部には、前記発光領域からの光を他方の主面の側に反射するフォトニック結晶構造体が形成されており、
前記フォトニック結晶構造体が、前記反射性導電膜によって覆われていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子の前記一方の主面部側に、前記反射性導電膜と電気的に接続した素子側電極が設けられており、
前記支持基板は、
前記支持基板の前記発光素子と対向する表面に設けられた基板側配線膜に、前記素子側電極が接合されて、前記発光素子を支持していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記支持基板は、
前記支持基板の前記発光素子と対向する表面に設けられた基板側配線膜に、前記反射性導電膜が接合されて、前記発光素子を支持していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射性導電膜と前記発光素子の前記半導体結晶層とが、オーミック接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光素子の発光領域は、窒化ガリウムを含んで構成され、
前記反射性導電膜は、銀およびニッケルを含む合金、あるいは、銀またはニッケルから成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光素子の他方の主面上の周縁部に設けられる電極をさらに含み、
前記反射性導電膜は、導電性を有する接続層を介して支持基板に接合されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項７】
結晶成長用基板の一方の主面上に、複数の半導体結晶層を積層して、発光領域を備える発光素子を形成する工程と、
前記発光素子の前記一方の主面部に、前記発光領域からの光を前記発光素子の他方の主面側に反射するフォトニック結晶構造体を形成する工程と、
前記発光素子の一方の主面を覆って反射性導電膜を形成する工程と、
前記反射性導電膜に、前記発光素子を支持する支持基板を接合する工程と、
前記結晶成長用基板を除去する工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術の発光装置では、ホスト基板の一方の主面上に発光層を含む発光素子が形成され、前記発光素子の一方の主面上にフォトニック結晶構造が形成されて、フォトニック結晶構造を透過して光を抽出する。前記フォトニック結晶構造は、エピタキシャル層に形成された正孔の周期的な格子によって実現され、誘電体によって覆われている。このような発光装置は、結晶成長用基板上にエピタキシャル層を成長させて、このエピタキシャル層をホスト基板の一方の主面上に接合層を介して接合した後、結晶成長用基板を除去し、エピタキシャル層の一方の主面部にフォトニック結晶構造を形成して作製される（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許２００６−５４４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の技術の発光装置におけるフォトニック結晶構造は、微小な凹凸形状を有し、凹凸の周期および光路差に応じて光が干渉することによって所定の方向に光を抽出しているが、凹凸の高さが大きくなると、発光層内に結晶欠陥に起因する非発光準位が発生して、外部量子効率が低下してしまうおそれがある。また、従来の技術の発光装置の製造方法では、結晶成長用基板が除去された部分にフォトニック結晶構造体を形成するので、フォトニック結晶構造体を精度よく形成することが困難である。
【０００５】
したがって本発明の目的は、フォトニック結晶構造を用いて外部量子効率を向上させるにあたって、凹凸の高さを低減して、結晶欠陥に起因する非発光準位の発生を抑制することができる発光装置、および発光装置においてフォトニック結晶構造を精度よく形成することができる発光装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発光装置は、複数の半導体結晶層が積層されてなり、発光領域を備える発光素子と、
前記発光素子の一方の主面側に配置され、前記発光素子を支持する支持基板と、
反射性導電膜とを備え、
前記発光素子の前記一方の主面部には、前記発光領域からの光を他方の主面の側に反射するフォトニック結晶構造体が形成されており、
前記フォトニック結晶構造体が、前記反射性導電膜によって覆われていることを特徴とする。
【０００７】
また本発明の発光装置の製造方法は、結晶成長用基板の一方の主面上に、複数の半導体結晶層を積層して、発光領域を備える発光素子を形成する工程と、
前記発光素子の一方の主面部に、前記発光領域からの光を前記発光素子の他方の主面側に反射するフォトニック結晶構造体を形成する工程と、
前記発光素子の前記一方の主面を覆って反射性導電膜を形成する工程と、
前記反射性導電膜に、前記発光素子を支持する支持基板を接合する工程と、
前記結晶成長用基板を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光領域から発光素子の一方の主面に向かう光は、フォトニック結晶構造体によって、発光素子の他方の主面の側に反射される。フォトニック結晶構造体は、微小な凹凸形状を有し、凹凸の周期および光路差に応じて光が干渉することによって、所定の方向に光が反射され、その構造に応じて所定の角度で光を反射することができるので、発光領域から出射した光の一部を、回折光として光路変換させ、全反射角以内で界面へ入射させることで、素子外部への光の取り出し効率を向上させて、外部量子効率を向上させることができる。
【０００９】
また本発明によれば、結晶成長用基板の一方の主面上に複数の半導体結晶層を積層して、発光領域を備える発光素子を形成し、発光素子の一方の主面部にフォトニック結晶構造体を形成した後に、フォトニック結晶構造体の一方の主面を覆って金属膜を形成し、金属膜に発光素子を支持する支持基板を接合してから、結晶成長用基盤を除去するので、結晶成長用基板が除去された部分にフォトニック結晶構造体を形成する従来の技術と比較して、精度よくフォトニック結晶構造体を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の一形態の発光装置１の構成を示す断面図である。発光装置１は、フリップチップ型の発光装置である。発光装置１は、基本的に発光素子２と、支持基板３と、反射性導電膜である金属膜４とを含み、さらに結晶成長用基板５と、第１および第２電極６，７と、第１および第２接合部８，９とを備えて構成されている。
【００１１】
発光素子２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）であって、結晶成長用基板５の一方の主面５ａ上に、複数の半導体結晶層が積層されてなり、発光領域を備える。発光素子２は、結晶成長用基板５の一方の主面５ａから、ｎ型およびｐ型のうちの一方の導電型の半導体層１１と、コンタクト層１４と、ｎ型およびｐ型のうちの一方の他方の導電型の半導体層１３と、コンタクト層１４とがこの記載の順番で積層されて形成されている。本実施の形態では、一方の導電型の半導体層１１と、発光層１２と、他方の導電型の半導体層１３とは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって形成される。また本実施の形態では、一方の導電型はｎ型であり、他方の導電型はｐ型であり、以下、一方の導電型の半導体層をｐ型半導体層といい、他方の導電型の半導体層をｎ型半導体層という。
【００１２】
ｎ型半導体層１１は、ｎ型の不純物がドーピングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる。ｎ型半導体層１１の厚さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍに選ばれている。またｎ型の不純物は、たとえばシリコン（Ｓｉ）である。ｎ型半導体層１１のドーピング濃度は、１×１０17／ｃｍ3〜１×１０18／ｃｍ3に選ばれている。
【００１３】
発光層１２は、発光領域を形成し、ノンドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）から成る。発光層１２の厚さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍに選ばれている。
【００１４】
ｐ型半導体層１３は、ｐ型の不純物がドーピングされたＧａＮからなる。ｐ型半導体層１３の厚さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍに選ばれている。またｐ型の不純物は、たとえばマグネシウム（Ｍｇ）である。ｐ型半導体層１３のドーピング濃度は、１×１０17／ｃｍ3〜１×１０18／ｃｍ3に選ばれている。
【００１５】
コンタクト層１４は、ｐ型の不純物がドーピングされたＧａＮからなる。コンタクト層１４の厚さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍに選ばれている。またコンタクト層１４のドーピング濃度は、１×１０18／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3に選ばれている。
【００１６】
ｎ型半導体層１１は、結晶成長用基板５の一方の主面５ａの全面に積層されている。ｎ型半導体層１１は、前記主面５ａに平行な予め定める方向の一方の端部１５の厚みが、この一方の端部１５を除く部分１６の厚みよりも小さくなるように形成されている。ｎ型半導体層１１のうち前記一方の端部１５を除く部分１６の一方の主面１６ａの全面に発光層１２が積層されている。また発光層１２の一方の主面１２ａの全面にｐ型半導体層１３が積層されている。またｐ型半導体層１３の一方の主面１３ａの全面にコンタクト層１４が積層されている。
【００１７】
発光素子２の一方の主面部には、発光層１２からの光を他方の主面２２の側に反射するフォトニック結晶構造体２３が形成されている。フォトニック結晶構造体２３は、コンタクト層１４に形成されている。フォトニック結晶構造体２３は、コンタクト層１４の一方の主面１４ａのうち、前記予め定める方向における他方の端部２４を除く領域に形成されている。フォトニック結晶構造体２３の詳細については後述する。
【００１８】
発光素子２は、結晶成長用基板５に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長：Metal-
organic Chemical Vapor Deposition）法、またはＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長：
Molecular Beam Epitaxy）法を用いて、エピタキシャル成長によって各半導体層を積層した後、フォトリソグラフィによって所定のレジストマスクを形成して、エッチングを行うことによって形成される。
【００１９】
結晶成長用基板５は、発光素子２の各半導体層の結晶成長が可能であり、かつ発光素子２の発光層１２からの光を透過可能な材料からなる。また結晶成長用基板５の屈折率は、発光素子２の屈折率以下となるような材料からなる。本実施の形態では、結晶成長用基板５は、たとえばサファイアからなる。本実施の形態では、発光素子２は主としてＧａＮから成るので、その屈折率は常温で２．３程度であり、結晶成長用基板５はサファイアから成るので、その屈折率は常温で１．８程度である。
【００２０】
金属膜４は、発光素子２の一方の主面２１を覆って設けられる。金属膜４は、発光素子２の発光層１２からの光に対して高い反射率を有する金属からなる。前記反射率は、８０％以上である。本実施の形態では、発光層１２が、ＧａＮを含んで構成され、その発光波長は、４５０ｎｍ〜３６５ｎｍである。また本実施の形態では、金属膜４は、銀（Ａｇ）およびニッケル（Ｎｉ）を含む合金、あるいは、銀またはニッケルから成り、前記波長の範囲に対して、高い反射率を有する。銀およびニッケルを含む合金は、銅（Ｃｕ）、あるいはパラジウム（Ｐｂ）を含んでいてもよい。金属膜４は、フォトニック結晶構造体２３の一方の主面に密着して設けられる。金属膜４は金属を蒸着した後、フォトリソグラフィによって所定のレジストマスクを形成して、エッチングを行うことによって形成され、コンタクト層１４の一方の主面１４ａのうち、前記予め定める方向における他方の端部２４を除く領域に積層して形成されている。金属膜４とコンタクト層１４とは、オーミック接合される。
【００２１】
第１電極６は、金属からなり、ｎ型半導体層１１に接続されている。第１電極６は、ｎ型半導体層１１の前記予め定める方向の一方の端部１５に積層して形成され、発光層１２、ｐ型半導体層１３、コンタクト層１４および金属膜４に離間して設けられる。第１電極６は、ｎ型半導体層１１にオーミック接合されるオーミック接合部２５と、オーミック接合部２５を覆い、オーミック接合部２５を第１接合部８に接続するためのパッド部２６とを備える。オーミック接合部２５は、チタン（Ｔｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる合金によって形成されている。パッド部２６は、金（Ａｕ）によって形成されている。パッド部２６は、その一方の主面２６ａが、金属膜４の支持基板３に臨む表面よりも、支持基板３側に突出するように形成されている。
【００２２】
第２電極７は、素子側電極であり、金属からなり、コンタクト層１４および金属膜４に接続されている。第２電極７は、コンタクト層１４の前記予め定める方向の一方の端部２４と、金属膜４の前記予め定める方向の一方の端部２９とに積層して形成されている。第２電極７は、金（Ａｕ）によって形成されている。第２電極７は、その一方の主面７ａが、金属膜４の支持基板３に臨む表面よりも、支持基板３側に突出するように形成されている。
【００２３】
支持基板３は、基材３１と、基材３１の少なくとも発光素子２に臨む表面部に形成される基板側配線膜である配線部３２とを含んで構成される。基材３１は、電気絶縁性を有し、たとえばセラミックによって形成される。配線部３２は、たとえばＡｕまたはＡｌから成る。配線部３２は、第１および第２電極６，７にそれぞれ対向する位置に設けられる。
【００２４】
第１電極６は、第１接合部８を介して配線部３２に電気的に接続され、第２電極７は、第２接合部９を介して配線部３２に電気的に接続されている。第１および第２接合部８，９は、たとえば半田によって形成される。第１および第２電極６，７は、第１および第２接合部８，９の厚さ分だけ支持基板３から離間する。したがって金属膜４についても、支持基板３から離間して設けられている。
【００２５】
発光素子２においては、発光層１２から放射される光は、その一部のみが素子外部へ取り出され利用することができる。素子外部へ取り出せない光は、素子内部で反射、散乱を繰り返し、次第に熱エネルギなどへ変換されてしまうため、有効に利用することができない。この光を効率的に取り出せない最大の理由の一つに、素子と外界の界面による全反射の現象が挙げられる。まず全反射について説明をする。屈折率ｎ１の媒質から屈折率ｎ２の媒質に、入射角θ1で入射した場合、出射角θ2で出射すると、入射光と出射光の間で、次式（１）の関係が成立する。
ｎ１・ｓｉｎθ1＝ｎ２・ｓｉｎθ2                              …（１）
【００２６】
ここで、ｎ１＞ｎ２の場合、すなわち、屈折率が高い媒質から低い媒質へ光が界面へ入射する場合、ｓｉｎθ１＝ｎ２／ｎ１で与えられる入射角以上で入射した場合、式（１）を満足するθ２が存在しない状態となる。すなわち、界面を介して透過する光波の存在は許容されず、界面で全て反射される状態となる。この現象は全反射と呼ばれ、このときのθ1を全反射角θTという。特に光半導体材料は、大きな屈折率を持つため、本影響が顕著となる。
【００２７】
たとえば、窒化ガリウムはその発光域において、屈折率が２．５程度であるので、空気界面（ｎ＝１．０）に対する全反射角は、おおよそ２３度であり、また、窒化ガリウムとサファイアとの界面に対する全反射角は、おおよそ４６度であり、サファイアと空気との界面では、おおよそ３４度である。ここで、発光層１２から放射される光強度分布は、ランバード分布（Ｉ（φ）＝Ｉ０・ｃｏｓ（φ）：Ｉ０は主線方向の光出射強度）を仮定す
ると、全反射角θＴ内で放射される光エネルギは、全放射エネルギに対して、（１−ｃｏｓ２θＴ）／２×１００（％）となる。ここでフレネル反射は考慮していない。上記、全反射角を代入すると、空気と窒化ガリウムとの界面、サファイアと窒化ガリウムとの界面、空気とサファイアとの界面において全反射角θT内で放射される光エネルギは、それぞれ、約１５％、４８％、３１％である。もちろん、さらにフレネル反射による反射損が加わるため、本値は実際に、さらに小さくなる。したがって、本課題を抑制、あるいは解消するためには、この全反射を低減・抑制させることが必須である。
【００２８】
フォトニック結晶構造体２３は、凹凸微細構造を有する。フォトニック結晶構造体２３によって、前記全反射を低減・抑制する原理について説明する。ここで、理解を容易にするために、まずは、１次元回折現象について説明する。１次元凹凸微細構造が形成された上に、高反射金属膜が蒸着された反射型回折格子に、光が入射した場合を考える。本凹凸微細構造が入射光波長より十分に大きい場合、光の進路は、反射の法則に従い光線追跡を詳細に行うことで求めることができる。しかしながら、本凹凸微細構造のサイズが入射光波長オーダであった場合、光波回折現象が顕著に現れるようになる。回折格子への入射光の最も簡単な取扱いは、周期開口に対するフラウンホーファ回折像を求めることであり、この場合開口に入射した光波振幅は開口関数のフーリエ変換の形で与えられることとなる。
【００２９】
凹凸微細構造が形成された上に、高反射金属膜が蒸着された反射型回折格子は、原理的に位相回折格子と見做すことができる。すなわち、凹凸パターンにおいて、発光層から見て凸部と凹部との光路長差は、光伝播部の屈折率をｎ、凹凸部高さをｄとすると、２ｎｄである。光伝播部の屈折率と、凹凸部高さとの積（ｎｄ）に、数値「２」を積算する理由は、凸部を伝播した光が、反射鏡で反射されて再び凸部を往復伝播することによる。
【００３０】
ここで、周期ａ、位相差φ＝４πｎｄ／λである回折格子の開口関数ｕ（ｘ）が、三角関数の次式（２）で表される最も単純な場合を考える。
【００３１】
【数１】
2009267263.tif 000003
【００３２】
基本光（０次回折光）、ｍ次回折光に対して光波電界振幅Ｊｍ（φ／２）の比で生じ、その時の回折角は、次式（３）で与えられる。
【００３３】
【数２】
2009267263.tif 000004
【００３４】
すなわち、反射鏡に入射した光の一部を、回折光として光路変換でき、前記出射界面における全反射の低減を図ることができる。ここで、上記Ｊｍは、ｍ次のベッセル関数であり、φ／２を適切に設定することにより、限定的ではあるが、所望の次数の回折効率を調節することが可能である。実際の発光素子において、発光光は球面波的に、回折格子に入射するため、入射波全方位に関して総合的に有効な回折角、および各次回折効率を計算し、凹凸微細構造の周期および深さを決定する必要がある。
【００３５】
深さについては、前記凹凸微細構造の凹部と凸部との光路差が、半波長（逆位相）となる場合に光干渉の効果が大きく適当であるから、発光素子２が窒化ガリウム系材料からなる場合、ｎ＝２．５として、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が適当である。特に反射型回折格子を用いる最大の利点の一つが、この微細凹凸構造深さが必要最小であるという点である。たとえば、透明電極などに微細凹凸パターンを形成し、前記回折現象を利用しようとした場合、窒化ガリウムおよびＩＴＯ（酸化インジウム錫）透明導電膜の屈折率は、ｎ＝２〜２．５程度であり、周囲媒質は空気などであるので、凹凸部屈折率差は最大１．５程度と比較的小さい。加えて、光路は1方向であるため、光路長を比較的長くするためには、微細凹凸パターンの深さの程度を、比較的大きくする必要が生じる。一方で、反射型回折格子では、凹凸部の屈折率差を媒質屈折率そのものとすることができ、加えて光路長差は凸部往復分となるため、比較的小さな凹凸深さで、比較的長い光路長を確保することができる。
【００３６】
比較的小さな凹凸深さで、比較的長い光路差を確保することができると、ｐ型の窒化ガリウムから成る半導体層の表面部に微細加工する際、特に有意な効果を奏する。ｐ型の窒化ガリウムの抵抗は比較的大きく、たとえばＧａＡｓなどの半導体材料と比較し、バルク抵抗率は、１０3〜１０4Ω・ｍ程度と比較的大きい。そのため、ｐ型の窒化ガリウムから成る半導体層（コンタクト層１４）の膜厚は、その厚さを比較的小さくしておく必要がある。具体的には、ｐ型の窒化ガリウムから成る半導体層（コンタクト層１４）の膜厚を、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度に形成する必要がある。また、凹凸微細構造の凹凸高さを比較的大きくするために、コンタクト層に大きなエッチング溝を形成するなど、大掛かりな加工を施した場合、発光層１２内に比較的大きな欠陥が生じる場合もある。この場合、発光層１２内の欠陥に起因する非発光順位が大きくなり、外部量子効率が比較的低下する危惧が生じる虞もある。フォトニック結晶構造体２３は、比較的小さな凹凸深さしか形成されていないので、発光層１２内の欠陥が小さく、非発光準位の割合も比較的少ない。
【００３７】
具体的な凹凸微細構造の屈折率分布は、式（２）のような単純な周期関数で表されるものではないが、前述したように、回折光電界分布は開口関数のフーリエ変換であるから、基本的に同様の取扱いができる。ここでは、理解を容易にするために１次元の凹凸微細構造に限定して説明したが、基本的な考え方は２次元回折格子についても容易に拡張できる。
【００３８】
２次元回折格子の場合、周期ａで凹凸微細構造に種々の幾何構造を持たせることが可能であり、たとえば、正方格子、三角格子などが考えられる。さらには、複数の周期を重畳した構造も可能である。
【００３９】
図２は、フォトニック結晶構造体２３の一例を示す一部平面図である。本実施の形態では、フォトニック結晶構造体２３は、２次元フォトニック結晶であり、コンタクト層１４の一方の主面１４ａに、この主面１４ａに平行で、かつ相互に垂直な２方向に予め定める間隔Ｔをあけて、孔４１が正方格子状に形成されて構成されている。孔４１の内周面は、円筒形に形成される。予め定める間隔Ｔは、前記主面１４ａに平行で、かつ相互に垂直な２方向において、隣接する孔４１の中心間の距離である。
【００４０】
孔４１は、フォトリソグラフィによってレジストマスクを形成し、コンタクト層１４のうちレジストマスクが形成されていない部分を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去することによって形成される。ここでは孔４１の形状は、コンタクト層１４の厚み方向における正投影面が円形と成るように形成されているが、前記正投影面が正多角形となるように形成されていてもよい。前記予め定める間隔Ｔは、たとえば１００ｎｍ〜１０００ｎｍに選ばれ、また孔４１の深さｄは、１０ｎｍ〜２００ｎｍに選ばれ、孔４１のコンタクト層１４の厚み方向における正投影面の最大寸法は、５０ｎｍ〜５００ｎｍに選ばれるのが好ましい。
【００４１】
またここでは、コンタクト層１４の一方の主面１４ａに孔４１を形成しているが、コンタクト層１４の一方の主面１４ａに複数の凸部を形成することによって、フォトニック結晶構造体２３を形成してもよい。前記凸部の形状は、円柱状、多角柱状、円錐、多角推、円錐台および多角推台のいずれであってもよい。この場合、凸部の高さ、前記孔４１の深さｄに等しく選ばれ、凸部の間隔は、前記孔４１の間隔Ｔに等しく選ばれ、凸部のコンタクト層１４の厚み方向における正投影面の直径の最大寸法は、孔４１のコンタクト層１４の厚み方向における正投影面の最大寸法に等しく選ばれる。
【００４２】
以上のように発光装置１では、発光層１２から発光素子２の一方の主面２１に向かう光は、フォトニック結晶構造体２３によって、発光素子２の他方の主面２２の側に反射される。フォトニック結晶構造体２３は、微小な凹凸形状を有し、凹凸の周期および光路差に応じて光が干渉することによって、所定の方向に光が反射され、その構造に応じて所定の角度で光を反射することができるので、発光層１２から出射した光の一部を、回折光として光路変換させ、全反射角以内で界面へ入射させることで、素子外部への光の取り出し効率を向上させて、外部量子効率を向上させることができる。
【００４３】
フォトニック結晶構造体２３は金属膜４によって覆われており、発光素子２と金属膜４との電気的な接続を確保した上で、反射型回折格子を形成することができる。凹凸微細構造を有するフォトニック結晶構造体２３の凸部では、発光層１２からの金属膜４に向かう光が往復伝播するので、凹凸の高さを従来の技術の発光装置におけるフォトニック結晶構造体の凹凸の高さの１／２とすることができ、凹凸の高さを低くすることができる。凹凸部は、発光素子のコンタクト層１４を加工して形成されるので、凹凸の高さを低くすることができることによって、結晶欠陥に起因する非発光準位の発生を抑制することができ、また形成が容易となる。
【００４４】
またフォトニック結晶構造体２３は、微小な凹凸形状を有するので、金属膜４を平坦な面に接続するよりも、この金属膜４との接触面積を大きくすることができ、金属膜４との接触抵抗を低減することができる。したがって、第２電極７を介して与えられる電流が熱によって消費されてしまうことを抑制して、外部量子効率を向上させることができる。
【００４５】
さらに発光層１２から発光素子２の一方の主面２１に向かう光は、フォトニック結晶構造体２３による反射だけではなく、金属膜４によっても反射されるので、支持基板３側への光の漏れ出しを確実に抑制することができるとともに、フォトニック結晶構造体２３に要求される形成精度を緩和させることできるので、製造コストを低減することができる。
【００４６】
図３は、本発明の実施の他の形態の発光装置５１の構成を示す断面図である。本実施の形態の発光装置５１と、前述した実施の形態の発光装置１とは、類似するので、同様の構成には同様の参照符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。発光装置５１は、基本的に発光素子２と、支持基板３と、金属膜４とを含み、さらに電極５２と、接続層５３とを備えて構成されている。
【００４７】
発光素子２は、前述の実施の形態と同様の半導体層から成り、前述の実施の形態とはその形状のみが異なる。本実施の形態では、発光素子２は、略直方体形状に形成される。すなわちｎ型半導体層１１の一方の主面１１ａの全面に発光層１２が積層され、フォトニック結晶構造体２３が、コンタクト層１４の一方の主面１４ａの全面にわたって形成されている。
【００４８】
支持基板３は、本実施の形態では、導電性を有する金属材料からなり、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、導電路およびヒートシンクとして機能する。
【００４９】
発光素子２の金属膜４は、導電性を有する接続層５３を介して支持基板３に接合されている。接続層５３は、金属膜４の一方の主面４ａの全面にわたって積層して形成される。接続層５３は、たとえば半田からなる。
【００５０】
発光素子２の他方の主面２２上の周縁部５４に、電極５２が設けられる。電極５２は、前述した第１電極６のオーミック接合部２５と同様の材料からなる。電極５２は、前記周縁部５４に環状に形成されている。
【００５１】
以上の発光装置５１では、前述した発光装置１と同様の効果を達成することができ、さらに、発光装置１よりも発光素子２と支持基板３との距離をより近接させるとともに、結晶成長用基板５を備えていないので、低背化を実現して、小形化することができる。また接続層５３を介して、金属膜４の一方の主面４ａの全面が支持基板３に支持されるので、接合強度を向上させるとともに、放熱性を向上させることができる。したがって、発光装置の信頼性を向上することができるとともに、熱飽和の発生を抑制することができる。
【００５２】
図４は、発光装置５１の製造工程を示すフローチャートである。製造工程を開始すると、ステップｓ０からステップｓ１に移り、ステップｓ１では、結晶成長用基板５を準備して、この結晶成長用基板５上にフォトニック結晶構造体２３を備える発光素子２を形成して、ステップｓ２に移る。ステップｓ１では、まず結晶成長用基板５の一方の主面５ａに、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法を用いて、ｎ型半導体層１１、発光層１２、ｐ型半導体層１３およびコンタクト層１４を形成するための半導体膜を順番に積層する。そして、積層された半導体膜のうち、結晶成長用基板５から最も離反する半導体膜の一方の主面にフォトリソグラフィを用いてレジストマスクを形成した後、エッチングによってｎ型半導体層１１、発光層１２、ｐ型半導体層１３およびコンタクト層１４をそれぞれが含む複数の積層体を形成する。そして、この複数の積層体のそれぞれの一方の主面に、フォトリソグラフィを用いてレジストマスクを形成した後、ＲＩＥによってコンタクト層１４に複数の孔４１を形成して、発光素子２を形成する。
【００５３】
ステップｓ２では、蒸着によってコンタクト層１４の一方の主面１４ａに金属膜４を形成して、ステップｓ３に移る。ステップｓ２では、複数の発光素子２を覆うように金属を蒸着した後、フォトリソグラフィを用いて発光素子２に積層してレジストマスクを形成した後、エッチングによって発光素子２間の金属を除去する。
【００５４】
ステップｓ３では、支持基板３を準備して、前記各発光素子２の金属膜４の一方の主面４ａ上に半田を塗布して、この面を支持基板３に臨ませて、結晶成長用基板５を支持基板３に加圧するとともに、支持基板３を加熱して、各発光素子２を支持基板３に接合して、ステップｓ４に移る。
【００５５】
ステップｓ４では、結晶成長用基板５を除去して、ステップｓ５に移る。結晶成長用基板５は、たとえば、レーザリフトオフ法等の手法を用いて除去される。
【００５６】
ステップｓ５では、発光素子２の他方の主面２２上に電極５２を形成して、ステップｓ６に移る。ステップｓ５では、発光素子２の他方の主面２２上に金属を蒸着し、フォトリソグラフィを用いて発光素子２に積層してレジストマスクを形成した後、エッチングによって発光素子２の周縁部５４を除く部分および発光素子２間の金属を除去して、電極５２を形成する。
【００５７】
ステップｓ６では、支持基板３をダイシングして、個片化して、複数の発光装置５１を形成し、ステップｓ７に移り工程を終了する。
【００５８】
以上のようの発光装置５１を製造することによって、結晶成長用基板が除去された部分にフォトニック結晶構造体を形成する従来の技術と比較して、精度よくフォトニック結晶構造体２３を形成することができる。また１個１個の発光素子２を実装基板３に配置するのではなく、パターニングして形成された結晶成長用基板５上の複数の発光素子２を、一括して支持基板３に接合するので、実装精度を向上させることができる。
【００５９】
上述した各実施の形態では、発光素子２は、ｎ型半導体層１１、発光層１２、ｐ型半導体層１３およびコンタクト層１４からなるが、ｎ型半導体層１１、発光層１２およびｐ型半導体層１３からなる構成としてもよく、発光層１２を単層ではなく複数の半導体層によって形成して、多重量子井戸構造としてもよく、たとえば結晶成長用基板５とｎ型半導体層１１との間にバッファ層を形成してもよい。また各実施の形態において、一方の導電型をｎ型とし、他方の導電型をｐ型としているが、一方の導電型をｐ型とし、他方の導電型をｎ型としてもよい。また上述した各実施の形態では、発光素子２は、ＧａＮ系材料から成るが、たとえばＧａＡｓ系材料から成る構成としてもよく、この場合には、発振波長にあわせてフォトニック結晶構造体２３を適宜設計すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の一形態の発光装置１の構成を示す断面図である。
【図２】フォトニック結晶構造体２３の一例を示す一部平面図である。
【図３】本発明の実施の他の形態の発光装置５１の構成を示す断面図である。
【図４】発光装置５１の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１      発光装置
２      発光素子
３      支持基板
４      金属膜
５      結晶成長用基板
６      第１電極
７      第２電極
８      第１接合部
９      第２接合部
１２    発光層
２３    フォトニック結晶構造体
５１    発光装置
５２    電極
５３    接続層
５４    周縁部
【図１】
2009267263.tif 000005
【図２】
2009267263.tif 000006
【図３】
2009267263.tif 000007
【図４】
2009267263.tif 000008