JP2007227939A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透明電極（またはオーミック層）からｎ型半導体層の一部分までエッチングし、少なくとも一つの互いに離隔した溝を形成することで、活性層から発生した光が、素子内部で吸収及び散乱されて所定大きさ以下になる前に外部に放出されるようにし、光摘出効率を向上させることができる発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】順次積層された第１半導体層（ｎ型窒化物半導体層）１２０と、活性層１３０と、第２半導体層（ｐ型窒化物半導体層）１４０と、で構成される窒化物半導体層であって、第２半導体層１４０から第１半導体層１２０の一部までメサエッチングを行うことによって第１半導体層１２０の一部が露出された窒化物半導体層と、第１半導体層１２０の一部と、活性層１３０と、第２半導体層１４０と、を貫通して形成された少なくとも一つの溝１８０と、を含んで発光素子を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子及びその製造方法に関するもので、特に、透明電極（またはオーミック層）から窒化物半導体層の一部までに溝を形成し、素子の光効率を向上させた発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。

一般的に、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ:ＬＥＤ）は、化合物半導体の特性を用いて電気を光に変換して信号の送受信を行う、または、光源として使用される半導体素子の一種である。発光ダイオードは、低電圧で高効率の光を発生させるので、省エネルギー効果に優れており、最近、発光ダイオードの限界であった輝度問題が大いに改善されたので、バックライトユニット、電光板、表示器、家電製品、各種の自動化機器など産業全般において使用されている。特に、窒化物系発光ダイオードは、活性層のエネルギーバンドギャップが広く、発光スペクトラムが紫外線から赤外線に到る広範囲に形成され、砒素（Ａｓ）、水銀（Ｈｇ）などの環境有害物質を含んでいないので、環境親和的な面でも大きな注目を集めている。

現在、より多様な応用分野に活用するために、高輝度の発光ダイオードを得ようとする研究が行われているが、高輝度の発光ダイオードを得る方法には、活性層の品質を改善して内部量子効率を高める方法と、活性層から発生した光を外部に放出させて必要な方向に集めることで、光摘出効率を増大させる方法と、がある。現在、この内部量子効率及び光摘出効率の全てを増進させようとする試みがなされているが、半導体物質の品質を改善して内部量子効率を増進させる方法に比べて、素子電極設計、素子自体の形状、パッケージング方法などで改善する光摘出効率増加方法に関する試みがより積極的になされている。

ここで、光摘出効率は、発光ダイオードに注入された電子と、発光ダイオードの外側に放出される光子との比によって決定され、光摘出効率が高いほど発光ダイオードの明るさが増加する。上述した発光ダイオードの光摘出効率は、チップの形状や表面形態、チップの構造、パッケージング形態によって多くの影響を受けるため、発光ダイオードの設計時に細心な注意が必要である。高出力及び高輝度の発光ダイオードにおいて、光摘出効率は、発光効率を決定する重要な要因として作用する。しかしながら、従来の窒化物系発光ダイオードの製造方法には、光摘出効率に限界があった。

従来の窒化物系発光ダイオードにおいては、活性層から発生した光が外部に抜け出るとき、窒化物系半導体物質と外部との屈折率の差によって全反射条件が発生する。そのため、全反射の臨界角以上の角度で入射した光は、外部に抜け出ることができずに反射し、再び素子の内部に入る。すなわち、図１に示すように、活性層３０から発生した光が窒化物系半導体物質４０の表面に到達するとき、入射する光の入射角が、外部の屈折率と窒化物系半導体物質の屈折率によって決定する臨界角θ_Ｃ以上である場合、光が外部に抜け出ることができずに素子の内部に反射し、反射した光は、多様な経路を経ながら減衰する。

ここで、上述した臨界角は、スネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓ Ｌａｗ）によって決定され、下記の数式１によって求められる。

（数式１）
ｓｉｎθ_Ｃ＝Ｎ_１／Ｎ_２

ここで、θ_Ｃは臨界角を示し、Ｎ_１は外部の屈折率を示し、Ｎ_２は素子内部の屈折率を示す。

そして、発光ダイオードは、次のような方式で駆動する。すなわち、ｐ型電極及びｎ型電極に電圧を印加すると、ｐ型窒化物半導体層及びｎ型窒化物半導体層から正孔及び電子が活性層に流れ込む。そして、活性層で電子-正孔の再結合が発生し、活性層から光が発光する。ここで、活性層から発光した光は、活性層の上側及び下側に進行し、上側に進行した光は、ｐ型窒化物半導体層の上部に薄く形成された透明電極を通じて外側に放出される。一方、活性層の下側に進行した光は、基板の下部に抜け出ることで、発光ダイオードのパッケージング時に用いられる半田（Ｓｏｌｄｅｒ）に吸収されたり、基板で反射されて再び上側に進行することで、活性層に再び吸収されたり、透明電極を通じて外側に抜け出る。

ここで、発光ダイオードの活性層から発生した光は、素子内部を進行する間、吸収及び散乱などによって大きさが減少する。すなわち、発光ダイオードの活性層から発生し、素子の側面を通じて外部に放出される光は、素子の上部面を通じて外部に放出される光より相対的に長い距離を進行することになるので、吸収及び散乱などによって大きさが減少する。

上述したように、従来において、発光ダイオードの活性層から発生した光は、素子内部で全反射されるという問題や、素子内部を進行しながら吸収及び散乱されて大きさが減少することで、光摘出効率が低下するという問題があった。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、透明電極（またはオーミック層）からｎ型半導体層の一部分までエッチングし、少なくとも一つの互いに離隔した溝を形成することで、活性層から発生した光が、素子内部で吸収及び散乱されて所定の大きさ以下になる前に外部に放出されるようにし、光摘出効率を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る発光素子は、順次積層された第１半導体層と、活性層と、第２半導体層と、で構成される窒化物半導体層であって、前記第２半導体層から前記第１半導体層の一部までをメサエッチングすることによって前記第１半導体層の一部が露出された窒化物半導体層と、前記第１半導体層の一部と、前記活性層と、前記第２半導体層と、を貫通して形成された少なくとも一つの溝と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る他の発光素子は、順次形成された第１半導体層と、活性層と、第２半導体層と、で構成される窒化物半導体層と、前記第２半導体層上に形成されるオーミック層と、前記オーミック層上に形成される伝導性支持膜と、前記第１半導体層の一部と、前記活性層と、前記第２半導体層と、前記オーミック層と、を貫通して形成された少なくとも一つの溝と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る発光素子の製造方法は、基板上に、バッファ層と、第１半導体層、活性層および第２半導体層からなる窒化物半導体層と、透明電極と、を順次形成する段階と、前記透明電極から前記第１半導体層の一部までをメサエッチングによって、前記第１半導体層の一部を露出させる段階と、前記透明電極から前記第１半導体層の一部までの前記メサエッチングによって、少なくとも一つの溝を形成する段階と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る他の発光素子の製造方法は、基板上に、第１半導体層、活性層および第２半導体層で構成される窒化物半導体層と、オーミック層と、を順次形成する段階と、前記オーミック層、前記第２半導体層と、前記活性層と、前記第１半導体層の一部と、を貫通する少なくとも一つの溝を形成する段階と、を含んで構成されることを特徴とする。

本発明によると、透明電極（またはオーミック層）からｎ型半導体層の一部分までエッチングし、少なくとも一つの互いに離隔した溝を形成することで、活性層から発生した光が、素子内部で吸収及び散乱されて所定大きさ以下になる前に外部に放出されるので、光摘出効率を向上できるという効果がある。

本発明の他の目的、特性及び利点は、添付の図面に基づいた各実施例の詳細な説明を通して明らかになるだろう。

以下、上記の目的が具体的に実現される本発明の好適な実施例を、添付の図面に基づいて説明する。

図２は、本発明に係る発光素子の一実施例を示した断面図である。以下、本発明に係る発光素子の一実施例を、図２に基づいて説明する。

本実施例に係る発光素子において、基板１００上には、バッファ層１１０、ｎ型窒化物半導体層１２０（第１半導体層）、活性層１３０、ｐ型窒化物半導体層１４０（第２半導体層）が順次形成される。ここで、ｐ型窒化物半導体層１４０からｎ型窒化物半導体層１２０の一部分まで、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）方式でメサ（Ｍｅｓａ）エッチングを施すことで、ｎ型窒化物半導体層１２０の一部が上部から露出する。そして、ｐ型窒化物半導体層１４０の上部に透明電極１５０が形成され、透明電極１５０からｎ型窒化物半導体層１２０の一部分まで、複数個の溝１８０が互いに離隔して形成される。また、透明電極１５０上にｐ型電極１６０が形成され、露出したｎ型窒化物半導体層１２０上にｎ型電極１７０が形成される。

ここで、基板１００としては、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板などが用いられ、特に、この中で代表的なものはサファイア基板である。そして、バッファ層１１０は、基板１００と窒化物半導体物質との格子不整合及び熱膨脹係数の差を緩和するためのもので、低温成長ＧａＮ層またはＡｌＮ層が用いられる。ここで、ｎ型窒化物半導体層１２０は、組成式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（1−ｘ−ｙ）}Ｎ（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有するｎ型ドーピングされた半導体物質からなり、特に、ｎ−ＧａＮが広く用いられる。そして、活性層１３０は、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）構造を有し、ＧａＮまたはＩｎＧａＮからなる。また、ｐ型窒化物半導体層１４０は、ｎ型窒化物半導体層１２０と同様に、組成式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（1−ｘ−ｙ）}Ｎ（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有する窒化物半導体物質からなり、ｐ型ドーピングされる。

そして、ｐ型窒化物半導体層１４０は、低い不純物ドーピング濃度によって接触抵抗が高いので、オーミック特性が良好でない。したがって、オーミック特性を改善するために、透明電極１５０をｐ型窒化物半導体層１４０の上部に形成する。ここで、透明電極１５０としては、Ｎｉ／Ａｕの二重層で構成された透明電極層が広く用いられ、Ｎｉ／Ａｕの二重層で構成された透明電極層は、電流注入面積を増加させながらオーミック接触を形成し、順方向電圧Ｖ_ｆを低下させる。一方、ｐ型窒化物半導体層１４０の上部には、約６０％〜７０％の低い透過率を示すＮｉ／Ａｕの二重層の代りに、透過率が約９０％以上であることが知られているＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）層を形成することもできる。そして、ｐ型電極１６０及びｎ型電極１７０は、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）の何れか一つの金属またはこれら金属の合金からなる。

ここで、本実施例に係る発光素子は、光摘出効率を向上させるために、透明電極１５０からｎ型窒化物半導体層１２０まで溝１８０を形成することを特徴とする。ここで、溝１８０は、透明電極１５０からｎ型窒化物半導体層１２０の一部までをエッチングすることで、少なくとも一つが形成される。そして、透明電極１５０からｎ型窒化物半導体層１２０の一部分までエッチングされた溝１８０が備わることで、活性層１３０から発生した光が素子内部を進行する距離を減少させるとともに、光が素子内部で吸収及び散乱される量を減少させることができる。

すなわち、従来の発光ダイオードにおいては、活性層から発生した光が素子内部を進行しながら素子内の物質層に吸収及び散乱されることで、光の強さが弱くなっていた。特に、素子の側面に抜け出る光の場合、素子内部での光の進行距離が長いため、多量の光が素子内の物質層に吸収及び散乱されることで、光の強さが一層弱くなる。

発光ダイオードにおいて、活性層から発生した光は、素子内部で進行する距離によって光の強さが減少するが、これは、数式２で表現される。

（数式２）
Ｉ＝Ｉ_０｛ｅｘｐ（−αＬ）｝

ここで、Ｉは、光が距離Ｌだけ進行したときの強さを示し、Ｉ_０は、最初の光の強さを示し、αは、物質の吸収係数を示す。数式２によると、活性層から発生した光の強さは、素子内部で進行する距離及び吸収係数αによって指数関数的に減少するが、一般に発光ダイオードの物質を変更することは困難であるので、本実施形態では、光の強さの減少を防止するための代替案として、素子内部で進行する光の距離を減少させる。

したがって、本発明では、透明電極１５０からｎ型窒化物半導体層１２０の一部分までエッチングし、互いに離隔した複数個の溝１８０を形成することで、活性層１３０から発生した光が短い距離のみを移動した後、外部に放出されるようにした。本実施例によると、活性層１３０から発生した光が素子内部で吸収及び散乱される量を減少させることで、外部に放出される光の強さを向上させることができる。

ここで、複数個の溝１８０間の間隔は、Ｉ／Ｉ_０が０．５以上になるように形成することができ、各溝１８０の幅は、１〜１０μｍ程度にすることが好ましい。上述したように、複数個の溝１８０間の間隔においてＩ／Ｉ_０が０．５以上になるように形成すると、活性層１３０から発生した光は、光の強さが最初の光の強さの半分以下になる前に、素子の外部に抜け出るようになる。したがって、活性層１３０から発生した光が素子内部で吸収及び散乱されることで、光の強さが所定の強さ以下に減少する現象を防止できるようになる。

そして、溝１８０の内側面が、基板１００に垂直な線を基準に所定の角度を有して形成されると、発光ダイオードの光摘出効率を一層向上させることができる。すなわち、溝１８０の内側面が垂直線上を基準に所定の角度を有して形成されると、溝１８０の内側面での臨界角を高めることができ、活性層１３０から発生した光が溝１８０の内側面に到達したとき、素子内部に全反射される確率を減少させることができる。このとき、溝１８０の内側面は、垂直線上を基準にしたとき、０〜７０度の傾斜を有して形成される。ここで、垂直線は、窒化物半導体層をなす各層１２０、１３０、１４０の境界面に対して垂直な仮想線を意味する。

図３Ａ〜図３Ｅは、本発明に係る発光素子の製造方法の一実施例を示した断面図である。以下、本発明に係る発光素子の製造方法の一実施例を、図３Ａ〜図３Ｅに基づいて説明する。

本実施例は、上述の図２に示した発光素子の一実施例を製造する方法である。図３Ａに示すように、まず、基板２００上に、バッファ層２１０、ｎ型窒化物半導体層２２０、活性層２３０、ｐ型窒化物半導体層２４０を順次形成する。ここで、基板２００としては、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板などが用いられる。そして、基板２００の上部に形成されるバッファ層２１０、ｎ型窒化物半導体層２２０、活性層２３０、ｐ型窒化物半導体層２４０は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などの気相蒸着法によって成長させることができる。

次いで、図３Ｂに示すように、ｐ型窒化物半導体層２４０からｎ型窒化物半導体層２２０の一部分までをメサエッチングし、ｎ型窒化物半導体層２２０の一部分を露出させる。すなわち、サファイア基板などの絶縁性基板を用いる場合、基板の下部に電極を形成できないので、ｐ型窒化物半導体層２４０からｎ型窒化物半導体層２２０の一部分までをメサエッチングし、電極を形成することができる空間を確保する。

次いで、図３Ｃに示すように、ｐ型窒化物半導体層２４０上に透明電極２５０を形成する。透明電極２５０は、電流注入面積を増加させながらｐ型窒化物半導体層２４０とオーミック接触を形成し、順方向電圧Ｖ_ｆを低下させる。ここで、透明電極２５０としては、Ｎｉ／Ａｕの二重層を用いたり、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＺｎＯなどのＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）層を用いる。

そして、図３Ｄに示すように、透明電極２５０からｎ型窒化物半導体層２２０の一部分までをエッチングし、少なくとも一つの離隔した溝２８０を形成する。ここで、溝２８０が二つ以上である場合、各溝は互いに離隔して形成される。具体的に、透明電極２５０上にフォトレジストを塗布してパターニングした後、パターニングされたフォトレジストをエッチングマスクとして、透明電極２５０からｎ型窒化物半導体層２２０の一部分までをエッチングする。ここで実施されるエッチングは、ＩＣＰ／ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ／Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）方式の乾式エッチングであり、溝２８０の各幅は１〜１０μｍ程度になる。

そして、溝２８０の内側面は、垂直線上を基準にしたとき、０〜７０度の傾斜を有して形成される。ここで、溝２８０の内側面の傾斜は、フォトレジストやプラズマのバイアスまたは密度などによって調節される。すなわち、パターニングしたフォトレジストの温度調節によって、フォトレジストの側面に所定角度の傾斜を持たせることができ、これをエッチングマスクとして用いると、溝２８０の内側面角を調節することができる。また、プラズマのバイアスや密度などの変化によってプラズマの方向性を調節することで、溝２８０の内側面角を調節することができる。

次いで、図３Ｅに示すように、透明電極２５０上にｐ型電極２６０を形成するが、ｐ型電極２６０は、透明電極２５０の端部上に形成される。そして、露出したｎ型窒化物半導体層２２０上にｎ型電極２７０を形成する。

図４Ａ〜図４Ｃは、本発明に係る発光素子における複数個の溝の形状を示した平面図である。図４Ａ〜図４Ｃに示すように、溝は、図示した形状の他にも、多様な形状で、少なくとも一つ形成される。ここで、各溝における幅は、上述したように、１〜１０μｍ（マイクロメートル）である。そして、上述したように、溝が所定角度を有して傾斜する場合、平面図は、図示したものと多少異なる。ここで、図４Ａは、ストライプ状に所定距離だけ離隔して形成された各溝の状態を示している。そして、図４Ｂ及び図４Ｃは、ストライプ状に形成されず、屈折して形成された複数個の溝の状態を示している。ここで、図４Ａ〜図４Ｃは、発光素子の透明電極部分の平面図である。したがって、図４Ａ乃至図４Ｃには、透明電極及び溝のみが示されているが、実際に、溝は透明電極からｎ型電極の一部分まで形成されている。そして、透明電極、ｐ型電極、活性層及びｎ型電極などの各層には、複数個の溝が形成されているが、各層は溝によって切断されず、全体的に一つの層をなしている。そして、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、溝は各層の一部分に形成されず、全面積にかけて均一に形成されることが好ましい。

上述した発光素子及びその製造方法は、ｐ型電極及びＮ型電極が同一平面上に形成される水平型発光ダイオードに関するものである。以下、垂直電極型発光ダイオード、すなわち、ｐ型電極（導電性支持膜）が発光構造物の上部に形成され、ｎ型電極が発光構造物の下部に形成される実施例を説明する。

図５は、本発明に係る発光素子の他の実施例を示した図である。以下、本発明に係る発光素子の他の実施例を、図５に基づいて説明する。

本実施例に係る発光素子は、ｎ型窒化物半導体層３００、活性層３１０、ｐ型窒化物半導体層３２０及びオーミック層３３０が順次形成されて構成される。そして、オーミック層３３０からｎ型窒化物半導体層３００の一部分まで少なくとも一つの溝が形成される。ここで、溝が二つ以上である場合、各溝は互いに離隔して形成される。そして、オーミック層３３０上に導電性支持膜３４０が形成され、ｎ型窒化物半導体層３００上にｎ型電極３５０が形成される。

ここで、オーミック層３３０は、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の金属薄膜からなるが、ニッケルを基本とする金属薄膜は、酸素雰囲気で熱処理することで、１０^−３〜１０^−４Ωｃｍ^２程度の非接触抵抗を有するオーミック接触を形成する。オーミック層３３０としてニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の金属薄膜を用いる場合、高い反射率によって活性層３１０から放出される光を効果的に反射することができるので、別途の反射膜を形成せずに反射効果を得ることができるという長所がある。

導電性支持膜３４０は、ｐ型電極の役割をするので、電気伝導度に優れた金属を用いることが好ましく、素子作動時に発生する熱を充分に発散させるべきであるので、熱伝導度の高い金属を用いる。そして、導電性支持膜３４０の形成時、全体のウェハーに曲がりを発生させない状態で、スクライビング工程及びブレイキング工程を通じて別個のチップに良好に分離させるためには、ある程度の機械的強度を備えるべきである。したがって、導電性支持膜３４０としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）及びアルミニウム（Ａｌ）などの熱伝導度の良好な軟金属と、各金属と結晶構造及び結晶格子常数が類似しており、合金時の内部応力の発生を最小化にすると同時に機械的強度を有するニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）などの硬金属との合金で形成することができる。

図６Ａ〜図６Ｅは、本発明に係る発光素子の製造方法の他の実施例を示した断面図である。以下、本発明に係る発光素子の製造方法の他の実施例を、図６Ａ〜図６Ｅに基づいて説明する。

本実施例は、上述した図５に示した発光素子の一実施例を製造する方法である。まず、図６Ａに示すように、サファイア基板４００上に、ｎ型窒化物半導体層４１０、活性層４２０、ｐ型窒化物半導体層４３０及びオーミック層４４０を順次形成する。

次いで、オーミック層４４０からｎ型窒化物半導体層４１０の一部分までエッチングし、少なくとも一つの溝４８０を形成する（図６Ｂを参照）。そして、図６Ｃに示すように、オーミック層４４０上に導電性支持膜４５０を形成する。

そして、図６Ｄに示すように、サファイア基板４００をｎ型窒化物半導体層４１０から分離させる。ここで、サファイア基板４００の除去は、エキシマレーザーなどを用いたレーザーリフトオフ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ：ＬＬＯ）法または乾式及び湿式エッチング方法で行われる。特に、基板４００の除去は、レーザーリフトオフ法で行うことが好ましい。すなわち、サファイア基板４００に所定帯域の波長を有するエキシマレーザー光をフォーカシングして照射すると、サファイア基板４００とｎ型窒化物半導体層４１０との境界面に熱エネルギーが集中する。したがって、ｎ型窒化物半導体層４１０の界面がガリウムと窒素分子に分離され、レーザー光が通過する部分で瞬間的にサファイア基板４００の分離が起きる。

次いで、図６Ｅに示すように、ｎ型窒化物半導体層４１０上にｎ型電極４６０を形成する。

以上説明した内容を通して、当業者であれば、本発明の技術思想から逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることを理解できるだろう。

したがって、本発明の技術的範囲は、実施例に記載された内容に限定されることなく、特許請求の範囲によって定められるべきである。

従来の発光素子の活性層から発生した光が窒化物系半導体の表面で全反射される状態を示した図である。 本発明に係る発光素子の一実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の一実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の一実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の一実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の一実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の一実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子における複数個の溝の形状を示した平面図である。 本発明に係る発光素子における複数個の溝の形状を示した平面図である。 本発明に係る発光素子における複数個の溝の形状を示した平面図である。 本発明に係る発光素子の他の実施例を示した図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の他の実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の他の実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の他の実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の他の実施例を示した断面図である。 本発明に係る発光素子の製造方法の他の実施例を示した断面図である。

符号の説明

１００ 基板
１１０ バッファ層
１２０ ｎ型窒化物半導体層
１３０ 活性層
１４０ ｐ型窒化物半導体層
１５０ 透明電極
１６０ ｐ型電極
１７０ ｎ型電極
１８０ 溝

Claims (20)

1. 順次積層された第１半導体層と、活性層と、第２半導体層と、で構成される窒化物半導体層であって、
   前記第２半導体層から前記第１半導体層の一部までをメサエッチングすることによって前記第１半導体層の一部が露出された窒化物半導体層と、
   前記第１半導体層の一部と、前記活性層と、前記第２半導体層と、を貫通して形成された少なくとも一つの溝と、を含んで構成されることを特徴とする発光素子。
2. 前記溝は複数個形成され、
   最初の光の強さをＩ_０、物質の吸収係数をα、光が距離Ｌだけ進行したときの強さをＩ＝Ｉ_０｛ｅｘｐ（−αＬ）｝としたとき、Ｉ／Ｉ_０が０．５以上になるように互いに離隔して形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記溝は１〜１０マイクロメートルの幅を有することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
4. 前記溝は前記窒化物半導体層の垂直線上に対し、０〜７０度の角度で傾斜することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
5. 前記溝はストライプ状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
6. 前記第２半導体層上に順次形成される透明電極と、第２電極と、をさらに含み、
   前記溝は前記透明電極を貫通して形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
7. 前記透明電極は、Ｎｉ／Ａｕの二重層またはＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）層からなることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
8. 前記第１半導体層の露出部に形成される第１電極をさらに含む請求項１に記載の発光素子。
9. 順次形成された第１半導体層と、活性層と、第２半導体層と、で構成される窒化物半導体層と、
   前記第２半導体層上に形成されるオーミック層と、
   前記オーミック層上に形成される伝導性支持膜と、
   前記第１半導体層の一部と、前記活性層と、前記第２半導体層と、前記オーミック層と、を貫通して形成された少なくとも一つの溝と、を含んで構成されることを特徴とする発光素子。
10. 前記溝は、複数個形成され、
    最初の光の強さをＩ_０、物質の吸収係数をα、光が距離Ｌだけ進行したときの強さをＩ＝Ｉ_０｛ｅｘｐ（−αＬ）｝としたとき、Ｉ／Ｉ_０が０．５以上になるように互いに離隔して形成されたことを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
11. 前記溝は１〜１０マイクロメートルの幅を有することを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
12. 前記溝は前記窒化物半導体層の垂直線上に対し、０〜７０度の角度で傾斜することを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
13. 前記第１半導体層上に形成される第１電極をさらに含む請求項９に記載の発光素子。
14. 基板上に、バッファ層と、第１半導体層、活性層及び第２半導体層からなる窒化物半導体層と、透明電極と、を順次形成する段階と、
    前記透明電極から前記第１半導体層の一部までのメサエッチングによって、前記第１半導体層の一部を露出させる段階と、
    前記透明電極から前記第１半導体層の一部までの前記メサエッチングによって、少なくとも一つの溝を形成する段階と、を含んで構成されることを特徴とする発光素子の製造方法。
15. 前記バッファ層及び前記窒化物半導体層は、気相蒸着法で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
16. 前記溝を形成する段階では、
    パターニングされたフォトレジストをマスクとして、前記透明電極及び前記窒化物半導体層をメサエッチングすることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
17. 前記透明電極及び前記窒化物半導体層の前記メサエッチングは、ＩＣＰ／ＲＩＥ方式による乾式エッチングで行われることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
18. 基板上に、第１半導体層、活性層及び第２半導体層で構成される窒化物半導体層と、オーミック層と、を順次形成する段階と、
    前記オーミック層と、前記第２半導体層と、前記活性層と、前記第１半導体層の一部と、を貫通する少なくとも一つの溝を形成する段階と、を含んで構成されることを特徴とする発光素子の製造方法。
19. 前記オーミック層上に伝導性支持膜を形成する段階と、
    前記基板をレーザーリフトオフ法で除去する段階と、
    前記第１半導体層上に第１電極を形成する段階と、をさらに含む請求項１８に記載の発光素子の製造方法。
20. 前記オーミック層を形成する段階では、
    ニッケル及び／または金を酸素雰囲気で熱処理し、１０^−３〜１０^−４オーム（ｏｈｍ）ｃｍ^２の非接触抵抗を有するオーミック接触を形成することを特徴とする請求項１８に記載の発光素子の製造方法。