JP2007073590A

JP2007073590A - 発光素子

Info

Publication number: JP2007073590A
Application number: JP2005256169A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nishizono; 和博西薗
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】電極が同一面側に形成された発光素子において、電流分布の均一化により、発光面での輝度むらの少ない発光素子を提供すること。
【解決手段】発光素子は、第１導電型層１２、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層１３及び第２導電型層１４を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層を有し、第２導電型層１４上に形成された第２導電型電極１６と、第２導電型層１４の一部を第１導電型層１２まで除去してなる第１導電型層１２の露出部に形成された第１導電型電極１５とが設けられており、半導体層は、第１導電型層１２の露出部に、第１導電型電極１５の発光層１３側の縁に沿って溝１７が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層が積層されている半導体層を有し、半導体層の同じ主面側に第１及び第２導電型電極が設けられている発光素子に関する。

従来、青色光もしくは紫外光を発光する発光素子として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子が広く知られており、試験や検討が行われており、また一部実用化が成されている。窒化ガリウム系化合物半導体は、ＡｌＮ，ＩｎＮ等の混晶であるＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ等からなり、それらの組成を選択することにより、可視光領域から紫外光領域までの発光が可能である。

一般に、窒化ガリウム系化合物半導体からなるＬＥＤは、図１に示すように、例えばサファイアからなる絶縁性基板１０上に、バッファ層１１、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層（以下第１導電型層ともいう）１２、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層１３及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層（以下第２導電型層ともいう）１４を積層した半導体層が積層されている。この半導体層は、第１導電型層１２を露出させ、第１及び第２導電型層１２，１４上に、それぞれ第１及び第２導電型電極１５，１６が形成されている。従って、第１及び第２導電型電極１５，１６が、半導体層の同じ主面側に形成されることになる（特許文献１公報）。

また、特許文献２に開示されているように、絶縁性基板に代えて導電性を有する基板、例えばＳｉＣやＧａＮからなる基板上に、バッファ層１１、第１導電型層１２、発光層１３及び第２導電型層１４を積層した半導体層を形成し、第２導電型層１４と導電性基板にそれぞれ第１及び第２導電型電極１５，１６を形成したＬＥＤ（図２）も知られている。
特開昭６１−５６４７４号公報特表２００２−５２７８９０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような第１及び第２導電型電極１５，１６が半導体層の同一主面側に形成された発光素子においては、第１導電型電極１５と第２導電型電極１６は平面視において対角位置に配置されており、また窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗が高いため、第１及び第２導電型電極１５，１６に入力された電流は、半導体層中で横方向に広がって流れることができない。

即ち、図４（ａ）に示すように、第１導電型層１２内部の露出部下方における第１導電型電極１５の発光層１３側の縁部分に電流が集中し、その縁部分で電流密度が高くなり、発熱による発光効率低下、電流集中が生じた部分の輝度が局所的に高くなるといった発光輝度むらが生じるといった問題があった。また、発光素子1個当りの発光量を増やすために、発光素子を大きくした場合、特に電流分布が不均一になり、このような面内輝度むら（発光素子を平面視した場合の輝度むら）が顕著になる問題があった。

更に、このような電流分布が生じている状態では、定格電流以上の電流が流れることになり、電流を流し続けると電流密度が高い部分での劣化が他の部分より早く進行することになる。そのため、電流集中部分の電流を基準として電流値を制限すると、他の部分では電流値が低くなり、発光素子全体としての発光量が低下することになる。

また、特許文献２に開示されているような導電性基板を用い、第２導電型層１４上と導電性基板にそれぞれ第１及び第２導電型電極１５，１６を形成したＬＥＤにおいては、半導体素子内を流れる電流の方向が縦方向になるため、上記のような電流分布の不均一は生じないが、発光素子を支持する基板はある程度厚くする必要があり、導電性基板であってもバルクであるため抵抗が高くなり、発光素子全体の抵抗が高くなるといった問題があった。

したがって、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電極が半導体層の同一主面側に形成された発光素子において、電流分布の均一化により発光面での輝度むらの少ない発光素子を提供することである。

本発明の発光素子は、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層を有し、前記第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された第２導電型電極と、前記第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の一部を前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層まで除去してなる前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の露出部に形成された第１導電型電極とが設けられている発光素子において、前記半導体層は、前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記露出部に、前記第１導電型電極の前記発光層側の縁に沿って溝が形成されていることを特徴とする。

本発明の発光素子は好ましくは、前記溝は、深さが前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の厚みの１０％以上の深さであることを特徴とする。

また、本発明の発光素子は好ましくは、前記溝は、前記第１導電型電極を囲むように形成されていることを特徴とする。

また、本発明の発光素子は好ましくは、前記半導体層は、紫外光領域から可視光領域で透光性を有する基板上に形成されていることを特徴とする。

本発明の発光素子は、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層を有し、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された第２導電型電極と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の一部を第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層まで除去してなる第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の露出部に形成された第１導電型電極とが設けられている発光素子において、半導体層は、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の露出部に、第１導電型電極の発光層側の縁に沿って溝が形成されていることから、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層内部の露出部下方における第１導電型電極の発光層側の縁部分に電流が集中することがなくなり、発光面での輝度むらの少ないものとなる。

本発明の発光素子は好ましくは、溝は、深さが第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の厚みの１０％以上の深さであることから、電流集中のより高い抑制効果を得ることができる。

また、本発明の発光素子は好ましくは、溝は、第１導電型電極を囲むように形成されていることから、電流集中のより高い抑制効果を得ることができる。

また、本発明の発光素子は好ましくは、半導体層は、紫外光領域から可視光領域で透光性を有する基板上に形成されていることから、基板側からの光の取り出しが可能となり、光取り出し効率の高い発光素子の製造が可能となる。

以下、本発明の発光素子について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図３（ａ）は、本発明の発光素子の実施の形態の一例を示す断面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の発光素子の平面図である。図３（ａ），（ｂ）において、１０は絶縁性基板、１１はバッファ層、１２は第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層（以下第１導電型層ともいう）、１３は窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層、１４は第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層（以下第２導電型層ともいう）である。１５は第１導電型層表面に形成された第１導電型電極、１６は第２導電型層１４上に形成された第２導電型電極、１７は溝である。

図３（ａ）は、本発明の発光素子について実施の形態を示すものであり、基板としての絶縁性基板上１０に、バッファ層１１を介して第１導電型層１２、発光層１３、第２導電型層１４が積層されている。更に、第１導電型層１２の一部を露出させるため、第２導電型層１４及び発光層１３の一部が除去されており、第１導電型層１２の露出部の表面上に第１導電型層１２とオーミック接触する第１導電型電極１５が形成され、第２導電型層１４の表面に第２導電型層１４とオーミック接触する第２導電型電極１６が形成されており、第１導電型層１２の露出部に溝１７が形成されている。なお、本実施の形態においては、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としている。

即ち、本発明の発光素子は、第１導電型層１２、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層１３及び第２導電型層１４を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層を有し、第２導電型層１４上に形成された第２導電型電極１６と、第２導電型層１４の一部を第１導電型層１２まで除去してなる第１導電型層１２の露出部に形成された第１導電型電極１５とが設けられている発光素子において、半導体層は、第１導電型層１２の露出部に、第１導電型電極１５の発光層１３側の縁に沿って溝１７が形成されている。

本発明において、絶縁性基板１０はサファイアからなるものが好適であるが、窒化ガリウム系化合物半導体がエピタキシャル成長し得るものであればよい。また、バッファ層１１は、ＡｌＮ，ＧａＮ，これらの混晶であるＡｌＧａＮ，硼化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）等からなるものが好適であるが、絶縁性基板１０を用いる際には導電性を有することが必要である。また、絶縁性基板１０上に絶縁性のバッファ層１１を介して半導体層及び電極を形成した後に、絶縁性基板１０及びバッファ層１１を除去し、導電層を半導体層に接着しても構わない。導電層としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明導電膜を挙げることができるが、導電性を有し、更には可視光から紫外光の領域において透明であることが好ましい。さらに、導電層に透明樹脂層等が被覆されていても構わない。

また、基板として導電性基板を用いることもできる。導電性基板としては、炭化珪素（ＳｉＣ），ＧａＮ，硼化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）からなるものを挙げることができる。その場合、バッファ層１１は必ずしも導電性を有する必要はなく、半絶縁性もしくは絶縁性を呈していても構わない。

また、第１導電型層１２は、Ｓｉ等が不純物元素として添加されたｎ型層であるが、さらにその上にＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層が形成されていて、一層でなくても構わない。

また、発光層１３は禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とから成る量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された多層量子井戸構造（ＭＱＷ）としている（図示せず）。その組成は、ＩｎＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ，それらの混晶からなり、発光波長により適宜組み合わせて形成され、例えば井戸層にＩｎＧａＮ、障壁層にＧａＮ、また、井戸層にＩｎ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ、障壁層にＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｙ）}Ｎ（ただしｘ＞ｙ）を用いて、形成可能である。

さらに、発光層１３上に形成される第２導電型層１４はｐ型層であるが、ＡｌＧａＮ，ＧａＮ等の複数層からなる。ｐ型不純物元素としては、マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ）等が添加される。

また、第１導電型層１２の露出部上に形成された第１導電型電極１５は、第１導電型層１２に良好なオーミック接触をとることができる材質から成る層状のものとしている。そのような材質のものとしては、例えば薄く成膜したアルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓｎ），モリブデン（Ｍｏ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），バナジウム（Ｖ），白金（Ｐｔ）等の薄膜、または酸化錫（ＳｎＯ_２），酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３），酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の薄膜を挙げることができる。また、上記薄膜を複数積層したり、化合物としたものでも構わない。好適には、Ｔｉ層，Ａｌ層，Ｎｉ層，Ａｕ層を順次積層したものが用いられる。

また、第２導電型層１４上に形成された第２導電型電極１６は、第２導電型層１４に良好なオーミック接触をとることができる材質からなるものとしている。そのような材質のものとしては、例えば薄く成膜したアルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓｎ），モリブデン（Ｍｏ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），バナジウム（Ｖ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）等の薄膜、または酸化錫（ＳｎＯ_２），酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３），酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の薄膜を挙げることができる。また、上記薄膜を複数積層したり、化合物としたものでも構わない。

さらに、第２導電型電極１６の材料は、発光素子の発光層１３で生じた光の取り出し方向によって、反射性の材質、透光性の材質を適宜選択することができる。例えば、光を第２導電型層１４側に光を取り出す場合、Ｎｉ薄膜，Ａｕ薄膜を積層した透明電極とし、光を基板側に取り出す場合、反射性の材質、例えば銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）の薄膜を好適に用いることができる。

第１導電型層１２の露出部に形成された溝１７は、第１導電型層１２の露出部に、第１導電型電極１５の発光層１３側の縁に沿って形成される。溝１７の深さは一義的には決めることはできず、第１導電型層の抵抗、バッファ層の抵抗、導電性基板の抵抗の関係に依存し、第１導電型層１２への横方向の電流の流れより、第１導電型層中の縦方向の電流の流れが支配的になるような深さに形成する必要がある。

第１導電型層１２の露出部に溝１７を形成すると、電流は溝１７の下を流れるが、溝１７の深さが深くなるほど、第１導電型層１２の電流の横方向の流れに対する抵抗は大きくなり、横方向への電流の流れは抑制される。遂には、図４（ｂ）に示すように、電流は第１導電型層１２中を縦方向に流れるようになり、バッファ層１１もしくは導電性基板、または導電層があれば、電流はその部分を低抵抗で横方向に流れる。

第１導電型層１２の厚みは２μｍ程度であり、縦方向に電流が流れても、数１００μｍの厚さからなる炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた図２の従来例の場合よりも十分に薄いので、抵抗は小さい。

上記の構成により、第１導電型層１２内部の露出部下方における第１導電型電極１５の発光層１３側の縁部分に電流が集中することがなくなる。

また、溝１７の幅については、横方向の電流の集中が発生しないような溝１７の深さがあればよいため、特に限定されるものではない。

さらに、溝１７は、第１導電型電極１５の全周にわたって形成されていてもよい。この場合、より確実に横方向の電流の集中が発生しないようにすることができる。

また溝１７は、複数のものが、互いに平行に、あるは平面視で格子状に形成されたものであってもよい。また溝１７は、深さ方向に向かうに従って先細りとなった形状（テーパー状、楔状）であってもよい。

第１導電型層１２の抵抗はＳｉ等のドーピング濃度により異なるが、通常使用される１×１０^１７／ｃｍ^３以上のドーピング濃度の範囲においては、溝１７の深さが第１導電型層１２の厚みの１０％以上の深さである場合には電流の集中が起こらず、電流分布の改善効果が顕著に認められている。

基板として絶縁性基板１０でなく、導電性基板を、バッファ層１１に絶縁性のものを使用した場合、溝１７は基板に達する深さで形成することが好ましい。また、バッファ層１１をトンネル電流が流れる程度に極力薄くした場合、溝１７は基板に達する必要はなく、第１導電型層１２の途中またはバッファ層１１の途中まで形成されていれば良い。

同様に、絶縁性基板１０やバッファ層１１を除去した後に、導電層、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層を半導体層に積層した場合も、溝１７は導電層に達していても、達していなくてもよい。

次に、図３（ａ），図３（ｂ）に基いて、本発明の発光素子の製造方法を説明する。基板上に、バッファ層１１、第１導電型層１２、発光層１３及び第２導電型層１４を含む半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、第２導電型層１４と発光層１３の一部を第１導電型層１２の一部が露出するまで除去する工程と、半導体層上に第１導電型電極１５，１６を形成する工程と、第１導電型層１２に溝１７を形成する工程とを具備する構成である。

具体的には、図３（ａ）に断面図で示すように、第１導電型層１２、発光層１３、第２導電型層１４からなる半導体層は、基板上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によってエピタキシャル成長される。

即ち、基板１０上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）から成るバッファ層１１を介して、第１導電型層１２である第１ｎ型クラッド層と第２ｎ型クラッド層とを順次積層し、次にその上に発光層１３として障壁層で挟まれた井戸層から成る量子井戸層が複数回繰り返し積層された超格子である多層量子井戸層（ＭＱＷ）を形成し、次にその上に第２導電型層１４である第１ｐ型クラッド層と第２ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層とを順次積層する。

さらに具体的には、バッファ層１１は、基板温度が４００〜９５０℃で基板１０上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）を２０〜３００ｎｍ程度の厚さで形成すればよい。この際、導電性を高めるためにＳｉ等の不純物元素を添加すればよい。

また、第１ｎ型クラッド層は、基板温度が９５０〜１１５０℃でバッファ層１１上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を数μｍ程度（例えば１〜５μｍ）の厚さで形成すればよい。また、第２ｎ型クラッド層は、基板温度が７００℃程度で第１ｎ型クラッド層上に窒化インジウムガリウム（Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ）を０．０１〜１μｍ程度の厚さで形成すればよい。

また、多層量子井戸層は、基板温度７００℃程度で、厚さ５〜５０ｎｍ程度の窒化インジウム・アルミニウム（Ｉｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ）から成る障壁層と、厚さ１〜２０ｎｍ程度の窒化インジウム・アルミニウム（Ｉｎ_０．１１Ｇａ_０．８９Ｎ）から成る井戸層とを順次形成し、そらにその上にそれらと同じ厚さ及び同じ組成の障壁層と井戸層とを、例えば３回繰り返して形成して、最後に同じ厚さ及び同じ組成の井戸層が形成されるようにすればよい。

また、第１ｐ型クラッド層は、基板温度が７００℃程度で、多層量子井戸層の障壁層上に窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ）を、１０〜１００ｎｍ程度の厚さで形成すればよい。また、第２ｐ型クラッド層は、基板温度が８２０℃程度で、第１ｐ型クラッド層上に窒化アルミニウム・ガリウム（Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ）を、５０〜３００ｎｍ程度の厚さで形成すればよい。また、ｐ型コンタクト層は、基板温度が８２０〜１０５０℃程度で、第２ｐ型クラッド層上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）を、５〜５０ｎｍ程度の厚さで形成すればよい。

その後、フォトリソグラフィ法や蒸着法を用いて、第１導電型層１２を露出させるためのエッチングを行う。このエッチングは、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で行うことができる。

再度フォトリソグラフィ法、蒸着法、リフトオフ法により、Ｔｉ層，Ａｌ層，Ｎｉ層，Ａｕ層を積層して成る第１導電型電極１５を、Ｎｉ層，Ａｕ層を積層して成る第２導電型電極１６を形成し、発光素子（ＬＥＤ）を作製した。

次に、第１導電型層１２に溝１７を形成するために、例えばＳｉＯ_２層をマスクとして堆積し、このＳｉＯ_２層にフォトリソグラフィ法を用いて所望の位置に孔を設ける。このＳｉＯ_２層は、スパッタリング法や熱ＣＶＤ法等の方法で容易に形成できる。

このマスクを用いて再度反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングを行うことにより、第１導電型層１２表面から基板側に向けて溝１７を形成する。溝１７形成後のＳｉＯ_２層には、さらにフォトリソグラフィ法により、第１導電型電極１５となる部位、第２導電型電極１６となる部位等となる所望の位置に孔を開け、パッド電極等を接続し、残部はパッシベーション膜として利用することができる。

また、上記工程において、第１導電型層１２の表面を露出させ、次に溝１７を形成した後に、第１導電型電極１５、第２導電型電極１６を形成することも可能である。この場合、溝１７を形成するためにＳｉＯ_２層を堆積しマスクとした後に、レジスト等を用いて再度フォトリソグラフィ法により電極形成部に孔を開け、引き続き電極材料を蒸着法等により積層し、リフトオフ法により電極を形成すればよい。

さらに、ボンディングやプローバ測定を行うために各電極上にパッド電極を設ける。パッド電極としては、Ｔｉ層，Ａｕ層を積層したもの等を使用することができる。

そして、ダイシングまたはスクライブ等によりチップごとに切断分離することにより、図３に示す発光素子が得られる。

本発明の実施例により作製された発光素子の構成を図５に示す。サファイア基板５０上に、低温（４００〜９５０℃程度）成長させたＧａＮバッファ層５１、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層５２、ＩｎＧａＮ中間層５３、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層によるＭＱＷ（多重量子井戸）層５４、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５５、Ｍｇドープのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５６、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層５７を形成し、ｐ型電極５８、ｎ型電極５９を形成した後、ｎ型ＧａＮ層からサファイア基板５０側に向かって溝５１０を形成し、発光素子を作製した。

なお、第１導電型（ｎ型）層はｎ型ＧａＮ層５２、ＩｎＧａＮ中間層５３であり、発光層はＭＱＷ層５４であり、第２導電型（ｐ型）層はＡｌＧａＮキャップ層５５、ＡｌＧａＮクラッド層５６、ＧａＮコンタクト層５７である。

まず、サファイア基板５０をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、１１００℃に昇温することでサーマルエッチングを行った。次に、４００℃に下げ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）原料によりＧａＮバッファ層５１を形成する。ＧａＮバッファ層５１の厚みは２０ｎｍである。

次に、１０５０℃に昇温後、ＴＭＧ，アンモニア，ケイ素の原料ガスであるシラン（ＳｉＨ_４）により、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層５２を厚み２μｍ、その後温度を７５０℃に降温し、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とＴＭＧにより、ＩｎＧａＮ中間層４３を厚み５０ｎｍ形成した。

引き続きＴＭＩを断続的に流しつつ発光層となるＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層，Ｉｎ_０．１１Ｇａ_０．８９Ｎ層を交互に５回積層してなる多重量子井戸層を形成した。なお、この際の基板温度は７５０℃であった。

次に、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５５を、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），ＴＭＧ，アンモニア及びｐ型不純物元素原料としてのＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて形成した。ｐ型ＡｌＧａＮ層５６の厚みは２０ｎｍであり、成長温度は７５０℃である。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層５６のＡｌＧａＮにおけるＡｌ組成比は、０．１５であった。即ち、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎとした。

さらに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５６を、ＴＭＡ，ＴＭＧ，アンモニア及びｐ型不純物元素原料としてのＣＰ２Ｍｇを用い形成した。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５６の厚みは１５０ｎｍであり、成長温度は８２０℃である。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５６のＡｌＧａＮにおけるＡｌ組成比は、０．２であった。即ち、Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎとした。

最後に、ｐ型ＧａＮコンタクト層５７をＴＭＧ，アンモニア，ＣＰ２Ｍｇにより形成した。ｐ型ＧａＮコンタクト層５７の厚みは２０ｎｍであり、この際の成長温度は８５０℃とした。

その後、フォトリソグラフィ法により、所定のマスクを用いて半導体層上にレジストを塗布、所定のパターンにパターニングした後、塩素系ガスを用いたＲＩＥ法により、ｎ型ＧａＮ層５２の一部が露出するまでエッチングを行った。

エッチング後、再度フォトリソグラフィ法、蒸着法、リフトオフ法により、ｎ型電極５９、ｐ型電極５８を形成した。ｎ型電極５９としては、Ｔｉ層，Ａｌ層，Ｎｉ層，Ａｕ層を、それぞれ３０ｎｍ，２００ｎｍ，２０ｎｍ，３０ｎｍの厚みで積層したものを形成した。ｐ型電極としては、Ｎｉ層，Ａｕ層を、それぞれ５ｎｍ，５ｎｍの厚みで積層したものを形成した。

さらに、半導体層および電極部の全面にＳｉＯ_２層を熱ＣＶＤ法により０．５μｍの厚みで形成した後、フォトリソグラフィー法によって溝５１０を設ける位置のレジストに開口部を形成し、王水でＳｉＯ_２層のエッチングを行った。引き続き、塩素系ガスによるＲＩＥ法によりエッチングを行うことにより、ｎ型ＧａＮ層５２の露出部表面からサファイア基板５０側に向けて溝５１０を形成した。溝５１０の深さは約２μｍとし、ほぼＧａＮバッファ層５１まで達するように形成した。

次に、レジストを除去した後、再度フォトリソグラフィ法によりｎ型電極５９、ｐ型電極５８の部分に孔を開け、王水にてその部分のＳｉＯ_２層を除去し、金属表面を露出させた。

次に、各電極上にパッド電極としてＴｉ層，Ａｕ層を５０ｎｍ，３００ｎｍの厚みで形成した。

その後、サファイア基板５０の裏面を研磨して１００μｍ程度の厚みにまで薄くし、スクライブにより３００μｍ□（スクエア）のチップ状に切断し分割した。

これらの発光素子のチップに、２０ｍＡ程度の順方向電流（順方向電圧３．３Ｖ）を流したところ、溝５１０を設けていない以外全く同様の構成である従来の発光素子と比較して、同等の順方向電圧であり、抵抗は変わらなかった。

さらに、上面側から見たときの発光輝度のむらを比較すると、溝５１０を設けていない発光素子では、ｎ型電極５９の周囲が明るく、ｎ型電極５９から離れると暗くなるといった輝度むらが観察された。一方、本発明の溝５１０を設けた発光素子については、そのような上面内での輝度むらが生じなかった。このことは、発光素子のチップ形状が１ｍｍ□である場合に、同様にして比較した場合、その違いはより顕著であった。

なお、本発明は上記の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

従来の発光素子の一例を示す断面図である。従来の発光素子の他例を示す断面図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す断面図及び平面図である。（ａ），（ｂ）は、従来の発光素子及び本発明の発光素子について電流集中の様子を説明するための断面図である。本発明の発光素子の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１２：第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層
１３：発光層
１４：第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層
１５：第１導電型電極
１６：第２導電型電極
１７：溝

Claims

第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層を有し、前記第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された第２導電型電極と、前記第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の一部を前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層まで除去してなる前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の露出部に形成された第１導電型電極とが設けられている発光素子において、前記半導体層は、前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の前記露出部に、前記第１導電型電極の前記発光層側の縁に沿って溝が形成されていることを特徴とする発光素子。
前記溝は、深さが前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の厚みの１０％以上の深さであることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
前記溝は、前記第１導電型電極を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。
前記半導体層は、紫外光領域から可視光領域で透光性を有する基板上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の発光素子。