JP2006294698A - 発光素子、発光素子の製造方法、およびＧａＮ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光強度を低下させずに発光素子の消費電力を低減することのできる発光素子、発光素子の製造方法、およびＧａＮ基板を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤの積層構造５０は、一方の主面１ａがＮ面により構成され、他方の主面１ｂがＧａ面により構成されたＧａＮ基板１と、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａまたは一方の主面１ａ側に形成された反転層１０と、反転層１０の表面１０ａに隣接して形成され、表面１１ａがＧａ面により構成されたＧａＮ再成長層１１と、ＧａＮ再成長層１１の表面１１ａに隣接して形成され、かつＧａＮ基板１と電気的に接続されたｎ電極９ｂと、ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂ側に形成され、電流の注入により発光する発光層４とを備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、発光素子、発光素子の製造方法、およびＧａＮ（窒化ガリウム）基板に関し、より特定的には、発光強度を低下させずに発光素子の消費電力を低減することのできる発光素子、発光素子の製造方法、およびＧａＮ基板に関する。

発光素子の１つであるＬＥＤ（Light Emitting Diode)は、携帯電話を含む携帯情報端末などの表示装置の照明や、電飾などに盛んに用いられている。ＬＥＤにおいて、赤、オレンジ、アンバー、黄緑、および緑などの発光色を持たせる場合には、ＧａＰ系、ＧａＡｓＰ系、またはＧａＡｌＡｓ系などの化合物物半導体が利用される。また、黄色、緑、および青などの発光色を持たせる場合には、ＧａＮ系の化合物半導体が利用される。

特開平１１−３１７５４６号公報（特許文献１）には、従来の発光素子が開示されている。特許文献１の発光素子では、透明のｎ型半導体基板の下面に、透明または光透過性のｎ型半導体層とｐ型半導体層とがこの順で積層されている。そして、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とによるｐｎ接合域が発光層とされている。また、ｐ型半導体層の表面にはｐ電極が形成されており、ｎ型半導体基板の上面にはｎ電極が形成されている。そして、ｎ型半導体基板が上側、発光層が下側の状態でリードフレーム上に搭載されている。発光素子に通電すると、発光層が活性化されて発光し、ｎ型半導体層およびｎ型半導体基板を抜けてｎ型半導体基板の上面から光が放出される。そして、発光層からの光は、主光取出し面側だけでなく側方へも放出され、ｐ型半導体層を透過してｐ型半導体基板の下面からも光が放出される。

ところで、従来のＧａＮ基板は、一方の主面がＮ（窒素）面で構成されており、他方の主面がＧａ（ガリウム）面で構成されている。従来の技術では、ＧａＮ基板のＮ面上には結晶性の良好なＧａＮ層をエピタキシャル成長させることが困難であった。このため、ＧａＮ基板を用いた発光素子は、Ｇａ面側に発光層などの積層構造が形成され、Ｎ面側にｎ電極が形成された構成となっている。具体的には、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、ｐ電極とがＧａ面側にこの順で積層されており、ＧａＮ基板のＮ面に隣接してｎ電極が形成されている。そして、Ｇａ面が下面、Ｎ面が上面となるようにＧａＮ基板が配置されている。
特開平１１−３１７５４６号公報

上述のように、従来のＧａＮ基板を用いた発光素子では、ＧａＮ基板のＮ面に隣接してｎ電極が形成されている。しかし、ｎ電極とＧａＮ基板のＮ面とのコンタクト抵抗が高いために、従来の発光素子には発光素子の消費電力が大きいという問題があった。特に、ヘッドランプや一般照明用途といったより高出力が必要なＬＥＤの場合には、大電流を印加することが必要となるので、消費電力の一層の低減が重要になってくる。

ここで、ｎ電極とＧａＮ基板とのコンタクト抵抗を低減する方法として、ＧａＮ基板に注入する不純物の濃度を大きくして、ＧａＮ基板の電気抵抗を下げる方法も考えられる。ＧａＮ基板に注入する不純物としてはたとえば酸素などが挙げられる。しかし、ＧａＮ基板の酸素濃度が大きくなると、ＧａＮ基板の光の透過率が低下し、発光強度が低下するという問題が生じる。このため、発光強度を低下させずに発光素子の消費電力を低減することは困難であった。

したがって、本発明の目的は、発光強度を低下させずに発光素子の消費電力を低減することのできる発光素子、発光素子の製造方法、およびＧａＮ基板を提供することである。

本発明の一の局面における発光素子は、一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板と、ＧａＮ基板の一方の主面または一方の主面側に形成された反転層と、反転層の表面に隣接して形成され、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層と、ＧａＮ層の表面に隣接して形成され、かつＧａＮ基板と電気的に接続された電極と、ＧａＮ基板の他方の主面側に形成され、電流の注入により発光する発光層とを備えている。

本発明の一の局面における発光素子の製造方法は、一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板を準備する工程と、ＧａＮ基板の一方の主面または一方の主面側に反転層を形成する反転層形成工程と、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層を反転層の表面からエピタキシャル成長させるＧａＮ層形成工程と、ＧａＮ基板と電気的に接続するように、ＧａＮ層の表面に隣接して電極を形成する電極形成工程と、ＧａＮ基板の他方の主面側に、電流の注入により発光する発光層を形成する工程とを備えている。

従来、本願発明者らは、ＧａＮ基板のＮ面またはＮ面側に反転層を形成することにより、ＧａＮ基板のＮ面側に結晶性の良好なＧａＮ層をエピタキシャル成長させる手法を見出した。エピタキシャル成長したＧａＮ層の表面はＧａ面により構成されている。これにより、ＧａＮ層のＧａ面に隣接して電極を設けることができるので、ＧａＮ基板のＮ面に隣接して電極を設ける場合に比べて、電極のコンタクト抵抗を低減することができる。また、ＧａＮ基板の不純物濃度よりもＧａＮ層の不純物濃度を大きくすることで、電極のコンタクト抵抗を低減することができる。その結果、発光素子の消費電力を低減することができる。また、電極のコンタクト抵抗を低減するためにＧａＮ基板の不純物濃度を大きくする必要がないので、発光強度は低下しない。

本発明の他の局面における発光素子は、一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板と、ＧａＮ基板の一方の主面または一方の主面側に形成された反転層と、反転層の表面に隣接して形成され、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層と、ＧａＮ層の表面に隣接して形成され、ＧａＮ層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度ＧａＮ層と、高濃度ＧａＮ層の表面に隣接して形成され、かつＧａＮ基板と電気的に接続された電極と、ＧａＮ基板の他方の主面側に形成され、電流の注入により発光する発光層とを備えている。

本発明の他の局面における発光素子の製造方法は、一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板を準備する工程と、ＧａＮ基板の一方の主面または一方の主面側に反転層を形成する反転層形成工程と、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層を反転層の表面からエピタキシャル成長させるＧａＮ層形成工程と、ＧａＮ層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度ＧａＮ層をＧａＮ層の表面からエピタキシャル成長させる高濃度ＧａＮ層形成工程と、ＧａＮ基板と電気的に接続するように、高濃度ＧａＮ層の表面に隣接して電極を形成する電極形成工程と、ＧａＮ基板の他方の主面側に、電流の注入により発光する発光層を形成する工程とを備えている。

本発明の他の発光素子およびその製造方法によれば、高濃度ＧａＮ層に隣接して電極を設けることができるので、ＧａＮ基板のＮ面に隣接して電極を設ける場合や、ＧａＮ層に隣接して電極を設ける場合に比べて、電極のコンタクト抵抗を低減することができる。その結果、発光素子の消費電力を低減することができる。また、電極のコンタクト抵抗を低減するためにＧａＮ基板の不純物濃度を大きくする必要がないので、発光強度は低下しない。

本発明の発光素子において好ましくは、平面的に見て電極と重なる領域以外の一方の主面が非鏡面化されている。

これにより、一方の主面の表面積を増加することができ、またその主面においてＧａＮと樹脂との屈折率差に起因する全反射を防止することができるので、一方の主面からの光の取出し効率を向上することができる。

上記製造方法において好ましくは、電極形成工程の前に、ＧａＮ基板の一方の主面をＫＯＨ溶液で処理する工程をさらに備えている。高濃度ＧａＮ層形成工程において、一方の主面に隣接するように高濃度ＧａＮ層を形成し、一方の主面をＫＯＨ溶液で処理する工程において、一方の主面に隣接する高濃度ＧａＮ層を除去する。

上記製造方法において好ましくは、電極形成工程の前に、ＧａＮ基板の一方の主面（Ｎ面）をＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液で処理する工程をさらに備えている。

ＧａＮ結晶のＧａ面はＫＯＨによりエッチングされ難い性質があり、ＧａＮ結晶のＮ面はＫＯＨによりエッチングされやすい性質がある。この性質を利用して、表面がＧａ面によって構成されたＧａＮ層と、表面がＮ面によって構成されたＧａＮ基板とが露出している場合に、マスクを形成せずに、ＧａＮ基板のＮ面のみを選択的にエッチングすることができる。ＧａＮ基板のＮ面をＫＯＨ溶液で処理すると、Ｎ面がエッチングされて非鏡面化し、光の取出し面積が増大するという利点がある。また、電極形成工程の前にＫＯＨ溶液処理することで、電極がエッチングされることを防止することができる。

上記製造方法において好ましくは、反転層形成工程において、ＧａＮ基板の一方の主面を荒らすことにより、ＧａＮ基板の一方の主面に反転層を形成する。

ＧａＮ基板の一方の主面を荒らした反転層を形成することにより、反転層を下地としてＧａＮ層がエピタキシャル成長しやすくなる。なお、「ＧａＮ基板の一方の主面を荒らす」とは、ＧａＮ基板の一方の主面の表面から深さ方向数層に欠陥を導入し、主面の結晶の対称性を著しく損なわせることを意味している。

上記製造方法において好ましくは、反転層形成工程において、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）、およびＦｅ（鉄）よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる反転層をＧａＮ基板の一方の主面側に形成する。

上記金属よりなる反転層を形成することにより、反転層を下地としてＧａＮ層がエピタキシャル成長しやすくなる。

上記製造方法において好ましくは、反転層形成工程において、４００℃以上８００℃以下の温度でＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いてＧａＮよりなる反転層をＧａＮ基板の一方の主面側に形成する。

上記反転層を形成することにより、反転層を下地としてＧａＮ層がエピタキシャル成長しやすくなる。

上記製造方法において好ましくは、ＧａＮ層形成工程の前に、ＧａＮ層を形成しない部分を覆うようにマスク層を形成する工程をさらに備えている。

マスク層を形成することによって、反転層が露出している部分のみにＧａＮ層を選択的に成長させることができる。

本発明のＧａＮ基板は、一方および他方の主面がともにＧａ面により構成されている。

これにより、Ｇａ面に隣接して電極を設けることができるので、ＧａＮ基板のＮ面に隣接して電極を設ける場合に比べて、電極のコンタクト抵抗を低減することができる。

なお、本発明における「発光素子」とは、ＧａＮ基板とその上に積層された半導体層とを主体に形成される積層構造または半導体チップのみを意味する場合もあるし、また、半導体チップが実装部品に搭載され樹脂封止されたデバイスのみを指す場合もある。さらに、両方の意味に用いられる場合もある。

本発明の発光素子、発光素子の製造方法、およびＧａＮ基板によれば、発光強度を低下させずに発光素子の消費電力を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの構成を示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態の発光素子としてのＬＥＤにおいては、リードフレームのマウント部２１ａが図中横方向に延在しており、このマウント部２１ａに積層構造５０が搭載されている。始めに、積層構造５０の構成について説明する。

図２は、図１の半導体チップ（積層構造）を拡大して示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図２および図３を参照して、積層構造５０は、ＧａＮ基板１と、反転層１０と、ＧａＮ層としてのＧａＮ再成長層１１と、電極としてのｎ電極９ｂと、発光層４とを主に備えている。ＧａＮ基板１は、一方の主面１ａがＮ面により構成されており、他方の主面１ｂがＧａ面により構成されており、ｎ型である。ＧａＮ基板１における一方の主面１ａ側には反転層１０と、ＧａＮ再成長層１１と、ｎ電極９ｂが形成されている。ＧａＮ基板１における他方の主面１ｂ側には発光層４が形成されている。

ＧａＮ基板１における一方の主面１ａは荒らされており、一方の主面１ａの荒らされた領域が反転層１０となっている。また、一方の主面１ａの荒らされた領域が反転層１０である場合の他、Ａｌ，Ｉｎ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｒ，およびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる反転層１０が一方の主面１ａ上に形成されていてもよい。さらに、上記金属よりなる反転層１０が形成される場合の他、結晶性の悪いＧａＮ層が反転層１０として形成されてもよい。

反転層１０の表面１０ａ上にはＧａＮ再成長層１１が形成されている。ＧａＮ再成長層１１は、ＧａＮ基板１から見て反転層１０よりも離れた位置に、反転層１０の表面に隣接して形成されている。ＧａＮ再成長層１１の表面１１ａはＧａ面で構成されている。

ＧａＮ再成長層１１上にはｎ電極９ｂが形成されている。ｎ電極９ｂは、ＧａＮ再成長層１１の表面１１ａに隣接して形成されており、かつＧａＮ再成長層１１および反転層１０を介してＧａＮ基板１と電気的に接続されている。ＧａＮ再成長層１１およびｎ電極９ｂは、たとえば平面的に見て反転層１０の中央部に形成されており、共に直径ｄ₂の円の平面形状を有している。

ＧａＮ基板１における他方の主面１ｂの下には、ｎ型のＧａＮエピタキシャル層２が形成されている。ＧａＮエピタキシャル層２の下には、たとえばＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）よりなるｎ型クラッド層３が形成されており、ｎ型クラッド層３の下には、発光層４が形成されている。発光層４は、ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂ側に形成されている。発光層４は、たとえばＡｌ_xＧａ_1-xＮ層とＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ層（０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）とが積層された量子井戸よりなっている。発光層４は、上記ｙの値を約０．１５とすることで、青色発光するようにされていてもよいし、上記ｙの値を０．２〜０．３とすることで、黄色発光するようにされていてもよい。そして、発光層４上にはたとえばＡｌ_xＧａ_1-xＮよりなるｐ型クラッド層５が形成されている。ｐ型クラッド層５の下には、たとえばｐ型ＧａＮよりなるｐ型のコンタクト層６が形成されており、コンタクト層６の下にはｐ電極９ａが形成されている。

続いて、積層構造５０以外のＬＥＤの構成について説明する。

図１を参照して、リードフレームのマウント部２１ａとｐ電極９ａとは、たとえば図示しない導電性接着剤によって接着されており、これにより互いに電気的に接続されている。リードフレームのリード部２１ｂとｎ電極９ｂとがワイヤ２３を介して電気的に接続されている。リードフレームのマウント部２１ａおよびリード部２１ｂは別体で形成されており、これによって、リードフレームのマウント部２１ａおよびリード部２１ｂは互いに絶縁されている。積層構造５０およびワイヤ２３の各々は、エポキシ系樹脂２５により封止されている。

本実施の形態のＬＥＤの動作方法は以下の通りである。所定の電位をｐ電極９ａへ与えると、ｐ電極９ａおよびｎ電極９ｂの間に電圧が発生し、ｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層５の各々から発光層４へキャリアが注入される。そして、注入されたキャリア同士が発光層４においてそれぞれ再結合し、光が発生する。この光は、ｎ電極９ｂの上面および積層構造５０の側面から放出される。

なお、本実施の形態では、発光層４から黄色または青色の光が発生する場合について示したが、発光する光の波長は任意である。

続いて、本実施の形態におけるＬＥＤの製造方法について、図４〜図１３を用いて説明する。なお、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図であり、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。

始めに、図４を参照して、ＧａＮ基板１を準備する。ＧａＮ基板１は、一方の主面１ａがＮ面により構成されており、他方の主面１ｂがＧａ面により構成されている。ここで、「一方の主面がＮ面により構成されている」とは、一方の主面の最表面がＮ原子によって終端されている状態を意味している。しかし、一方の主面に何らかの加工が施されている場合には、加工部分の最表面の大部分はＮ原子によって終端されているものの、加工部分の際表面の一部にＮ原子以外の原子が露出していることもある。本明細書では、一方の主面に何らかの加工が施されている場合であっても、少なくとも加工が施されていない部分の最表面がＮ原子によって終端されているか、あるいは加工部分の最表面の大部分がＮ原子によって終端されていれば、「一方の主面がＮ面により構成されている」ものとする。

同様に、「他方の主面がＧａ面により構成されている」とは、他方の主面の最表面がＧａ原子によって終端されている状態を意味している。本明細書では、他方の主面に何らかの加工が施されている場合であっても、少なくとも加工が施されていない部分の最表面がＧａ原子によって終端されているか、あるいは加工部分の最表面の大部分がＧａ原子によって終端されていれば、「他方の主面がＧａ面により構成されている」ものとする。

次に、ＧａＮ基板１にたとえば酸素やＳｉ（シリコン）をイオン注入することで、ＧａＮ基板１をｎ型にする。次に、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａまたは一方の主面１ａ上に反転層１０を形成する。反転層１０の形成方法としては、たとえば以下の３つの方法が挙げられる。

第１の形成方法は、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａをたとえば砥粒を用いて研磨して荒らすことにより、一方の主面１ａに反転層１０を形成する方法である。研磨後の一方の主面１ａは、図５に示すように凹凸になり、表面の平坦度が研磨前よりも悪くなる。反転層１０の最表面１０ｃは研磨されていない部分であり、この部分はＮ原子によって構成されている。ＧａＮ基板１を研磨した場合には、ＧａＮ基板１と反転層１０との間に明確な境界線はない。

第２の形成方法は、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、およびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる膜を反転層１０として一方の主面１ａ上に形成する方法である。

第３の形成方法は、４００℃以上８００℃以下の温度でＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮよりなる膜を反転層１０として一方の主面１ａ上に形成する方法である。上記条件でＧａＮよりなる膜をＮ面上に形成すると、結晶性の良好なＧａＮ結晶は得られないものの、結晶性の悪いＧａＮ結晶（ＬＴ（Low Temperature）−ＧＡＮ）が生成する。

また、反転層としてこれら以外の層を形成してもよい。反転層としては、表面がＧａ面によって構成されたＧａＮ層をＧａＮ基板のＮ面上にエピタキシャル成長させることが可能な膜であればよく、十分な光透過性を有する層であることが好ましい。

次に、図６および図７を参照して、たとえばフォトリソグラフィ技術と、スパッタ蒸着法と、リフトオフ法とを用いて、たとえばＳｉＯ₂（酸化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、またはＴｉ（チタン）などよりなるマスク層２９を反転層１０上に形成する。マスク層２９は、後述するＧａＮ再成長層１１およびｎ電極９ｂを形成しない部分を覆うように形成される。マスク層２９の孔２９ａ底部には反転層１０が露出している。

次に、図８を参照して、たとえばＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法、ＭＯＣＶＤ法、またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などの気相成長法を用いて、ＧａＮ再成長層１１を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき、ＧａＮ再成長層１１は、マスク層２９上にはエピタキシャル成長せず、マスク層２９の孔２９ａ底部に露出している反転層１０の表面１０ａからのみ成長する。成長したＧａＮ再成長層１１の表面１１ａはＧａ面により構成される。つまり、ＧａＮ基板１のＮ面側に、Ｎ面を反転させてＧａ面を露出させることができる。

また、ＧａＮ再成長層１１のエピタキシャル成長の際、たとえば原料ガスにＯ₂ガスやＨ₂Ｏガスを混合すれば、ＧａＮ再成長層１１内に酸素がドープされ、ｎ型のＧａＮ再成長層１１が得られる。また、たとえば原料ガスにＳｉＨ₄ガスを混合すれば、ＧａＮ再成長層１１内にＳｉがドープされ、ｎ型のＧａＮ再成長層１１が得られる。

さらに、ＧａＮ再成長層１１内に酸素をドープする場合、ＧａＮ再成長層１１内の酸素濃度は１×１０¹⁷／ｃｍ³以上２×１０¹⁹／ｃｍ³以下であることが好ましい。酸素濃度を１×１０¹⁷／ｃｍ³以上とすることで、ＧａＮ再成長層１１が低抵抗化され、ＬＥＤの駆動電圧を低減することができる。また、酸素濃度を２×１０¹⁹／ｃｍ³以下とすることで、特にＧａＮ再成長層１１における青色光の透過率を高く保つことができる。

次に、図９を参照して、ＧａＮ基板１を反転させ、一方の主面１ａを下面、他方の主面１ｂを上面とする。そして、たとえばＭＯＣＶＤ法などを用いて、ＧａＮエピタキシャル層２を他方の主面１ｂ上にエピタキシャル成長させる。ＧａＮ基板１の他方の主面１ｂはＧａ面によって構成されているので、結晶性の良好なＧａＮエピタキシャル層２を形成することができる。そして、ｎ型クラッド層３、発光層４、ｐ型クラッド層５、およびコンタクト層６の各々をＧａＮエピタキシャル層２上にこの順序でエピタキシャル成長させる。次に、ＧａＮ基板１を熱処理することにより、ｐ型クラッド層５およびコンタクト層６の各々に含まれる不純物を活性化する。

次に、図１０および図１１を参照して、平面的に見て矩形の積層構造の外周を取り囲むように、他方の主面１ｂ側に素子分離溝２７を形成する。素子分離溝２７は、たとえばフォトリソグラフィ技術と、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）とを用いて、コンタクト層６、ｐ型クラッド層５、発光層４、ｎ型クラッド層３、およびＧａＮエピタキシャル層２の上部の各々をＣｌ（塩素）系ガスでエッチングすることで形成される。図１０においては、幅ｄ₁の素子分離溝２７が形成されており、素子分離溝２７で囲まれた発光部分（ＭＱＷ）は、一辺ｄ₄が１．９ｍｍの正方形の平面形状となっている。

次に、図１２を参照して、ＧａＮ基板１を反転させ、一方の主面１ａを上面、他方の主面１ｂを下面とする。そして、たとえばフッ酸系の溶剤などを用いてマスク層２９を除去し、反転層１０を露出させる。

次に、図１３を参照して、たとえばフォトリソグラフィ技術と、蒸着法と、リフトオフ法とを用いて、ＧａＮ再成長層１１の表面１１ａに隣接するようにｎ電極９ｂを形成し、コンタクト層６の表面に隣接するようにｐ電極９ａを形成する。続いて、素子分離溝２７内のチップ境界Ａが側面として現れるようにスクライブを行ない、個々の積層構造に分断する。これにより、図２および図３に示す積層構造５０が得られる。

次に、図１を参照して、リードフレームのマウント部２１ａにｐ電極９ａが隣接するように、積層構造５０を搭載する。そして、マウント部に導電性接着剤を塗布し、積層構造５０とリードフレームとを固定するとともに、積層構造５０とリードフレームとの間の導通が得られるようにする。導電性接着剤としては、たとえば熱伝導の良いＡｇ系のものが用いられる。また、リードフレームとしては、たとえば熱伝導の良いＣｕＷ系のものが用いられる。続いて、ｎ電極９ｂと、リードフレームのリード部２１ｂとをワイヤ２３によって電気的に接続する。さらに、エポキシ系樹脂２５を用いて、積層構造５０およびワイヤ２３の各々を封止する。以上の工程により、本実施の形態のＬＥＤが完成する。

本実施の形態のＬＥＤおよびその製造方法によれば、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａ（Ｎ面）側に、表面１１ａがＧａ面によって構成されたＧａＮ再成長層１１をエピタキシャル成長させることができる。これにより、ＧａＮ再成長層１１のＧａ面に隣接してｎ電極９ｂを設けることができるので、ＧａＮ基板のＮ面に隣接してｎ電極を設ける場合に比べて、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減することができる。また、ＧａＮ基板１の不純物濃度よりもＧａＮ再成長層１１の不純物濃度を大きくすることで、ｎ電極９ｂのコンタクト抵抗を低減することができる。その結果、発光素子の消費電力を低減することができる。また、電極のコンタクト抵抗を低減するためにＧａＮ基板の不純物濃度を大きくする必要がないので、発光強度は低下しない。

本実施の形態のＬＥＤの製造方法において好ましくは、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａを荒らすことにより、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａに反転層１０を形成する。

ＧａＮ基板１の一方の主面１ａを荒らした反転層１０を形成することにより、反転層１０を下地としてＧａＮ再成長層１１がエピタキシャル成長しやすくなる。

本実施の形態のＬＥＤの製造方法において好ましくは、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、およびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる反転層１０をＧａＮ基板１の一方の主面１ａ側に形成する。

上記金属よりなる反転層１０を形成することにより、反転層１０を下地としてＧａＮ再成長層１１がエピタキシャル成長しやすくなる。

本実施の形態のＬＥＤの製造方法において好ましくは、４００℃以上８００℃以下の温度でＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮよりなる反転層１０をＧａＮ基板１の一方の主面１ａ側に形成する。

上記反転層１０を形成することにより、反転層１０を下地としてＧａＮ再成長層１１がエピタキシャル成長しやすくなる。

本実施の形態のＬＥＤの製造方法においては、ＧａＮ再成長層１１を形成する前に、ＧａＮ再成長層１１を形成しない部分を覆うようにマスク層２９を形成する。

マスク層２９を形成することによって、反転層１０が露出している部分のみにＧａＮ再成長層１１を選択的に成長させることができる。

なお、本実施の形態においては、図３のＧａＮ基板１、反転層１０、およびＧａＮ再成長層１１によって構成される構造を１つのＧａＮ基板と見ることもできる。このＧａＮ基板は、ＧａＮ基板における一方の主面および他方の主面がいずれもＧａ面によって構成されるので、Ｇａ面に隣接してｎ電極を形成することができる。したがって、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減することができる。その結果、ＬＥＤの消費電力を低減することができる。また、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減するためにＧａＮ基板に注入する不純物の濃度を大きくする必要がないので、発光強度は低下しない。

（実施の形態２）
図１４は、本発明の実施の形態２における積層構造の構成を示す断面図である。図１４を参照して、本実施の形態のＬＥＤの積層構造５０ａにおいては、ＧａＮ再成長層１１の表面１１ａに隣接して高濃度ＧａＮ層１２が形成されている。高濃度ＧａＮ層１２は、ＧａＮ再成長層１１よりも高い不純物濃度を有している。そして、高濃度ＧａＮ層１２の表面に隣接してｎ電極９ｂが形成されている、ｎ電極９ｂは、高濃度ＧａＮ層１２およびＧａＮ再成長層１１を介してＧａＮ基板１と電気的に接続されている。

なお、これ以外のＬＥＤの構成は、実施の形態１のＬＥＤの構成とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態のＬＥＤの製造方法について、図１５〜図１７を用いて説明する。

本実施の形態では、始めに、実施の形態１と同様の製造工程を経て図１１に示す構造を得る。続いて、図１５を参照して、ＧａＮ基板１を反転させ、一方の主面１ａを上面、他方の主面１ｂを下面とする。そして、たとえばＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、またはＭＢＥ法などの気相成長法を用いて、高濃度ＧａＮ層１２をＧａＮ再成長層１１の表面１１ａからエピタキシャル成長させる。このとき、高濃度ＧａＮ層１２は、マスク層２９上にはエピタキシャル成長せず、ＧａＮ再成長層１１上にのみ選択的に成長する。

また、高濃度ＧａＮ層１２のエピタキシャル成長の際、たとえば原料ガスにＯ₂ガスや、Ｈ₂Ｏガスや、ＳｉＨ₄ガスなどを混合することで、酸素やシリコンがドープされる。そして、これらのガスの混合比を高めることにより、高濃度ＧａＮ層１２の不純物濃度をＧａＮ再成長層１１の不純物濃度よりも大きくすることができる。

次に、図１６を参照して、たとえばフッ酸系の溶剤などを用いてマスク層２９を除去し、反転層１０を露出させる。

次に、図１７を参照して、たとえばフォトリソグラフィ技術と、蒸着法と、リフトオフ法とを用いて、ＧａＮ再成長層１１の表面１１ａに隣接するようにｎ電極９ｂを形成し、コンタクト層６の表面に隣接するようにｐ電極９ａを形成する。続いて、素子分離溝２７内のチップ境界Ａが側面として現れるようにスクライブを行ない、個々の積層構造に分断する。これにより、図１４に示す積層構造５０ａが得られる。その後、実施の形態１と同様の方法により、個々の積層構造５０ａをリードフレーム上に搭載し、本実施の形態のＬＥＤが得られる。

本実施の形態のＬＥＤおよびその製造方法によれば、実施の形態１のＬＥＤおよびその製造方法と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態のＬＥＤおよびその製造方法によれば、高濃度ＧａＮ層１２に隣接してｎ電極９ｂを設けることができるので、ＧａＮ基板のＮ面に隣接してｎ電極を設ける場合や、ＧａＮ再成長層に隣接してｎ電極を設ける場合に比べて、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減することができる。その結果、ＬＥＤの消費電力を低減することができる。また、ｎ電極のコンタクト抵抗を低減するためにＧａＮ基板の不純物濃度を大きくする必要がないので、発光強度は低下しない。

（実施の形態３）
図１８は、本発明の実施の形態３における積層構造の構成を示す断面図である。図１８を参照して、本実施の形態のＬＥＤの積層構造５０ｂにおいては、平面的に見てｎ電極９ｂと重なる領域以外の領域において、反転層１０が除去されており、かつＧａＮ基板１の一方の主面１ａが非鏡面化されている。このように光の取出し面を非鏡面化することにより、ＧａＮ基板の一方の主面１ａで光の全反射が生じにくくなり、内部から外側に光が抜けやすくなる。また、光の取出し面積も増大する。その結果、ＬＥＤの出力を向上させることができる。

なお、これ以外のＬＥＤの構成は、実施の形態１のＬＥＤの構成とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態のＬＥＤの製造方法について説明する。

本実施の形態では、始めに、実施の形態１と同様の製造工程を経て図１６に示す構造を得る。次に、図１９を参照して、反転層１０および一方の主面１ａをＫＯＨ水溶液で処理する。これにより、反転層１０および一方の主面１ａがエッチングされ、非鏡面化された一方の主面１ａが得られる。ここで、一方の主面１ａはＮ面で構成されており、ＧａＮ結晶のＮ面はＧａ面に比べてＫＯＨ水溶液にエッチングされやすい性質を有している。このため、高濃度ＧａＮ１２および他方の主面１ｂをマスクで覆わなくても、反転層１０および一方の主面１ａのみを選択的にエッチングすることができる。

なお、反転層１０がＡｕなどの金属層などで形成されている場合には、反転層１０をＫＯＨ水溶液でエッチングすることは困難である。このため、ＫＯＨ水溶液でのエッチングの前に、たとえば王水などを用いて反転層１０を除去してもよい。

次に、実施の形態１と同様の方法により、高濃度ＧａＮ層１２上にｎ電極９ｂを形成し、コンタクト層６上にｐ電極９ａを形成する。続いて、素子分離溝２７内のチップ境界Ａが側面として現れるようにスクライブを行ない、個々の積層構造に分断する。これにより、図１８に示す積層構造５０ｂが得られる。その後、実施の形態１と同様の方法により、個々の積層構造５０ｂをリードフレーム上に搭載し、本実施の形態のＬＥＤが得られる。

本実施の形態のＬＥＤおよびその製造方法によれば、実施の形態１のＬＥＤおよびその製造方法と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態のＬＥＤにおいては、平面的に見てｎ電極９ｂと重なる領域以外の一方の主面１ａが非鏡面化されているので、一方の主面１ａの表面積が増加し、一方の主面１ａからの光の取出し効率を向上することができる。

また、ｎ電極９ｂを形成する前に、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａをＫＯＨ溶液で処理することにより、マスクを形成せずに、ＧａＮ基板１の一方の主面１ａのみを選択的にエッチングすることができ、一方の主面１ａを容易に非鏡面化することができる。また、ｎ電極９ｂを形成する前にＫＯＨ溶液処理することで、ｎ電極がエッチングされることを防止することができる。

（実施の形態４）
図１８に示すＬＥＤの積層構造５０ｂは、実施の形態３に示す方法による場合の他、たとえば以下の図２０〜図２２示す方法によって製造されてもよい。

本実施の形態では、始めに、実施の形態１と同様の製造工程を経て図８に示す構造を得る。続いて、図２０を参照して、ＧａＮ再成長層１１を形成した直後に、マスク層２９と、マスク層２９の真下にある反転層１０とを除去し、一方の主面１ａを露出させる。マスク層２９および反転層１０はたとえばフッ酸系の溶剤などを用いて除去される。

次に、図２１を参照して、ＧａＮ基板１を反転させ、一方の主面１ａを下面、他方の主面１ｂを上面とする。そして、実施の形態１と同様の方法により、ＧａＮエピタキシャル層２、ｎ型クラッド層３、発光層４、ｐ型クラッド層５、およびコンタクト層６の各々を他方の主面１ｂ上にこの順序でエピタキシャル成長させる。続いて、ｐ型クラッド層５およびコンタクト層６の各々に含まれる不純物を活性化し、他方の主面１ｂ側に素子分離溝２７を形成する。

次に、図２２を参照して、ＧａＮ基板１を反転させ、一方の主面１ａを上面、他方の主面１ｂを下面とする。そして、たとえばＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、またはＭＢＥ法などの気相成長法を用いて、ＧａＮ再成長層１１を覆うように、一方の主面１ａ上に高濃度ＧａＮ層１２を形成する。このとき、ＧａＮ再成長層１１の真上には結晶性の高い高濃度ＧａＮ層１２ａが形成される。これに対して、一方の主面１ａはＮ面によって構成されているので、一方の主面１ａ上には結晶性の悪いＧａＮ結晶が生成する。

次に、図１９を参照して、ＫＯＨ水溶液を用いて、高濃度ＧａＮ層１２および一方の主面１ａをエッチングする。これにより、非鏡面化された一方の主面１ａが得られる。ここで、ＧａＮ再成長層１１上の高濃度ＧａＮ層１２ａは、表面がＧａ面で構成されているので、上記アルカリ水溶液にエッチングされにくい。これに対して、一方の主面１ａ上に存在する高濃度ＧａＮ層１２（ＧａＮ）は結晶性が悪いので、上記アルカリ水溶液にエッチングされやすい性質を有している。このため、高濃度ＧａＮ１２をマスクで覆わなくても、一方の主面１ａ上に存在するＧａＮのみを選択的にエッチングすることができる。

その後、実施の形態３と同様の方法により、ｐ電極９ａおよびｎ電極９ｂを形成し、スクライブを行ない、積層構造５０ｂを得る。そして個々の積層構造５０ｂをリードフレーム上に搭載し、本実施の形態のＬＥＤが得られる。

本実施の形態のＬＥＤの製造方法によれば、実施の形態３のＬＥＤの製造方法と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態３および４の製造方法では、高濃度ＧａＮ層１２を形成する場合について示した。しかし、実施の形態３および４の製造方法は、高濃度ＧａＮ層１２を形成せずにＧａＮ再成長層１１上にｎ電極９ｂを直接形成する場合にも適用することができる。

（実施の形態５）
実施の形態１〜４においては、反転層１０上にマスク層２９を形成することによってＧａＮ再成長層１１を選択的にエピタキシャル成長させる場合について示した。しかし、マスク層を形成する場合の他、たとえば以下の方法によってＧａＮ再成長層１１および高濃度ＧａＮ層１２を形成してもよい。

図２３を参照して、マスク層を形成せずに、反転層１０上全面にＧａＮ再成長層１１を形成する。そして、ＧａＮ再成長層１１上全面に高濃度ＧａＮ層１２を形成する。続いて、高濃度ＧａＮ層１２上の所定の領域にレジスト４０を形成する。

次に、図２４を参照して、レジスト４０をマスクとして、高濃度ＧａＮ層１２、ＧａＮ再成長層１１、および反転層１０の各々をエッチングする。これにより、レジストが形成された領域以外の領域においては、一方の主面１ａが露出する。そして、レジスト４０が形成された領域に、高濃度ＧａＮ層１２およびＧａＮ再成長層１１がパターニングされる。

実施の形態１〜４の製造方法に上記手法を組み合わせることにより、実施の形態１〜４と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例では、本発明例Ａ〜Ｄ、比較例Ｅ、および比較例Ｆの各々の発光装置（ＬＥＤ）を以下の方法により作製し、それぞれの駆動電圧を測定し、消費電力を比較した。

（本発明例Ａ）
以下の（ａ１）〜（ａ１５）に示す実施の形態１の製造方法を用いて、発光素子を作製した。

（ａ１）ｃ面から０．５°ずらしたＧａＮのオフ基板を準備した。この基板は、１×１０¹⁸／ｃｍ³の濃度の酸素をドープすることでｎ型化されており、比抵抗が０.０１Ω・ｃｍであり、転位密度が１×１０⁷／ｃｍ²であり、厚みが４００μｍであった。

（ａ２）次に、ＧａＮ基板の一方の主面であるＮ面を砥粒径５μｍの砥粒を用いて研磨し、一方の主面に反転層を形成した。研磨後にＧａＮ基板の断面の反転層（加工変質層）の厚さを、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）およびＣＬ（カソードルミネッセンス法）を用いて測定した。その結果、反転層の厚さは５μｍであった。

（ａ３）次に、フォトリソグラフィ技術と、スパッタ蒸着法と、リフトオフ法とを用いて、ＧａＮ基板のＮ面上にＳｉＯ₂よりなるマスク層を形成した。マスク層は、後にｎ電極を形成する領域を除いて、１００μｍの厚さで形成された。なお、図３を参照して、ｎ電極を形成する領域を直径ｄ₂が５００μｍの円形状とした。また、図６を参照して、ｎ電極を形成する領域の間隔ｄ₃を上下左右２ｍｍとした。

（ａ４）続いて、ＨＶＰＥ法を用いて厚さ６μｍのＧａＮ再成長層を反転層上のマスク層のない領域にエピタキシャル成長させた。ＧａＮ再成長層の成長は、温度１０００℃の大気圧中において５分間行なわれた。また、原料ガスとして、１００ｓｃｃｍのＧａＣｌと、６０００ｓｃｃｍのＮＨ₃と、ドーパント用原料ガスとしてのＳｉＨ₄ガスとを使用した。これにより、ＧａＮ再成長層をｎ型とした。ＧａＮ再成長層形成後にＧａＮ再成長層中のＳｉ濃度をＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometer）で測定した。その結果、Ｓｉ濃度はＧａＮ再成長層中のどの部分においても約２×１０¹⁹／ｃｍ³であり、ほぼ均一であった。また、ＧａＮ再成長層形成後にＧａＮの最表面原子種をＣＡＩＣＩＳＳ法（Coaxial Impact Collision Ion Scattering Spectroscopy）により調べた。その結果、Ｇａ再成長層表面がＧａ面となっていることが確認された。これにより、ＧａＮ基板のＮ面上に反転層を設けることにより、その上に形成されるＧａＮ層の表面は、反転してＧａ面となることが分かった。

（ａ５）次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ基板の他方の主面であるＧａ面上に次の積層構造を形成した。（Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層（ＧａＮエピタキシャル層）／クラッド層のＳｉドープｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層（ｎ型クラッド層）／ＧａＮ層とＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層との２層構造が３層重ねられたＭＱＷ（発光層）／クラッド層のＭｇドープｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層（ｐ型クラッド層）／Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層（コンタクト層））。このＭＱＷの発光波長は４５０ｎｍに対応する。

（ａ６）次に、低温４．２ＫでのＰＬ(Photo Luminescence)強度と室温２９８ＫでのＰＬ強度を比較することにより内部量子効率を便宜的に算出した。その結果、内部量子効率は５０％であった。

（ａ７）その後、フッ酸系の溶剤によってマスク層を除去した。

（ａ８）続いて、このウエハを活性化処理して、Ｍｇドープｐ型層の低抵抗化を行なった。ホール測定によるキャリア濃度は、Ｍｇドープｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層が５×１０¹⁷／ｃｍ³、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層が１×１０¹⁸／ｃｍ³であった。

（ａ９）次に、フォトリソグラフィ技術とＲＩＥにより、ＧａＮ基板のＧａ面側に素子分離溝を形成した。なお、図１０を参照して、素子分離溝の幅ｄ₁を１００μｍとし、素子分離溝で囲まれた発光部分（ＭＱＷ）を、一辺ｄ₄が１．９ｍｍの正方形の平面形状とした。

（ａ１０）続いて、フォトリソグラフィ技術と、蒸着法と、リフトオフによって、図２に示すように一辺ｄ₂が５００μｍの円の平面形状を有するｎ電極を高濃度ＧａＮ層上に形成した。ｎ電極としては、ｎ型ＧａＮ層に接して下から順に、（Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｌ層１００ｎｍ／Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｕ層２００ｎｍ）の積層構造を形成した。これを窒素（Ｎ₂）雰囲気中で加熱することにより、接触抵抗を１×１０^-5Ω・ｃｍ²以下とした。

（ａ１１）次に、ＧａＮ基板の他方の主面側に形成されたＭｇドープｐ型ＧａＮ層の各々に接して、ｐ電極を形成した。ｐ電極としては、厚さ４ｎｍのＮｉ層を形成し、その上に厚さ４ｎｍのＡｕ層を全面に形成した。そして、これを不活性ガス雰囲気中で加熱処理することにより、接触抵抗を５×１０^-4Ω・ｃｍ²とした。接触抵抗を５×１０^-4Ω・ｃｍ²以下とした。

（ａ１２）その後、チップ境界が側面として現れるようにスクライブを行ない、チップ化したものを発光素子とした。チップ化した発光素子において、光の放出面は１辺の長さが１．９ｍｍの正方形の形状で、チップは１辺の長さが２ｍｍの正方形の形状であった。

（ａ１３）次に、リードフレームのマウント部に上記チップの他方の主面側のｐ電極が接するように搭載して、発光装置（ＬＥＤ）を形成した。マウント部に塗布した導電性接着剤によって発光装置とマウントとを固定するとともに、導通が得られるようにした。

（ａ１４）発光装置からの放熱性を良くするために、発光装置のｐ型ＧａＮ層が全面マウント部と接するように搭載した。また接着剤は熱伝導の良いＡｇ系のものを、またリードフレームも熱伝導の良いＣｕＷ系のものを選択した。これにより、得られた熱抵抗は８℃／Ｗであった。

（ａ１５）さらに、ｎ電極とリードフレームのリード部とをワイヤボンドにより導通させた後、エポキシ系樹脂により樹脂封止を行なって発光装置をランプ化した。

（本発明例Ｂ）
以下の（ｂ１）〜（ｂ１５）に示す実施の形態２の製造方法を用いて、発光素子を作製した。

（ｂ１）〜（ｂ３）本発明例Ａにおける（ａ１）〜（ａ３）と同じ処理をした。

（ｂ４）続いて、ＨＶＰＥ法を用いて厚さ６μｍのＧａＮ再成長層を反転層上のマスク層のない領域にエピタキシャル成長させた。ＧａＮ再成長層の成長は、温度１０００℃の大気圧中において５分間行なった。また、原料ガスとして、１００ｓｃｃｍのＧａＣｌと、６０００ｓｃｃｍのＮＨ₃と、ドーパント用原料ガスとしてのＯ₂ガスとを使用した。これにより、ＧａＮ再成長層をｎ型とした。ＧａＮ再成長層形成後にＧａＮ再成長層中の酸素濃度をＳＩＭＳで測定した。その結果、酸素濃度はＧａＮ再成長層中のどの部分においても約５×１０¹⁸／ｃｍ³であり、ほぼ均一であった。また、ＧａＮ再成長層形成後にＧａＮの最表面原子種をＣＡＩＣＩＳＳ法により調べた。その結果、Ｇａ再成長層表面がＧａ面となっていることが確認された。これにより、ＧａＮ基板のＮ面上に反転層を設けることにより、その上に形成されるＧａＮ層の表面は、反転してＧａ面となることが分かった。

（ｂ５）および（ｂ６）本発明例Ａにおける（ａ５）および（ａ６）と同じ処理をした。

（ｂ６−１）続いて、ＭＯＣＶＤ法を用いて厚さ２μｍの高濃度ＧａＮ層をＧａＮ再成長層上にエピタキシャル成長させた。高濃度ＧａＮ層の成長は、ドーパント用原料ガスとしてＳｉＨ₄ガスを使用し、これによりＧａＮ結晶にＳｉをドープした。

（ｂ７）〜（ｂ１５）本発明例Ａにおける（ａ７）〜（ａ１５）と同じ処理をした。

（本発明例Ｃ）
以下の（ｃ１）〜（ｃ１５）に示す実施の形態３の製造方法を用いて、発光素子を作製した。

（ｃ１）〜（ｃ９）本発明例Ｂにおける（ｂ１）〜（ｂ９）と同じ処理をした。

（ｃ９−１）続いて、ＧａＮ基板のＮ面および素子端面を非鏡面とした。非鏡面とする方法はとしては、エッチャントとしてＫＯＨ水溶液を用いたウエットエッチによる方法を適用した。４ｍｏｌ／ｌのＫＯＨ水溶液を、温度を４０℃に保った状態で十分に攪拌したのち、ウエハを３０分間スターラーの中に浸漬し、ＧａＮ基板のＮ面および素子端面を非鏡面化した。これにより、ＧａＮ再成長層の真下の領域以外の領域に存在する反転層のみが選択的に除去され、露出したＮ面が非鏡面化された。

（ｃ１０）〜（ｃ１５）本発明例Ａの（ａ１０）〜（ａ１５）と同じ処理をした。

（本発明例Ｄ）
以下の（ｄ１）〜（ｄ１５）に示す実施の形態４の製造方法を用いて、発光素子を作製した。

（ｄ１）〜（ｄ４）本発明例Ａにおける（ａ１）〜（ａ４）と同じ処理をした。

（ｄ４−１）ＧａＮ再成長層形成後、マスク層と、マスク層の真下にある反転層とをフッ酸系の溶剤を用いて除去し、ＧａＮ基板のＮ面１ａを露出させた。

（ｄ５）および（ｄ６）本発明例Ａにおける（ａ５）および（ａ６）と同じ処理をした。

（ｄ６−１）続いて、ＭＯＣＶＤ法を用いてＳｉをドープした高濃度ＧａＮ層を２μｍの厚さで形成した。マスク層が除去されているため、高濃度ＧａＮ層はＧａＮ再成長層を覆うようにＮ面上に形成された。このとき、ＧａＮ再成長層上には結晶性の良好なＧａＮ結晶が生成したが、Ｎ面上には結晶性の悪いＧａＮ結晶が生成した。

（ｄ７）〜（ｄ９）本発明例Ａにおける（ａ７）〜（ａ９）と同じ処理をした。

（ｄ９−１）続いて、ＧａＮ基板のＮ面および素子端面を非鏡面とした。非鏡面とする方法はとしては、エッチャントとしてＫＯＨ水溶液を用いたウエットエッチによる方法を適用した。４ｍｏｌ／ｌのＫＯＨ水溶液を、温度を４０℃に保った状態で十分に攪拌したのち、ウエハを３０分間スターラーの中に浸漬し、ＧａＮ基板のＮ面および素子端面を非鏡面化した。これにより、ＧａＮ再成長層上の高濃度ＧａＮ層は除去されず、Ｎ面上の高濃度ＧａＮ層および反転層のみが選択的に除去され、露出したＮ面が非鏡面化された。

（ｄ１０）〜（ｄ１５）本発明例Ａの（ａ１０）〜（ａ１５）と同じ処理をした。

（比較例Ｅ）
以下の（ｅ１）〜（ｅ１１）に示す製造方法を用いて、発光素子を作製した。

（ｅ１）ｃ面から０．５°ずらしたＧａＮのオフ基板を準備した。この基板は、１×１０¹⁸／ｃｍ³の濃度の酸素をドープすることでｎ型化されており、比抵抗が０.０１Ω・ｃｍであり、転位密度が１×１０⁷／ｃｍ²であり、厚みが４００μｍであった。

（ｅ２）次に、ＭＯＣＶＤでＧａＮ基板のＧａ面上に次の積層構造を形成した。（Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層／クラッド層のＳｉドープｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層／ＧａＮ層とＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層との２層構造が３層重ねられたＭＱＷ／クラッド層のＭｇドープｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層／Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層）このＭＱＷの発光波長は４５０ｎｍに対応する。

（ｅ３）次に、低温４．２ＫでのＰＬ(Photo Luminescence)強度と室温２９８ＫでのＰＬ強度を比較することにより内部量子効率を便宜的に算出した。その結果、内部量子効率は５０％であった。

（ｅ４）次に、このウエハを活性化処理して、Ｍｇドープｐ型層の低抵抗化を行なった。ホール測定によるキャリア濃度は、Ｍｇドープｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層が５×１０¹⁷／ｃｍ³、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層が１×１０¹⁸／ｃｍ³であった。

（ｅ５）次に、このウエハをさらに、フォトリソグラフィ技術とＲＩＥとにより、Ｍｇドープｐ型層側からＳｉドープｎ型層までＣｌ系ガスでエッチングした。このエッチングにより、素子分離溝を形成し、素子分離を行なった。素子分離溝の幅は１００μｍとした。

（ｅ６）次に、ＧａＮ基板のＮ面に、フォトリソグラフィ技術と、蒸着と、リフトオフ法とにより４００μｍおきにチップの中心に直径（Ｄ）５００μｍのｎ電極を形成した。ｎ電極として、ＧａＮ基板に接して下から順に（Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｌ層１００ｎｍ／Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｕ層２００ｎｍ）の積層構造を形成した。これを窒素（Ｎ₂）雰囲気中で加熱したが、接触抵抗は１×１０^-4Ω・ｃｍ²までしか下がらなかった。ｎ電極としては、直径５００μｍの円の平面形状のものを形成した。

（ｅ７）次に、ｐ電極を形成した。ｐ電極としてはｐ型ＧａＮ層に接して厚み４ｎｍのＮｉ層を形成し、その上に厚み４ｎｍのＡｕ層を全面に形成した。これを不活性ガス雰囲気中で加熱処理することにより、接触抵抗を５×１０^-4Ω・ｃｍ²とした。

（ｅ８）その後に、チップ境界が側面として現れるようにスクライブを行ない、チップ化したものを発光装置とした。チップ化した発光装置において、光の放出面は１辺の長さが１．９ｍｍの正方形の形状で、チップは１辺の長さが２ｍｍの正方形の形状であった。

（ｅ９）次に、リードフレームのマウント部に、上記チップのｐ型ＧａＮ層側が接するように搭載して、発光装置を形成した。このとき、マウント部に塗布した導電性接着剤によって発光装置とマウントとを固定するとともに、導通が得られるようにした。

（ｅ１０）次に、発光装置からの放熱性を良くするために、発光装置のｐ型ＧａＮ層が全面マウント部と接するように搭載した。また接着剤は熱伝導の良いＡｇ系のものを、またリードフレームも熱伝導の良いＣｕＷ系のものを選択した。これにより、得られた熱抵抗は８℃／Ｗであった。

（ｅ１１）さらに、ｎ電極とリードフレームのリード部とをワイヤボンドにより導通させた後、エポキシ系樹脂により樹脂封止を行なって発光装置をランプ化した。

（比較例Ｆ）
（ｆ１）〜（ｆ５）比較例Ｅの（ｅ１）〜（ｅ５）と同じ処理をした。

（ｆ５−１）続いて、ＧａＮ基板のＮ面および素子端面を非鏡面とした。非鏡面とする方法はとしては、エッチャントとしてＫＯＨ水溶液を用いたウエットエッチによる方法を適用した。４ｍｏｌ／ｌのＫＯＨ水溶液を、温度を４０℃に保った状態で十分に攪拌したのち、ウエハを３０分間スターラーの中に浸漬し、ＧａＮ基板のＮ面および素子端面を非鏡面化した。

（ｆ６）次に、非鏡面化されたＧａＮ基板のＮ面に、フォトリソグラフィ技術と、蒸着と、リフトオフ法とにより４００μｍおきにチップの中心に直径（Ｄ）５００μｍのｎ電極を形成した。ｎ電極として、ＧａＮ基板に接して下から順に（Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｌ層１００ｎｍ／Ｔｉ層２０ｎｍ／Ａｕ層２００ｎｍ）の積層構造を形成した。ｎ電極としては、直径５００μｍの円の平面形状のものを形成した。これを窒素（Ｎ₂）雰囲気中で加熱したが、接触抵抗は１×１０^-3Ω・ｃｍ²までしか下がらなかった。そこで、Ｎ面との境界付近のｎ電極の断面をＳＥＭおよびＴＥＭ（Tunneling Electron Microscope）で観察した。その結果、非鏡面化処理の影響によって、Ｎ面におけるｎ電極との接触部分に凹凸が生じており、ｎ電極を構成する各層の膜厚が不均一になっていた。

（ｆ７）〜（ｆ１１）比較例の（ｅ７）〜（ｅ１１）と同じ処理をした。

次に、上記の方法によって作製された本発明例Ａ〜Ｄ、比較例Ｅ、および比較例Ｆの各々を積分球内に搭載し、４Ａ（アンペア）の電流を発光層へ注入して発光された光を集光し、ディテクタから出力される光の出力と、このときの駆動電圧とを測定した。その結果を表１に示す。

表１を参照して、比較例Ｅの駆動電圧が４．２Ｖ、比較例Ｆの駆動電圧が６Ｖであるのに対して、本発明例Ａ〜Ｄの各々の駆動電圧は全て４Ｖであった。駆動電圧が低ければ消費電力も減少するので、この結果から、本発明の発光素子によれば消費電力を低減できることが分かる。

また、上述のように、本発明例Ａ〜Ｄの各々におけるｎ電極の接触抵抗は全て１×１０^-5Ω・ｃｍ²以下であるのに対し、比較例Ｅの接触抵抗は１×１０^-4Ω・ｃｍ²であり、比較例Ｆの接触抵抗は１×１０^-3Ω・ｃｍ²である。そして、本発明例Ａ〜Ｄ、比較例Ｅ、および比較例Ｆの各々におけるｎ電極の直径（５００μｍ）から算出したｎ電極の面積は０．００１９６ｃｍ²であり、４Ａの電流が流れる時のｎ電極の電流密度はほぼ２０００Ａ／ｃｍ²になる。これらの数値から、本発明例Ａ〜Ｄにおける駆動電圧（４Ｖ）に対する比較例ＥおよびＦの各々における駆動電圧（４．２Ｖ、６Ｖ）の増加分は、接触抵抗と電流密度との積にほぼ等しくなっていることが分かる。

ここで、比較例ＥおよびＦの場合でも基板の酸素濃度を２×１０¹⁹／ｃｍ³を超える程度まで高くしてｎ型電極の接触抵抗を低くすることは可能であるが、酸素濃度を上げれば上げる程、ＧａＮ基板における波長４５０ｎｍの青色光の透過率が低下し、所望の光出力は得られない。同様にｎ電極の面積を大きくすることで駆動電圧の増加を防止することも可能であるが、ｎ電極の面積を大きくすると主たる光の取出し面であるＧａＮ基板のＮ面が電極で大きく塞がれ、光の取出し効率が悪化する。また、ＫＯＨ溶液で処理する場合にはｎ電極とＮ面との境界に凹凸が生じるため、接触抵抗は増加する。以上により、従来の構成では消費電力を低減することはできない。

以上に開示された実施の形態および実施例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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。

本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの構成を示す断面図である。 図１の半導体チップ（積層構造）を拡大して示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第１工程を示す断面図である。 図４のＢ部拡大図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第２工程を示す平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第３工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第４工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第５工程を示す平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第６工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの製造方法の第７工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における積層構造の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤの製造方法の第１工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤの製造方法の第２工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤの製造方法の第３工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における積層構造の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３におけるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４におけるＬＥＤの製造方法の第１工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４におけるＬＥＤの製造方法の第２工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態４におけるＬＥＤの製造方法の第３工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態５におけるＬＥＤの製造方法の第１工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態５におけるＬＥＤの製造方法の第２工程を示す断面図である。

符号の説明

１ ＧａＮ基板、１ａ，１ｂ ＧａＮ基板主面、２ エピタキシャル層、３ ｎ型クラッド層、４ 発光層、５ ｐ型クラッド層、６ コンタクト層、９ａ ｐ電極、９ｂ ｎ電極、１０ 反転層、１０ａ 反転層表面、１０ｃ 反転層最表面、１１ ＧａＮ再成長層、１１ａ ＧａＮ再成長層表面、１２，１２ａ 高濃度ＧａＮ層、２１ａ マウント部、２１ｂ リード部、２３ ワイヤ、２５ エポキシ系樹脂、２７ 素子分離溝、２９ マスク層、２９ａ 孔、４０ レジスト、５０，５０ａ，５０ｂ 積層構造、Ａ チップ境界。

Claims (12)

1. 一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板と、
   前記ＧａＮ基板の前記一方の主面または前記一方の主面側に形成された反転層と、
   前記反転層の表面に隣接して形成され、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層と、
   前記ＧａＮ層の表面に隣接して形成され、かつ前記ＧａＮ基板と電気的に接続された電極と、
   前記ＧａＮ基板の前記他方の主面側に形成され、電流の注入により発光する発光層とを備える、発光素子。
2. 一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板と、
   前記ＧａＮ基板の前記一方の主面または前記一方の主面側に形成された反転層と、
   前記反転層の表面に隣接して形成され、表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層と、
   前記ＧａＮ層の表面に隣接して形成され、前記ＧａＮ層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度ＧａＮ層と、
   前記高濃度ＧａＮ層の表面に隣接して形成され、かつ前記ＧａＮ基板と電気的に接続された電極と、
   前記ＧａＮ基板の前記他方の主面側に形成され、電流の注入により発光する発光層とを備える、発光素子。
3. 平面的に見て前記電極と重なる領域以外の前記一方の主面が非鏡面化されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光素子。
4. 一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板を準備する工程と、
   前記ＧａＮ基板の前記一方の主面または前記一方の主面側に反転層を形成する反転層形成工程と、
   表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層を前記反転層の表面からエピタキシャル成長させるＧａＮ層形成工程と、
   前記ＧａＮ基板と電気的に接続するように、前記ＧａＮ層の表面に隣接して電極を形成する電極形成工程と、
   前記ＧａＮ基板の前記他方の主面側に、電流の注入により発光する発光層を形成する工程とを備える、発光素子の製造方法。
5. 一方の主面がＮ面により構成され、他方の主面がＧａ面により構成されたＧａＮ基板を準備する工程と、
   前記ＧａＮ基板の前記一方の主面または前記一方の主面側に反転層を形成する反転層形成工程と、
   表面がＧａ面により構成されたＧａＮ層を前記反転層の表面からエピタキシャル成長させるＧａＮ層形成工程と、
   前記ＧａＮ層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度ＧａＮ層を前記ＧａＮ層の表面からエピタキシャル成長させる高濃度ＧａＮ層形成工程とを備える、発光素子の製造方法。
6. 前記電極形成工程の前に、前記ＧａＮ基板の前記一方の主面をＫＯＨ溶液で処理する工程をさらに備え、
   前記高濃度ＧａＮ層形成工程において、前記一方の主面に隣接するように前記高濃度ＧａＮ層を形成し、
   前記一方の主面をＫＯＨ溶液で処理する工程において、前記一方の主面に隣接する前記高濃度ＧａＮ層を除去することを特徴とする、請求項５に記載の発光素子の製造方法。
7. 前記電極形成工程の前に、前記ＧａＮ基板の前記一方の主面をＫＯＨ溶液で処理する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項４または５に記載の発光素子の製造方法。
8. 前記反転層形成工程において、前記ＧａＮ基板の前記一方の主面を荒らすことにより、前記ＧａＮ基板の前記一方の主面に前記反転層を形成することを特徴とする、請求項４〜７のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
9. 前記反転層形成工程において、Ａｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、およびＦｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上の金属よりなる前記反転層を前記ＧａＮ基板の前記一方の主面側に形成することを特徴とする、請求項４〜７のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
10. 前記反転層形成工程において、４００℃以上８００℃以下の温度でＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮよりなる前記反転層を前記ＧａＮ基板の前記一方の主面側に形成することを特徴とする、請求項４〜７のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
11. 前記ＧａＮ層形成工程の前に、前記ＧａＮ層を形成しない部分を覆うようにマスク層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項４〜１０のいずれかに記載の発光素子の製造方法。
12. 一方および他方の主面がともにＧａ面により構成されたＧａＮ基板。

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