JP2006019400A - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の素子において、素子の発光特性がばらつくのを抑制し、かつ、素子の発光特性を向上させることが可能な発光素子を提供する。
【解決手段】この発光素子は、活性層４を有する発光領域１５ａを含む半導体素子層８と、半導体素子層８の発光領域１５ａの少なくとも１つの側端部に隣接するように設けられ、半導体素子層８の表面から活性層４に達する溝部９と、溝部９内に形成された蛍光体を含有する樹脂層１４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子およびその製造方法に関し、特に、発光層を有する半導体素子層を備えた発光素子およびその製造方法に関する。

近年、発光ダイオード素子などの発光素子の開発が盛んに行われている。特に、最近では、素子の発光領域で生成された光を蛍光体により波長変換するとともに、波長変換された光を外部に取り出すことが可能な発光ダイオード素子の開発が進められている。このような蛍光体により波長変換された光を外部に取り出すことが可能な発光ダイオード素子を形成する場合、一般的に、素子分離した後に、発光領域を覆うように蛍光体が含有された樹脂層を形成する。しかしながら、素子分離した後に、発光領域を覆うように蛍光体が含有された樹脂層を形成する方法では、同一のウェハから形成された複数の発光ダイオード素子において、蛍光体の含有率や樹脂層の厚みなどがばらつくという不都合が生じる。このため、同一のウェハから形成された複数の発光ダイオード素子において、蛍光体が含有された樹脂層の特性がばらつくので、素子の発光特性のばらつきを抑制するのが困難であった。

そこで、従来では、蛍光体が含有された樹脂層を用いずに、蛍光体により波長変換された光を外部に取り出すことが可能な発光ダイオード素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１の発光ダイオード素子では、発光領域を含む半導体素子層の表面から所定の深さにまで達する溝部が発光領域の内部に形成されているとともに、その溝部内に蛍光体が直接埋め込まれている。また、半導体素子層の表面上の溝部が形成されていない領域には、光を透過しにくい電極層が形成されている。このため、素子の表面（上面）からは、溝部内の蛍光体により波長変換された光のみが取り出される。これにより、上記特許文献１では、特性がばらつきやすい蛍光体が含有された樹脂層を用いる場合に比べて、素子の発光特性のばらつきが抑制される。
特開２００３−２４３７２６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、発光領域の内部にのみ蛍光体が埋め込まれているので、発光領域の側面から外側に放出される光を波長変換するのが困難であるという不都合がある。このため、発光方向により光のスペクトルがばらつくという不都合が生じる。これにより、複数の発光ダイオード素子において、素子の発光特性がばらつくのを抑制できたとしても、発光方向による光のスペクトルのばらつきに起因して、素子の発光特性が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、複数の素子において、素子の発光特性がばらつくのを抑制し、かつ、素子の発光特性を向上させることが可能な発光素子を提供することである。

この発明のもう１つの目的は、複数の素子において、素子の発光特性がばらつくのを抑制し、かつ、素子の発光特性を向上させることが可能な発光素子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および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による発光素子は、発光層を有する発光領域を含む半導体素子層と、半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部に隣接するように設けられ、半導体素子層の表面から発光層に達する溝部と、溝部内に形成された蛍光体を含む層とを備えている。

この第１の局面による発光素子では、上記のように、半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部に隣接するように、半導体素子層の表面から発光層に達する溝部を設けるとともに、その溝部内に蛍光体を含む層を形成することによって、半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部を溝部内の蛍光体により覆うことができるので、半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部から外側に放出される光を蛍光体により波長変換することができる。これにより、発光方向により光のスペクトルがばらつくのを抑制することができるので、素子の発光特性を向上させることができる。また、素子分離を行う前に蛍光体を含む層を溝部内に形成すれば、同一のウェハ上に形成された複数の素子の溝部内に均一に蛍光体を含む層を形成した後に素子分離を行うことができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体を含む層の蛍光体の含有率や厚みなどがばらつくのを抑制することができる。これにより、蛍光体を含む層の特性がばらつくのを抑制することができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体を含む層の特性のばらつきに起因して、素子の発光特性がばらつくのを抑制することができる。このように、第１の局面では、複数の素子において、素子の発光特性がばらつくのを抑制し、かつ、素子の発光特性を向上させることができる。また、青から紫外領域（短波長）の光を生成する発光領域を有する発光素子においては、発光領域の少なくとも１つの側端部から外側に放出される短波長の光を溝部内の蛍光体により波長変換できるので、素子の側面から放出される短波長の光を減少させることができる。これにより、素子全体を樹脂層（保護層）により覆う場合に、その樹脂層（保護層）が短波長の光を吸収することにより劣化するのを抑制することができるので、素子の信頼性を向上させることができる。

上記第１の局面による発光素子において、好ましくは、蛍光体を含む層は、溝部内に位置する発光層の側面を覆うように形成されている。このように構成すれば、容易に、溝部内に位置する発光層の側面を覆う蛍光体により、発光層の側面から外側に放出される光を波長変換することができる。

上記第１の局面による発光素子において、好ましくは、溝部は、発光層の側面を取り囲むように形成されており、溝部内に形成された蛍光体を含む層は、発光層の側面を取り囲むように形成されている。このように構成すれば、容易に、発光層の全ての側面を溝部内の蛍光体により覆うことができる。

上記第１の局面による発光素子において、好ましくは、溝部は、半導体素子層の発光領域よりも外側に形成されている。このように構成すれば、半導体素子層の発光領域から外側に放出される光を容易に溝部内に入射させることができる。

この場合、好ましくは、半導体素子層は、発光領域よりも外側に設けられた非発光領域をさらに含み、溝部は、半導体素子層の発光領域と非発光領域との間に形成されている。このように構成すれば、容易に、溝部により発光領域と非発光領域とを分断することができる。

上記第１の局面による発光素子において、好ましくは、溝部は、半導体素子層を貫通するように形成されている。このように構成すれば、溝部が半導体素子層を貫通していない場合に、溝部の底部下に位置する半導体素子層の蛍光体により覆われていない領域から光が外側に放出されるのを抑制することができる。

上記第１の局面による発光素子において、好ましくは、蛍光体を含む層は、溝部内のみならず、発光領域の出射方向側の表面も覆うように形成されている。このように構成すれば、発光領域の側面のみならず、出射方向側の表面から放出される光も波長変換することができる。

この発明の第２の局面による発光素子の製造方法は、発光層を有する半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部に隣接するように、半導体素子層の表面から発光層に達する溝部を形成する工程と、溝部内に蛍光体を含む層を形成する工程と、溝部内に蛍光体を含む層が形成された状態で半導体素子層を各素子に分離する工程とを備えている。

この第２の局面による発光素子の製造方法では、上記のように、発光層を有する半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部に隣接するように、半導体素子層の表面から発光層に達する溝部を形成した後、その溝部内に蛍光体を含む層を形成することによって、半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部を溝部内の蛍光体により覆うことができるので、半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部から外側に放出される光を蛍光体により波長変換することができる。これにより、発光方向により光のスペクトルがばらつくのを抑制することができるので、素子の発光特性を向上させることができる。また、溝部内に蛍光体を含む層が形成された状態で半導体素子層を各素子に分離することによって、同一のウェハ上に形成された複数の素子の溝部内に均一に蛍光体を含む層を形成した後に素子分離を行うことができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体の含有率や蛍光体を含む層の厚みなどがばらつくのを抑制することができる。これにより、蛍光体を含む層の特性がばらつくのを抑制することができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体を含む層の特性のばらつきに起因して、素子の発光特性がばらつくのを抑制することができる。このように、第２の局面では、複数の素子において、素子の発光特性がばらつくのを抑制し、かつ、素子の発光特性を向上させることが可能な発光素子を容易に形成することができる。また、青から紫外領域（短波長）の光を生成する発光領域を有する発光素子においては、発光領域の少なくとも１つの側端部から外側に放出される短波長の光を溝部内の蛍光体により波長変換できるので、素子の側面から放出される短波長の光を減少させることができる。これにより、素子全体を樹脂層（保護層）により覆う場合に、その樹脂層（保護層）が短波長の光を吸収することにより劣化するのを抑制することができるので、素子の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図であり、図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造について説明する。

第１実施形態では、図２に示すように、サファイア基板１の（０００１）面上に、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みを有する非単結晶のＳｉがドープされたＧａＮからなるバッファ層２が形成されている。バッファ層２上には、約０．１５μｍの厚みを有するＳｉがドープされた単結晶のｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなるｎ型クラッド層３が形成されている。ｎ型クラッド層３上には、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有する活性層４が形成されている。この活性層４は、約５ｎｍの厚みを有するアンドープのＧａ_０．８Ｉｎ_０．２Ｎからなる井戸層を含む。なお、活性層４は、本発明の「発光層」の一例である。活性層４上には、約５ｎｍの厚みを有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなるｐ型キャップ層５が形成されている。ｐ型キャップ層５上には、約０．１μｍの厚みを有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層６が形成されている。ｐ型クラッド層６上には、約０．３μｍの厚みを有するＭｇがドープされたｐ型Ｇａ_０．９５Ｉｎ_０．０５Ｎからなるｐ型コンタクト層７が形成されている。そして、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型キャップ層５、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７によって、半導体素子層８が構成されている。

ここで、第１実施形態では、素子の側端面から所定の間隔を隔てた領域において、半導体素子層８を構成するｐ型コンタクト層７の表面から活性層４を貫通してｎ型クラッド層３の途中の深さまでが除去されることにより、ｎ型クラッド層３の表面の一部が露出されている。これにより、素子の側端面から所定の間隔を隔てた領域に、活性層４を貫通するとともに、ｎ型クラッド層３の露出した表面を底面とする溝部９が形成されている。この溝部９は、図１および図２に示すように、素子の外側に位置する半導体素子層８（活性層４）と、素子の内側に位置する半導体素子層８（活性層４）とを分断するように、かつ、素子の内側に位置する半導体素子層８（活性層４）の側面を囲むように形成されている。また、溝部９は、約３０μｍ〜約１００μｍの幅を有する。

また、図２に示すように、溝部９よりも内側に位置する半導体素子層８（ｐ型コンタクト層７）の上面を覆うように、サファイア基板１側から順に、約１ｎｍの厚みを有するＮｉ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｐ側電極１０が形成されている。このｐ側電極１０を構成するＮｉ層およびＡｕ層の厚みを、それぞれ、約１ｎｍおよび約１０ｎｍと小さくすることによって、活性層４で生成された光がｐ側電極１０を透過することが可能になる。また、ｎ型クラッド層３の露出した表面（溝部９の底面）上の所定領域には、サファイア基板１側から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側電極１１が形成されている。なお、この第１実施形態では、溝部９よりも外側に位置する半導体素子層８（ｐ型コンタクト層７）上にはｐ側電極１０が形成されていないので、溝部９よりも内側に位置する半導体素子層８にのみ電流が注入される。このため、溝部９よりも内側に位置する平面的に見て矩形状の半導体素子層８の活性層４が発光領域１５ａとなる一方、溝部９よりも外側に位置する半導体素子層８の活性層４が非発光領域１５ｂとなる。そして、第１実施形態では、図１に示すように、半導体素子層８の発光領域１５ａの全ての側端部に、上記した溝部９が隣接している。すなわち、発光領域１５ａの側端部を取り囲むように溝部９が形成されている。

また、図1および図２に示すように、ｐ側電極１０上の所定領域には、数十μｍ〜数ｍｍの厚みを有するＡｕ層、Ｃｕ層またはＡｌ層からなるとともに、円形状の平面形状を有するｐ側導電層１２が形成されている。また、ｎ側電極１１上の所定領域には、数十μｍ〜数ｍｍの厚みを有するＡｕ層、Ｃｕ層またはＡｌ層からなるとともに、矩形状の平面形状を有するｎ側導電層１３が形成されている。ｐ側導電層１２およびｎ側導電層１３のサファイア基板１とは反対側の端部は、後述する樹脂層１４の表面から突出している。

また、図２に示すように、溝部９内を埋め込むように、かつ、半導体素子層８と、ｐ側電極１０およびｎ側電極１１と、ｐ側導電層１２およびｎ側導電層１３のサファイア基板１とは反対側の端部以外の領域とを覆うようにエポキシ系樹脂からなる樹脂層１４が形成されている。このため、溝部９内に位置する活性層４の全ての側面は、樹脂層１４により覆われている。また、樹脂層１４は、発光領域１５ａの出射方向（ｐ側電極１０）側の表面も覆うように形成されている。また、樹脂層１４には、溝部９の幅（約３０μｍ〜約１００μｍ）よりも小さい数μｍの直径を有するとともに、活性層４で生成された光を吸収し、かつ、波長変換する蛍光体が含有されている。なお、樹脂層１４は、本発明の「蛍光体を含む層」の一例である。

第１実施形態では、上記のように、活性層４を有する半導体素子層８の発光領域１５ａの全ての側端部に隣接するように、半導体素子層８の表面から活性層４を貫通してｎ型クラッド層３の途中の深さに達する溝部９を設けるとともに、その溝部９内に蛍光体が含有された樹脂層１４を埋め込むように形成することによって、半導体素子層８の発光領域１５ａの全ての側端部（活性層４の側面）を溝部９内の樹脂層１４により覆うことができるので、半導体素子層８の発光領域１５ａの側端部（活性層４の側面）から外側に放出される光を樹脂層１４の蛍光体により波長変換することができる。これにより、発光方向により光のスペクトルがばらつくのを抑制することができるので、素子の発光特性を向上させることができる。また、素子分離を行う前に蛍光体が含有された樹脂層１４を溝部９内に形成すれば、同一のウェハ上に形成された複数の素子の溝部９内に均一に蛍光体が含有された樹脂層１４を形成した後に素子分離を行うことができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体の含有率や樹脂層１４の厚みなどがばらつくのを抑制することができる。これにより、樹脂層１４の特性がばらつくのを抑制することができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体が含有された樹脂層１４の特性のばらつきに起因して、素子の発光特性がばらつくのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、活性層４の側面を取り囲むように溝部９を形成するとともに、その溝部９内を埋め込むように蛍光体が含有された樹脂層１４を形成することによって、容易に、活性層４の全ての側面を溝部９内の樹脂層１４により覆うことができる。

また、第１実施形態では、半導体素子層８の発光領域１５ａよりも外側に溝部９を形成することによって、半導体素子層８の発光領域１５ａから外側に放出される光を容易に溝部９内に入射させることができる。

また、第１実施形態では、素子の外側に位置する半導体素子層８（活性層４）と内側に位置する半導体素子層８（活性層４）とを分断するように溝部９を形成することによって、容易に、溝部９により発光領域１５ａと非発光領域１５ｂとを分断することができる。

また、第１実施形態では、溝部９内のみならず、発光領域１５ａの出射方向（ｐ側電極１０）側の表面も覆うように蛍光体が含有された樹脂層１４を形成することによって、発光領域１５ａの側端部のみならず、発光領域１５ａの出射方向（ｐ側電極１０）側の表面から放出される光も波長変換することができる。

また、第１実施形態では、ｐ側導電層１２およびｎ側導電層１３のサファイア基板１とは反対側の端部を樹脂層１４の表面から突出させることによって、容易に、樹脂層１４の形成後に、ｐ側導電層１２およびｎ側導電層１３に対してワイヤボンディングすることができる。

図３〜図１４は、図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。次に、図１〜図１４を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。

まず、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、サファイア基板１上に、バッファ層２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型キャップ層５、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７を順次成長させる。

具体的には、サファイア基板１を約４００℃〜約７００℃の成長温度に保持した状態で、ＮＨ_３およびＴＭＧａ（トリメチルガリウム）からなる原料ガスと、ＳｉＨ_４からなるドーパントガスとを用いて、サファイア基板１の（０００１）面上に、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みを有するＳｉがドープされた非単結晶のＧａＮからなるバッファ層２を成長させる。この後、サファイア基板１を約１０００℃〜約１２００℃（たとえば、約１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、Ｈ_２およびＮ_２からなるキャリアガス（Ｈ_２の含有率は約１％〜約３％）と、ＮＨ_３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）からなる原料ガスと、ＳｉＨ_４からなるドーパントガスとを用いて、バッファ層２上に、約０．１５μｍの厚みを有するＳｉがドープされた単結晶のｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなるｎ型クラッド層３を約３μｍ／ｈの成長速度で成長させる。

次に、サファイア基板１を約７００℃〜約１０００℃の成長温度に保持した状態で、Ｈ_２およびＮ_２からなるキャリアガス（Ｈ_２の含有率は約１％〜約５％）と、ＮＨ_３、ＴＭＧａおよびＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）からなる原料ガスとを用いて、ｎ型クラッド層３上に、約５ｎｍの厚みを有する単結晶のアンドープのＧａ_０．８Ｉｎ_０．２Ｎからなる井戸層を約０．４ｎｍ／ｓの成長速度で成長させる。これにより、ＳＱＷ構造の活性層４を成長させる。続いて、原料ガスをＮＨ_３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌに変えるとともに、ＣＰ_２Ｍｇからなるドーパントガスを加えて、約５ｎｍの厚みを有するＭｇがドープされた単結晶のｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなるｐ型キャップ層５を約０．４ｎｍ／ｓの成長速度で成長させる。

次に、サファイア基板１を約１０００℃〜約１２００℃（たとえば、約１１５０℃）の成長温度に保持した状態で、Ｈ_２およびＮ_２からなるキャリアガス（Ｈ_２の含有率は約１％〜約３％）と、ＮＨ_３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスと、ＣＰ_２Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、ｐ型キャップ層５上に、約０．１μｍの厚みを有するＭｇがドープされた単結晶のｐ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層６を約３μｍ／ｈの成長速度で成長させる。続いて、サファイア基板１を約７００℃〜約１０００℃（たとえば、約８５０℃）の成長温度に保持した状態で、原料ガスをＮＨ_３、ＴＭＧａおよびＴＭＩｎに変えるとともに、ドーパントガスを用いないで、ｐ型クラッド層４上に、約０．３μｍの厚みを有するアンドープの単結晶のＧａ_０．９５Ｉｎ_０．０５Ｎからなるコンタクト層（図示せず）を約０．５ｎｍ／ｓの成長速度で成長させる。

次に、サファイア基板１を約４００℃〜約９００℃（たとえば、約８００℃）に保持した状態で、Ｎ_２雰囲気中においてアニールすることによって、上記した窒化物系半導体各層（２〜７）の水素濃度を約５×１０^１８ｃｍ^−３以下に低下させる。この後、Ｎ_２からなるキャリアガスと、ＣＰ_２Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、コンタクト層中に約１×１０^１８ｃｍ^−３〜約１×１０^１８ｃｍ^−３のＭｇを拡散させることによって、コンタクト層をＭｇがドープされたｐ型コンタクト層７にする。この後、熱処理または電子線処理を行うことにより、ｐ型キャップ層５、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７のｐ型化を行う。このようにして、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型キャップ層５、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７によって構成される半導体素子層８を形成する。

次に、図４および図５に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型コンタクト層７上の溝部９（図１および図２参照）が形成される領域以外の領域に、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２膜１６を形成する。

次に、第１実施形態では、図６および図７に示すように、塩素系ガスによるドライエッチング技術を用いて、ＳｉＯ_２膜１６をマスクとして、半導体素子層８を構成するｐ型コンタクト層７の表面から活性層４を貫通してｎ型クラッド層３の途中の深さまでをエッチングすることによって、ｎ型クラッド層３の表面の一部を露出させる。これにより、活性層４を貫通するとともに、ｎ型クラッド層３の露出した表面を底面とする溝部９が形成される。また、溝部９は、約３０μｍ〜約１００μｍの幅を有するように形成される。この後、ＳｉＯ_２膜１６を除去する。

次に、図８および図９に示すように、真空蒸着法を用いて、溝部９に囲まれた領域に位置する半導体素子層８（ｐ型コンタクト層７）上に、サファイア基板１側から順に、約１ｎｍの厚みを有するＮｉ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなる透光性のｐ側電極１０を形成する。この後、真空蒸着法を用いて、ｎ型クラッド層３の露出した表面（溝部９の底面）上の所定領域に、サファイア基板１側から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側電極１１を形成する。これにより、溝部９に囲まれた領域に位置する半導体素子層８にのみ電流が注入されるので、溝部９に囲まれた領域に位置する半導体素子層８の活性層４が発光領域１５ａとなる一方、溝部９の外側に位置する半導体素子層８の活性層４が非発光領域１５ｂとなる。また、半導体素子層８の発光領域１５ａの全ての側端部が溝部９に隣接することにより、発光領域１５ａの側端部を取り囲むように溝部９が形成される。

次に、図１０および図１１に示すように、メッキ法を用いて、ｐ側電極１０上の所定領域に、数十μｍ〜数ｍｍの厚みを有するＡｕ層、Ｃｕ層またはＡｌ層からなるとともに、円形状の平面形状を有するｐ側導電層１２を形成する。この後、メッキ法を用いて、ｎ側電極１１上の所定領域に、数十μｍ〜数ｍｍの厚みを有するＡｕ層、Ｃｕ層またはＡｌ層からなるとともに、矩形状の平面形状を有するｎ側導電層１３を形成する。

次に、第１実施形態では、図１２に示すように、スピンコート法を用いて、溝部９内を埋め込むように、かつ、全面を覆うように蛍光体（直径：数μｍ）が含有されたエポキシ系樹脂からなる樹脂層１４を形成する。これにより、半導体素子層８の発光領域１５ａの全ての側端部および光出射方向側の表面が樹脂層１４により覆われる。樹脂層１４に含有された蛍光体は、活性層４で生成された光を吸収し、かつ、波長変換する。

次に、図１３および図１４に示すように、酸素系ガスによるプラズマ処理を行うことにより、樹脂層１４の所定領域を除去することによって、ｐ側導電層１２およびｎ側導電層１３のサファイア基板１とは反対側の端部を露出させる。

最後に、第１実施形態では、半導体素子層８の発光領域１５ａの全ての側端部および上面が樹脂層１４により覆われた状態で、非発光領域１５ｂを含む半導体素子層８（図１３および図１４の破線Ｌ１）に対応する領域に切込みを入れた後、その切込みに沿って素子分離する。この際、ダイシングによりサファイア基板１に切込みを入れた後、その切込みに沿って素子分離してもよい。また、エッチング技術によりサファイア基板１に切込みを入れた後、その切込みに沿って素子分離してもよい。また、エッチング技術により半導体素子層８に切込みを入れるとともに、ダイシングによりサファイア基板１に切込みを入れた後、ダイシングおよびエッチング技術により形成された切込みに沿って素子分離してもよい。ここで、第１実施形態の素子分離工程では、非発光領域１５ｂを含む半導体素子層８（図１３および図１４の破線Ｌ１）に対応する領域から素子分離するので、発光領域１５ａを含む半導体素子層８にダメージが加わるのを抑制することができる。このようにして、図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子が形成される。

第１実施形態の製造プロセスでは、上記のように、半導体素子層８の発光領域１５ａの全ての側端部（活性層４の側面）が樹脂層１４により覆われた状態で、非発光領域１５ｂを含む半導体素子層８に対応する領域から素子分離することによって、同一のウェハ上に形成された複数の素子の溝部９内に均一に蛍光体が含有された樹脂層１４を形成した後に素子分離を行うことができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体の含有率や樹脂層１４の厚みなどがばらつくのを抑制することができる。これにより、樹脂層１４の特性がばらつくのを抑制することができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体が含有された樹脂層１４の特性のばらつきに起因して、素子の発光特性がばらつくのを抑制することができる。

（第２実施形態）
図１５は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図であり、図１６は、図１５の７００−７００線に沿った断面図である。図１５および図１６を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、活性層を有する半導体素子層を貫通する溝部を形成する場合について説明する。

この第２実施形態では、図１６に示すように、導電性基板２１上に、約２００ｎｍの厚みを有するとともに、Ａｇ層からなるｐ側電極２２が接合されている。なお、導電性基板２１は、半導体、金属、導電性樹脂フィルム、または、金属と金属酸化物との複合材料からなる。導電性基板２１に使用される半導体としては、劈開性を有するＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓおよびＺｎＯなどがある。また、導電性基板２１に使用される金属としては、Ａｌ、Ｆｅ−ＮｉおよびＣｕ−Ｗなどがある。また、導電性基板２１に使用される導電性樹脂フィルムとしては、金属などの導電性微粒子が分散した樹脂フィルムなどがある。また、導電性基板２１に使用される金属と金属酸化物との複合材料としては、Ｃｕ−ＣｕＯなどがある。

ｐ側電極２２上には、ｐ型コンタクト層２３、ｐ型クラッド層２４、ｐ型キャップ層２５、活性層２６およびｎ型クラッド層２７が順次形成されている。そして、ｐ型コンタクト層２３、ｐ型クラッド層２４、ｐ型キャップ層２５、活性層２６およびｎ型クラッド層２７によって、半導体素子層２８が構成されている。なお、ｐ型コンタクト層２３、ｐ型クラッド層２４、ｐ型キャップ層２５、活性層２６およびｎ型クラッド層２７は、それぞれ、上記第１実施形態のｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、ｐ型キャップ層５、活性層４およびｎ型クラッド層３と同様の組成および厚みを有する。なお、活性層２６は、本発明の「発光層」の一例である。

ここで、第２実施形態では、素子の側端面から所定の間隔を隔てた領域において、半導体素子層２８を構成するｎ型クラッド層２７の表面から活性層２６を貫通してｐ型コンタクト層２３までが除去されることにより、ｐ側電極２２の表面の一部が露出されている。これにより、素子の側端面から所定の間隔を隔てた領域に、活性層２６を有する半導体素子層２８を貫通するとともに、ｐ側電極２２の露出した表面を底面とする溝部２９が形成されている。この溝部２９は、図１５および図１６に示すように、素子の外側に位置する半導体素子層２８（活性層２６）と、素子の内側に位置する半導体素子層２８（活性層２６）とを分断するように、かつ、素子の内側に位置する半導体素子層２８（活性層２６）を囲むように形成されている。また、溝部２９は、約３０μｍ〜約１００μｍの幅を有する。

また、図１６に示すように、溝部２９よりも内側に位置する半導体素子層２８（ｎ型クラッド層２７）の上面を覆うように、導電性基板２１側から順に、約１ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約５ｎｍの厚みを有するＡｌ層とからなるｎ側電極３０が形成されている。このｎ側電極３０を構成するＴｉ層およびＡｌ層の厚みを、それぞれ、約１ｎｍおよび約５ｎｍと小さくすることによって、活性層２６で生成された光がｎ側電極３０を透過することが可能になる。なお、この第２実施形態では、溝部２９よりも外側に位置する半導体素子層２８（ｎ型クラッド層２７）上にはｎ側電極３０が形成されていないので、溝部２９よりも内側に位置する半導体素子層２８にのみ電流が注入される。このため、溝部２９よりも内側に位置する平面的に見て矩形状の半導体素子層２８の活性層２６が発光領域３３ａとなる一方、溝部２９よりも外側に位置する半導体素子層２８の活性層２６が非発光領域３３ｂとなる。そして、第２実施形態では、図１５に示すように、半導体素子層２８の発光領域３３ａの全ての側端部に、上記した溝部２９が隣接している。すなわち、発光領域３３ａの側端部を取り囲むように溝部２９が形成されている。

また、図１５および図１６に示すように、ｎ側電極３０上の所定領域には、数十μｍ〜数ｍｍの厚みを有するＡｕ層、Ｃｕ層またはＡｌ層からなるとともに、円形状の平面形状を有するｎ側導電層３１が形成されている。このｎ側導電層３１の導電性基板２１とは反対側の端部は、後述する樹脂層３２の表面から突出している。

また、図１６に示すように、溝部２９内を埋め込むように、かつ、半導体素子層２８と、ｎ側電極３０と、ｎ側導電層３１の導電性基板２１とは反対側の端部以外の領域とを覆うようにエポキシ系樹脂からなる樹脂層３２が形成されている。このため、溝部２９内に位置する活性層２６の全ての側面は、樹脂層３２により覆われている。また、樹脂層３２は、発光領域３３ａの出射方向（ｎ側電極３０）側の表面も覆うように形成されている。樹脂層３２には、上記第１実施形態の蛍光体と同様の蛍光体が含有されている。なお、樹脂層３２は、本発明の「蛍光体を含む層」の一例である。

第２実施形態では、上記のように、活性層２６を有する半導体素子層２８の発光領域３３ａの全ての側端部に隣接するように、半導体素子層２８の表面から活性層２６を貫通してｐ側電極２２の表面に達する溝部２９を設けるとともに、その溝部２９内に蛍光体が含有された樹脂層３２を埋め込むように形成することによって、半導体素子層２８の発光領域３３ａの全ての側端部（活性層２６の側面）を溝部２９内の樹脂層３２により覆うことができるので、半導体素子層２８の発光領域３３ａの側端部（活性層２６の側面）から外側に放出される光を樹脂層３２の蛍光体により波長変換することができる。これにより、上記第１実施形態と同様、発光方向により光のスペクトルがばらつくのを抑制することができるので、素子の発光特性を向上させることができる。また、素子分離を行う前に蛍光体が含有された樹脂層３２を溝部２９内に形成すれば、同一のウェハ上に形成された複数の素子の溝部２９内に均一に蛍光体が含有された樹脂層３２を形成した後に素子分離を行うことができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体の含有率や樹脂層３２の厚みなどがばらつくのを抑制することができる。これにより、樹脂層３２の特性がばらつくのを抑制することができるので、上記第１実施形態と同様、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体が含有された樹脂層３２の特性のばらつきに起因して、素子の発光特性がばらつくのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、半導体素子層２８の表面から活性層２６を貫通してｐ側電極２２の表面に達する溝部２９を形成することによって、溝部２９が半導体素子層２８を貫通していない場合に、溝部２９の底部下に位置する半導体素子層２８の樹脂層３２により覆われていない領域から光が外側に放出されるのを抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

図１７〜図２８は、図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。次に、図１５〜図２８を参照して、第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。

まず、図１７に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、成長用基板としてのサファイア基板３４上に、バッファ層３５を成長させる。具体的には、サファイア基板３４を約４００℃〜約７００℃の成長温度に保持した状態で、ＮＨ_３およびＴＭＧａからなる原料ガスと、ＳｉＨ_４からなるドーパントガスとを用いて、サファイア基板３４の（０００１）面上に、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの厚みを有するＳｉがドープされた非単結晶のＧａＮからなるバッファ層３５を成長させる。

続いて、バッファ層３５上に、上記第１実施形態のｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型キャップ層５、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７と同様の成膜条件をそれぞれ用いて、ｎ型クラッド層２７、活性層２６、ｐ型キャップ層２５、ｐ型クラッド層２４およびｐ型コンタクト層２３を順次成長させる。この後、熱処理または電子線処理を行うことにより、ｐ型キャップ層２５、ｐ型クラッド層２４およびｐ型コンタクト層２３のｐ型化を行う。このようにして、ｐ型コンタクト層２３、ｐ型クラッド層２４、ｐ型キャップ層２５、活性層２６およびｎ型クラッド層２７によって構成される半導体素子層２８を形成する。この後、真空蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層２３上に、約２００ｎｍの厚みを有するＡｇ層からなるｐ側電極２２を形成する。

次に、図１８に示すように、ｐ側電極２２上に、導電性基板２１を接合する。この際、Ａｕ−ＳｎやＰｄ−Ｓｎなどからなる半田を介して、ｐ側電極２２上に導電性基板２１を接合してもよいし、Ａｇからなる導電性ペーストを介して、ｐ側電極２２上に導電性基板２１を接合してもよい。また、ｐ側電極２２上に導電性基板２１を直接貼り合せた後、約４００℃〜約１０００℃の温度条件下で加圧することによって、ｐ側電極２２上に導電性基板２１を接合してもよい。また、導電性基板２１に電界を加える陽極接合法を用いて、ｐ側電極２２上に導電性基板２１を接合するようにしてもよい。

この後、バッファ層３５を溶融することによって、半導体素子層２８からサファイア基板３４を分離する。具体的には、まず、サファイア基板３４側からＮｄ−ＹＡＧレーザ光の第４高調波（波長：約２６６ｎｍ）を照射することによりバッファ層３５にレーザ光を吸収させることによって、バッファ層３５の構成材料であるＧａＮをＧａとＮ_２に分解する。この状態でサファイア基板３４を約４０℃に加熱することによって、分解されたＧａが溶融状態となるので、半導体素子層２８からサファイア基板３４が分離される。これにより、図１９に示すように、ｎ型クラッド層２７の表面が露出された状態にする。

次に、図２０および図２１に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型クラッド層２７上の溝部２９（図１５および図１６参照）が形成される領域以外の領域に、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２膜３６を形成する。

次に、第２実施形態では、図２２および図２３に示すように、塩素系ガスによるドライエッチング技術を用いて、ＳｉＯ_２膜３６をマスクとして、半導体素子層２８を構成するｎ型クラッド層２７の表面から活性層２６を貫通してｐ型コンタクト層２３までをエッチングすることによって、ｐ側電極２２の表面の一部を露出させる。これにより、活性層２６を有する半導体素子層２８を貫通するとともに、ｐ側電極２２の露出した表面を底面とする溝部２９が形成される。また、溝部２９は、約３０μｍ〜約１００μｍの幅を有するように形成される。この後、ＳｉＯ_２膜３６を除去する。

次に、図２４および図２５に示すように、真空蒸着法を用いて、溝部２９に囲まれた領域に位置する半導体素子層２８（ｎ型クラッド層２７）上に、導電性基板２１側から順に、約１ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約５ｎｍの厚みを有するＡｌ層とからなる透光性のｎ側電極３０を形成する。これにより、溝部２９に囲まれた領域に位置する半導体素子層２８にのみ電流が注入されるので、溝部２９に囲まれた領域に位置する半導体素子層２８の活性層２６が発光領域３３ａとなる一方、溝部２９の外側に位置する半導体素子層２８の活性層２６が非発光領域３３ｂとなる。また、半導体素子層２８の発光領域３３ａの全ての側端部が溝部２９に隣接することにより、発光領域３３ａの側端部を取り囲むように溝部２９が形成される。この後、メッキ法を用いて、ｎ側電極３０上の所定領域に、数十μｍ〜数ｍｍの厚みを有するＡｕ層、Ｃｕ層またはＡｌ層からなるとともに、矩形状の平面形状を有するｎ側導電層３１を形成する。

次に、第２実施形態では、図２６に示すように、スピンコート法を用いて、溝部２９内を埋め込むように、かつ、全面を覆うように、上記第１実施形態の蛍光体と同様の蛍光体が含有されたエポキシ系樹脂からなる樹脂層３２を形成する。これにより、半導体素子層２８の発光領域３３ａの全ての側端部および光出射方向側の表面が樹脂層３２により覆われる。

次に、図２７および図２８に示すように、酸素系ガスによるプラズマ処理を行うことにより、樹脂層３２の所定領域を除去することによって、ｎ側導電層３１の導電性基板２１とは反対側の端部を露出させる。

最後に、第２実施形態では、半導体素子層２８の発光領域３３ａの全ての側端部および上面が樹脂層３２により覆われた状態で、非発光領域３３ｂを含む半導体素子層２８（図２７および図２８の破線Ｌ２）に対応する領域に切込みを入れた後、その切込みに沿って素子分離する。この際、上記第１実施形態と同様の素子分離工程を行う。このようにして、図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子が形成される。

第２実施形態の製造プロセスでは、上記のように、半導体素子層２８の発光領域３３ａの全ての側端部（活性層２６の側面）が樹脂層３２により覆われた状態で、非発光領域３３ｂを含む半導体素子層２８に対応する領域から素子分離することによって、同一のウェハ上に形成された複数の素子の溝部２９内に均一に蛍光体が含有された樹脂層３２を形成した後に素子分離を行うことができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体の含有率や樹脂層３２の厚みなどがばらつくのを抑制することができる。これにより、樹脂層３２の特性がばらつくのを抑制することができるので、上記第１実施形態と同様、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体が含有された樹脂層３２の特性のばらつきに起因して、素子の発光特性がばらつくのを抑制することができる。

（第３実施形態）
図２９は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図であり、図３０は、図２９の１２００−１２００線に沿った断面図である。図２９および図３０を参照して、この第３実施形態では、上記第１実施形態の構成において、非発光領域を含む半導体素子層を形成しない場合について説明する。

この第３実施形態では、図３０に示すように、サファイア基板４１の（０００１）面上に、バッファ層４２、ｎ型クラッド層４３、活性層４４、ｐ型キャップ層４５、ｐ型クラッド層４６およびｐ型コンタクト層４７が順次形成されている。そして、ｎ型クラッド層４３、活性層４４、ｐ型キャップ層４５、ｐ型クラッド層４６およびｐ型コンタクト層４７によって、半導体素子層４８が構成されている。なお、バッファ層４２、ｎ型クラッド層４３、活性層４４、ｐ型キャップ層４５、ｐ型クラッド層４６およびｐ型コンタクト層４７は、それぞれ、上記第１実施形態のバッファ層２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型キャップ層５、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７と同様の組成および厚みを有する。なお、活性層４４は、本発明の「発光層」の一例である。

ここで、第３実施形態では、素子の側端部近傍において、半導体素子層４８を構成するｐ型コンタクト層４７の表面から活性層４４を貫通してｎ型クラッド層４３の途中の深さまでが除去されることにより、ｎ型クラッド層４３の表面の一部が露出されている。これにより、素子の側端部近傍に、活性層４４を貫通するとともに、ｎ型クラッド層４３の露出した表面と、半導体素子層４８の側面とにより構成される凹部４９が形成されている。この凹部４９は、図２９に示すように、素子の外縁に沿って形成されている。

また、図３０に示すように、半導体素子層４８（ｐ型コンタクト層４７）の上面を覆うように、上記第１実施形態のｐ側電極１０と同様の組成および厚みを有する透光性のｐ側電極５０が形成されている。また、凹部４９を構成するｎ型クラッド層４３の露出した表面上の所定領域には、上記第１実施形態のｎ側電極１１と同様の組成および厚みを有するｎ側電極５１が形成されている。これにより、半導体素子層４８に電流が注入されるので、半導体素子層４８の活性層４４が発光領域５５ａとなる。なお、第３実施形態では、非発光領域を含む半導体素子層が存在しない。また、ｐ側電極５０上の所定領域には、上記第１実施形態のｐ側導電層１２と同様の組成および厚みを有するｐ側導電層５２が形成されている。また、ｎ側電極５１上の所定領域には、上記第１実施形態のｎ側導電層１３と同様の組成および厚みを有するｎ側導電層５３が形成されている。ｐ側導電層５２およびｎ側導電層５３のサファイア基板４１とは反対側の端部は、後述する樹脂層５４の表面から突出している。

また、凹部４９を埋め込むように、かつ、半導体素子層４８と、ｐ側電極５０およびｎ側電極５１と、ｐ側導電層５２およびｎ側導電層５３のサファイア基板４１とは反対側の端部以外の領域とを覆うようにエポキシ系樹脂からなる樹脂層５４が形成されている。すなわち、活性層４４の全ての側面は、樹脂層５４により覆われている。また、樹脂層５４は、発光領域５５ａの出射方向（ｐ側電極５０）側の表面も覆うように形成されている。この樹脂層５４には、上記第１実施形態の蛍光体と同様の蛍光体が含有されている。なお、樹脂層５４は、本発明の「蛍光体を含む層」の一例である。

図３１〜図３９は、図２９および図３０に示した第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。次に、図２９〜図３９を参照して、第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。

まず、図３２に示すように、図３に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、サファイア基板４１の（０００１）面上に、バッファ層４２を介して、窒化物系半導体各層（４３〜４７）によって構成される半導体素子層４８を形成する。なお、半導体素子層４８を構成する窒化物系半導体各層（４３〜４７）を形成する際には、上記第１実施形態の窒化物系半導体各層（３〜７）と同様の成膜条件をそれぞれ用いる。この後、図３１および図３２に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型コンタクト層４７上の発光領域５５ａを含む半導体素子層４８（図２９および図３０参照）が形成される領域に、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２膜５６を形成する。

次に、第３実施形態では、図３３および図３４に示すように、塩素系ガスによるドライエッチング技術を用いて、ＳｉＯ_２膜５６をマスクとして、半導体素子層４８を構成するｐ型コンタクト層４７の表面から活性層４４を貫通してｎ型クラッド層４３の途中の深さまでをエッチングすることによって、ｎ型クラッド層４３の表面の一部を露出させる。これにより、活性層４４を貫通するとともに、ｎ型クラッド層４３の露出した表面を底面とする溝部５７が形成される。また、溝部５７は、約３０μｍ〜約１００μｍの幅を有するように形成される。この後、ＳｉＯ_２膜５６を除去する。

次に、図３５および図３６に示すように、真空蒸着法を用いて、エッチングされずに残った半導体素子層４８（ｐ型コンタクト層４７）上に、上記第１実施形態のｐ側電極１０と同様の組成および厚みを有する透光性のｐ側電極５０を形成する。この後、真空蒸着法を用いて、ｎ型クラッド層４３の露出した表面（溝部５７の底面）上の所定領域に、上記第１実施形態のｎ側電極１１と同様の組成および厚みを有するｎ側電極５１を形成する。これにより、エッチングされずに残った半導体素子層４８に電流が注入されるので、その半導体素子層４８の活性層４４が発光領域５５ａとなる。また、半導体素子層４８の発光領域５５ａの全ての側端部が溝部５７に隣接する。この後、メッキ法を用いて、ｐ側電極５０上の所定領域に、上記第１実施形態のｐ側導電層１２と同様の組成および厚みを有するｐ側導電層５２を形成した後、メッキ法を用いて、ｎ側電極５１上の所定領域に、上記第１実施形態のｎ側導電層１３と同様の組成および厚みを有するｎ側導電層５３を形成する。

次に、図３７に示すように、スピンコート法を用いて、溝部５７内を埋め込むように、かつ、全面を覆うように、上記第１実施形態の蛍光体と同様の蛍光体が含有されたエポキシ系樹脂からなる樹脂層５４を形成する。これにより、半導体素子層４８の発光領域５５ａの全ての側端部および光出射方向側の表面が樹脂層５４により覆われる。

次に、図３８および図３９に示すように、酸素系ガスによるプラズマ処理を行うことにより、樹脂層５４の所定領域を除去することによって、ｐ側導電層５２およびｎ側導電層５３のサファイア基板４１とは反対側の端部を露出させる。

最後に、第３実施形態では、半導体素子層４８の発光領域５５ａの全ての側端部および上面が樹脂層５４により覆われた状態で、溝部５７の底面（図３８および図３９の破線Ｌ３）に対応する領域に切込みを入れた後、その切込みに沿って素子分離する。この際、上記第１実施形態と同様の素子分離工程を行う。このようにして、図２９および図３０に示した第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子が形成される。

第３実施形態の製造プロセスでは、上記のように、活性層４４を有する半導体素子層４８の発光領域５５ａの全ての側端部に隣接するように、半導体素子層４８の表面から活性層４４を貫通してｎ型クラッド層４３の途中の深さに達する溝部５７を形成した後、その溝部５７内を埋め込むように蛍光体が含有された樹脂層５４を形成することによって、半導体素子層４８の発光領域５５ａの全ての側端部（活性層４４の側面）を溝部５７内の樹脂層５４により覆うことができるので、半導体素子層４８の発光領域５５ａの側端部（活性層４４の側面）から外側に放出される光を樹脂層５４の蛍光体により波長変換することができる。これにより、上記第１実施形態と同様、発光方向により光のスペクトルがばらつくのを抑制することができるので、素子の発光特性を向上させることができる。また、半導体素子層４８の発光領域５５ａの全ての側端部（活性層４４の側面）が樹脂層５４により覆われた状態で、溝部５７の底面に対応する領域から素子分離することによって、同一のウェハ上に形成された複数の素子の溝部５７内に均一に蛍光体が含有された樹脂層５４を形成した後に素子分離を行うことができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体の含有率や樹脂層５４の厚みなどがばらつくのを抑制することができる。これにより、樹脂層５４の特性がばらつくのを抑制することができるので、上記第１実施形態と同様、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体が含有された樹脂層５４の特性のばらつきに起因して、素子の発光特性がばらつくのを抑制することができる。このように、第３実施形態では、上記第１実施形態と同様、同一のウェハから形成される複数の素子において、素子の発光特性がばらつくのを抑制し、かつ、素子の発光特性を向上させることができる。

また、第３実施形態では、非発光領域を含む半導体素子層を形成せずに、発光領域５５ａを含む半導体素子層４８のみを形成することによって、発光領域５５ａを素子の側端面方向に大きくすることができるので、発光特性をより向上させることができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図４０は、本発明の第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図であり、図４１は、図４０の１７００−１７００線に沿った断面図である。図４０および図４１を参照して、この第４実施形態では、上記第２実施形態の構成において、非発光領域を含む半導体素子層を形成しない場合について説明する。

この第４実施形態では、図４１に示すように、導電性基板６１上に、上記第２実施形態のｐ側電極２２と同様の組成および厚みを有するｐ側電極６２が接合されている。ｐ側電極６２上には、ｐ型コンタクト層６３、ｐ型クラッド層６４、ｐ型キャップ層６５、活性層６６およびｎ型クラッド層６７が順次形成されている。そして、ｐ型コンタクト層６３、ｐ型クラッド層６４、ｐ型キャップ層６５、活性層６６およびｎ型クラッド層６７によって、半導体素子層６８が構成されている。なお、ｐ型コンタクト層６３、ｐ型クラッド層６４、ｐ型キャップ層６５、活性層６６およびｎ型クラッド層６７は、それぞれ、上記第１実施形態のｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、ｐ型キャップ層５、活性層４およびｎ型クラッド層３と同様の組成および厚みを有する。なお、活性層６６は、本発明の「発光層」の一例である。

ここで、第４実施形態では、素子の側端部近傍において、半導体素子層６８を構成するｎ型クラッド層６７の表面から活性層６６を貫通してｐ型コンタクト層６３までが除去されることにより、ｐ側電極６２の表面の一部が露出されている。これにより、素子の側端部近傍に、活性層６６を有する半導体素子層６８を貫通するとともに、ｐ側電極６２の露出した表面と、半導体素子層６８の側面とにより構成される凹部６９が形成されている。この凹部６９は、図４０に示すように、素子の外縁に沿って形成されている。

また、図４１に示すように、半導体素子層６８（ｎ型クラッド層６７）の上面を覆うように、上記第２実施形態のｎ側電極３０と同様の組成および厚みを有する透光性のｎ側電極７０が形成されている。これにより、半導体素子層６８に電流が注入されるので、半導体素子層６８の活性層６６が発光領域７３ａとなる。また、ｎ側電極７０上の所定領域には、上記第２実施形態のｎ側導電層３１と同様の組成および厚みを有するｎ側導電層７１が形成されている。ｎ側導電層７１の導電性基板６１とは反対側の端部は、後述する樹脂層７２の表面から突出している。

また、凹部６９を埋め込むように、かつ、半導体素子層６８と、ｎ側電極７０と、ｎ側導電層７１の導電性基板６１とは反対側の端部以外の領域とを覆うようにエポキシ系樹脂からなる樹脂層７２が形成されている。すなわち、活性層６６の側面は、樹脂層７２により覆われている。また、樹脂層７２は、発光領域７３ａの出射方向（ｎ側電極７０）側の表面も覆うように形成されている。この樹脂層７２には、上記第１実施形態の蛍光体と同様の蛍光体が含有されている。なお、樹脂層７２は、本発明の「蛍光体を含む層」の一例である。

図４２〜図５１は、図４０および図４１に示した第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。次に、図４０〜図５１を参照して、第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスについて説明する。

まず、図４２に示すように、図１７および図１８に示した第２実施形態と同様のプロセスを用いて、成長用基板としてのサファイア基板３４の（０００１）面上に、バッファ層３５を介して窒化物系半導体各層（６７〜６３）によって構成される半導体素子層６８を形成するとともに、半導体素子層６８（ｐ型コンタクト層６３）上にｐ側電極６２を形成した後、ｐ側電極６２上に導電性基板６１を接合する。なお、バッファ層３５を形成する際には、上記第２実施形態のバッファ層３５と同様の成膜条件を用いる。また、半導体素子層６８を構成する窒化物系半導体各層（６７〜６３）を形成する際には、上記第１実施形態の窒化物系半導体各層（３〜７）と同様の成膜条件をそれぞれ用いる。また、ｐ側電極６２および導電性基板６１は、上記第２実施形態のｐ側電極２２および導電性基板２１と同様の組成および厚みを有する。

次に、図４３および図４４に示すように、図１８および図１９に示した第２実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型クラッド層６７の表面を露出させた後、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型クラッド層６７上の発光領域７３ａを含む半導体素子層６８（図４０および図４１参照）が形成される領域に、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２膜７４を形成する。

次に、第４実施形態では、図４５および図４６に示すように、塩素系ガスによるドライエッチング技術を用いて、ＳｉＯ_２膜７４をマスクとして、半導体素子層６８を構成するｎ型クラッド層６７の表面から活性層６６を貫通してｐ型コンタクト層６３までをエッチングすることによって、ｐ側電極６２の表面の一部を露出させる。これにより、活性層６６を有する半導体素子層６８を貫通するとともに、ｐ側電極６２の露出した表面を底面とする溝部７５が形成される。また、溝部７５は、約３０μｍ〜約１００μｍの幅を有するように形成される。この後、ＳｉＯ_２膜７４を除去する。

次に、図４７および図４８に示すように、真空蒸着法を用いて、エッチングされずに残った半導体素子層６８（ｎ型クラッド層６７）上に、上記第２実施形態のｎ側電極３０と同様の組成および厚みを有する透光性のｎ側電極７０を形成する。これにより、エッチングされずに残った半導体素子層６８に電流が注入されるので、その半導体素子層６８の活性層６６が発光領域７３ａとなる。また、半導体素子層６８の発光領域７３ａの全ての側端部が溝部７５に隣接する。この後、メッキ法を用いて、ｎ側電極７０上の所定領域に、上記第２実施形態のｎ側導電層３１と同様の組成および厚みを有するｎ側導電層７１を形成する。

次に、第４実施形態では、図４９に示すように、スピンコート法を用いて、溝部７５を埋め込むように、かつ、全面を覆うように、上記第１実施形態の蛍光体と同様の蛍光体が含有されたエポキシ系樹脂からなる樹脂層７２を形成する。これにより、半導体素子層６８の発光領域７３ａの全ての側端部および光出射方向側の表面が樹脂層７２により覆われる。

次に、図５０および図５１に示すように、酸素系ガスによるプラズマ処理を行うことにより、樹脂層７２の所定領域を除去することによって、ｎ側導電層７１の導電性基板６１とは反対側の端部を露出させる。

最後に、第４実施形態では、半導体素子層６８の発光領域７３ａの全ての側端部および上面が樹脂層７２により覆われた状態で、溝部７５の底面（図５０および図５１の破線Ｌ４）に対応する領域に切込みを入れた後、その切込みに沿って素子分離する。この際、上記第１実施形態と同様の素子分離工程を行う。このようにして、図４０および図４１に示した第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子が形成される。

第４実施形態の製造プロセスでは、上記のように、活性層６６を有する半導体素子層６８の発光領域７３ａの全ての側端部に隣接するように、半導体素子層６８の表面から活性層６６を貫通してｐ側電極６２の表面に達する溝部７５を形成した後、その溝部７５内を埋め込むように蛍光体が含有された樹脂層７２を形成することによって、半導体素子層６８の発光領域７３ａの全ての側端部（活性層６６の側面）を溝部７５内の樹脂層７２により覆うことができるので、半導体素子層６８の発光領域７３ａの側端部（活性層６６の側面）から外側に放出される光を樹脂層７２の蛍光体により波長変換することができる。これにより、上記第２実施形態と同様、発光方向により光のスペクトルがばらつくのを抑制することができるので、素子の発光特性を向上させることができる。また、半導体素子層６８の発光領域７３ａの全ての側端部（活性層６６の側面）が樹脂層７２により覆われた状態で、溝部７５の底面に対応する領域から素子分離することによって、同一のウェハ上に形成された複数の素子の溝部７５内に均一に蛍光体が含有された樹脂層７２を形成した後に素子分離を行うことができるので、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体の含有率や樹脂層７２の厚みなどがばらつくのを抑制することができる。これにより、樹脂層７２の特性がばらつくのを抑制することができるので、上記第２実施形態と同様、同一のウェハから形成される複数の素子において、蛍光体が含有された樹脂層７２の特性のばらつきに起因して、素子の発光特性がばらつくのを抑制することができる。このように、第４実施形態では、上記第２実施形態と同様、同一のウェハから形成される複数の素子において、素子の発光特性がばらつくのを抑制し、かつ、素子の発光特性を向上させることができる。

また、第４実施形態では、非発光領域を含む半導体素子層を形成せずに、発光領域７３ａを含む半導体素子層６８のみを形成することによって、発光領域７３ａを素子の側端面方向に大きくすることができるので、発光特性をより向上させることができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、半導体素子層の活性層を貫通する溝部を形成したが、本発明はこれに限らず、溝部が半導体素子層の活性層に達していればよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、半導体素子層の発光領域の全ての側端部に隣接するように溝部を形成したが、本発明はこれに限らず、溝部が半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部に隣接していればよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、数μｍの直径を有する蛍光体が含有された樹脂層を用いたが、本発明はこれに限らず、ナノサイズの蛍光体が含有された樹脂層を用いてもよい。この場合、溝部の幅の下限寸法を数百ｎｍ以下と小さくすることができるので、その分、素子サイズを小さくすることができる。

また、上記第１〜第４実施形態では、エポキシ系樹脂からなる樹脂層に蛍光体を含有したが、本発明はこれに限らず、ユリア系樹脂およびシリコン系樹脂などからなる樹脂層に蛍光体を含有させてもよい。また、樹脂以外の材料からなる層に蛍光体を含有させてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物系半導体各層を結晶成長させたが、本発明はこれに限らず、ＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法やガスソースＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いて、窒化物系半導体各層を結晶成長させてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、窒化物系半導体各層の表面が（０００１）面になるように積層したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体各層の表面が他の方向になるように積層してもよい。たとえば、窒化物系半導体各層の表面が（１−１００）面や（１１−２０）面になるように積層してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮなどからなる層を含む半導体素子層を用いたが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮからなる層以外の層を含む半導体素子層を用いてもよい。また、ＺｎＯなどの酸化物系半導体からなる層を含む半導体素子層を用いてもよい。また、半導体の結晶構造としては、ウルツ鉱型構造であってもよいし、閃亜鉛鉱型構造であってもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、溝部内に、蛍光体が含有された樹脂層を形成したが、本発明はこれに限らず、溝部内に、蛍光体のみからなる層を形成してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、素子全体を覆う樹脂層（保護層）を形成しない例を示したが、本発明はこれに限らず、素子全体を覆うように、エポキシ系樹脂からなる樹脂層（保護層）を形成してもよい。この場合、青から紫外領域（短波長）の光を生成する発光領域を有する発光素子においては、発光領域の側端部から放出される短波長の光を溝部内の蛍光体により波長変換できるので、素子の側面から外側に放出される短波長の光を減少させることができる。これにより、素子全体を樹脂層（保護層）により覆う場合に、その樹脂層（保護層）が短波長の光を吸収することにより劣化するのを抑制することができるので、素子の信頼性を向上させることができる。

また、上記第１および第３実施形態では、サファイア基板上に、バッファ層および半導体素子層を順次形成したが、本発明はこれに限らず、サファイア基板上に、窒化物系半導体からなる分布ブラッグ反射膜を介して、バッファ層および半導体素子層を順次形成してもよい。このように構成すれば、サファイア基板側から光が放出されるのを抑制することができる。ここで、第１および第３実施形態では、サファイア基板の側面上には蛍光体が含有された樹脂層を形成しないので、サファイア基板の側面から放出される光は波長変換されない。このため、第１および第３実施形態では、サファイア基板の側面から光が放出されるのを抑制するために、上記した反射膜を設けるのが好ましい。

また、上記第２および第４実施形態では、成長用基板としてサファイア基板を用いたが、本発明はこれに限らず、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、ＧａＡｓ基板、ＭｇＯ基板、ＺｎＯ基板およびスピネル基板などを成長用基板として用いてもよい。

また、上記第２および第４実施形態では、半導体素子層（ｎ型クラッド層）の上面を覆うように、導電性基板側から順に、約１ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約５ｎｍの厚みを有するＡｌ層とからなる透光性のｎ側電極を形成したが、本発明はこれに限らず、半導体素子層（ｎ型クラッド層）上に、導電性基板側から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなる第１実施形態と同様の透光性を有しないｎ側電極を用いてもよい。この第１実施形態と同様の透光性を有しないｎ側電極を用いる場合には、半導体素子層（ｎ型クラッド層）の上面上の一部に設けるのが好ましい。

また、上記第２および第４実施形態では、Ａｇ層からなる単層のｐ側電極を用いたが、本発明はこれに限らず、導電性基板との接合力を強くするために、ｐ側電極と導電性基板との間にパッド電極を形成するのが好ましい。また、導電性基板との接合に半田を用いる場合は、ｐ側電極の保護膜としてＰｔやＰｄなどからなるバリアメタルを形成するのが好ましい。また、Ａｌ層からなる単層のｐ側電極を用いてもよい。

また、上記第２および第４実施形態では、成長用基板としてのサファイア基板と半導体素子層との間に形成されたバッファ層を溶融することによって、半導体素子層からサファイア基板を分離したが、本発明はこれに限らず、サファイア基板を研磨することにより、半導体素子層からサファイア基板を分離してもよい。また、ドライエッチング技術を用いてサファイア基板をエッチングすることにより、半導体素子層からサファイア基板を分離してもよい。なお、成長用基板としてＳｉ基板やＧａＡｓ基板を用いる場合には、ウェットエッチング技術を用いるのが好ましい。

本発明の第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図１の１００−１００線に沿った断面図である。 図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図４の２００−２００線に沿った断面図である。 図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図６の３００−３００線に沿った断面図である。 図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図８の４００−４００線に沿った断面図である。 図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図１０の５００−５００線に沿った断面図である。 図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図１３の６００−６００線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図１５の７００−７００線に沿った断面図である。 図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図２０の８００−８００線に沿った断面図である。 図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図２２の９００−９００線に沿った断面図である。 図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図２４の１０００−１０００線に沿った断面図である。 図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 図１５および図１６に示した第２実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図２７の１１００−１１００線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図２９の１２００−１２００線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図３１の１３００−１３００線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図３３の１４００−１４００線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図３５の１５００−１５００線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。 本発明の第３実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図３８の１６００−１６００線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図４０の１７００−１７００線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図４３の１８００−１８００線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図４５の１９００−１９００線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図４７の２０００−２０００線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体発光ダイオード素子の構造を示した平面図である。 図５０の２１００−２１００線に沿った断面図である。

符号の説明

４、２６、４４、６６ 活性層（発光層）
１５ａ、３３ａ、５５ａ、７３ａ 発光領域
８、２８、４８、６８ 半導体素子層
９、２９、５７、７５ 溝部
１４、３２、５４、７２ 樹脂層（蛍光体を含む層）

Claims (8)

1. 発光層を有する発光領域を含む半導体素子層と、
   前記半導体素子層の前記発光領域の少なくとも１つの側端部に隣接するように設けられ、前記半導体素子層の表面から前記発光層に達する溝部と、
   前記溝部内に形成された蛍光体を含む層とを備えた、発光素子。
2. 前記蛍光体を含む層は、前記溝部内に位置する前記発光層の側面を覆うように形成されている、請求項１に記載の発光素子。
3. 前記溝部は、前記発光層の側面を取り囲むように形成されており、
   前記溝部内に形成された前記蛍光体を含む層は、前記発光層の側面を取り囲むように形成されている、請求項１または２に記載の発光素子。
4. 前記溝部は、前記半導体素子層の前記発光領域よりも外側に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. 前記半導体素子層は、前記発光領域よりも外側に設けられた非発光領域をさらに含み、
   前記溝部は、前記半導体素子層の前記発光領域と前記非発光領域との間に形成されている、請求項４に記載の発光素子。
6. 前記溝部は、前記半導体素子層を貫通するように形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 前記蛍光体を含む層は、前記溝部内のみならず、前記発光領域の出射方向側の表面も覆うように形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光素子。
8. 発光層を有する半導体素子層の発光領域の少なくとも１つの側端部に隣接するように、前記半導体素子層の表面から前記発光層に達する溝部を形成する工程と、
   前記溝部内に蛍光体を含む層を形成する工程と、
   前記溝部内に前記蛍光体を含む層が形成された状態で前記半導体素子層を各素子に分離する工程とを備えた、発光素子の製造方法。

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