JP2009296007A - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子において、光の外部取出し効率を向上させながらその放射特性を制御する。
【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子は第１積層体と第２積層体を含み、第１積層体は発光層を含む半導体積層体を含み、その上には発光層からの光を反射するための多層反射構造と第１接合用金属層とが順次形成されており、第２積層体は第２接合用金属層を含み、第１と第２の積層体は第１と第２の接合用金属層の相互接続によって接合されており、多層反射構造は半導体積層体側から順に透光性の導電性酸化物層とこれに隣接する反射金属層とを含み、透光性の導電性酸化物層の厚さを制御することによって光放射特性が制御されている。
【選択図】図３

Description

本発明はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子に関し、特に青色光または白色光を放射し得る発光素子からの光の外部取出し効率と放射特性制御性の改善に関するものである。

従来、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子では主としてサファイア基板が使用されており、そのようにサファイア基板を含む窒化物半導体発光素子が商品化されている。この場合、サファイア基板は絶縁性であるので、基板の一主面上に成長させられた複数のＩＩＩ族窒化物半導体層上にｐ型用とｎ型用の両電極が配置されている。

図１０は特開２００３−１６３３７３号公報に開示された化合物半導体発光素子を模式的な断面図で示しており、この発光素子は複数の反射層を含んでいる。より具体的には、図１０の発光素子において、サファイア基板８１上に、バッファ層８２、第１の反射層８６、ｎ型層８３、発光層８４、ｐ型層８５、第２の反射層８７、およびｐ型用電極８８が順次積層されている。そして、部分的に露出されたｎ型層８３上に、ｎ型用電極８９が形成されている。なお、図１０の例においては、第２の反射層８７がｐ型用電極８８を兼ねている。

すなわち、図１０の発光素子においては、発光層８４から放射された光が第１反射層８６と第２反射層８７との間で共振した後に効率よくサファイア基板８１を通して外部に放出され、それによって発光素子の光出力を向上させている。そのために、第１反射層８６は第２反射層８７に比べて低い反射率を有している。

また、特開２００２−２６３９２号公報においても、同様にｐ型層側に高反射率の電極を設けることによって、発光層からの光をサファイア基板側へ反射させて、外部への光取出し効率を向上させている。

特開２００３−１６３３７３号公報 特開２００２−２６３９２号公報

上述のような特許文献１や特許文献２による発光素子においては、ｐ型ＧａＮ層上に高反射率の金属層を設けているので、活性層からの光が素子構造に依存して反射されて基板を介して放出される。したがって、チップ分割後にモールドを行う場合において、発光素子からはその素子構造に依存した放射特性でしか光の取出しが行なわれ得ず、放射特性を変えるにはモールド時におけるカップの形状やモールドの形状などに関して工夫する必要がある。

このような先行技術の状況に鑑み、本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を利用して作製されて青色光または白色光を放射し得る発光素子において、光の外部取出し効率を向上させながらその放射特性を制御することを目的としている。

本発明によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子は、第１の積層体と第２の積層体を含み、その第１積層体はｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層が順に積層された半導体積層体を含み、その半導体積層体の一主面上には活性層から放射された光を反射するための多層反射構造が形成されており、その多層反射構造上には第１の接合用金属層が形成されており、第２積層体は第２の接合用金属層を含み、第１積層体と第２積層体とは第１接合用金属層と第２接合用金属層とを互いに接合することによって接合されており、多層反射構造は半導体積層体側から順に透光性の導電性酸化物層とこれに隣接する反射金属層とを含み、透光性の導電性酸化物層の厚さを制御することによって光放射特性が制御されていることを特徴としている。

なお、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成を有し得る。多層反射構造は、半導体積層体に対してオーミック接触し得る金属層を導電性酸化物層に接してさらに含んでいることが好ましい。そのオーミック接触用金属層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、およびＰｔから選択された１種以上の金属を含んでいることが好ましい。また、オーミック接触用金属層は、１ｎｍ〜２０ｎｍ範囲内の厚さを有していることが好ましい。

透光性の導電性酸化物層は、酸化インジュウム、酸化錫、ＩＴＯ（酸化インジュウム錫）、酸化亜鉛、および不純物によって導電性が付加された酸化チタンの少なくとも１種を含み得る。透光性の導電性酸化物層は、１ｎｍ〜３０μｍの範囲内の厚さを有することが好ましい。

反射金属層は、３６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内の光を反射し得ることが好ましい。反射金属層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、およびＰｄから選択された１種以上の金属を含み得る。反射金属層はＡｇ、Ｂｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｄ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、およびＮｉのいずれか２種以上を含む合金を含むこともでき、特にＡｇＢｉ、ＡｇＮｄ、およびＡｇＮｄＣｕのいずれかが好ましく用いられ得る。

透光性の導電性酸化膜は蛍光作用を生じる不純物を含むことができ、活性層からの光は蛍光作用によって波長変換されて放出され得る。蛍光作用を生じる不純物は、ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、および（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕから選択された１種以上を含むことができ、活性層からの光が蛍光作用によって白色光に変換され得る。

半導体積層体の他方の主面上には、透光性電極層が形成され得る。その透光性電極層は、透光性の導電性酸化物で形成され得る。

以上のようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子を製造する方法においては、発光素子が所定の光放射特性を有するように透光性の導電性酸化物層が制御された所定厚さに堆積されることが好ましい。その透光性の導電性酸化物層は、スパッタリングによって堆積され得る。

本発明によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子においては、反射金属層に隣接する透光性の導電性酸化膜の厚みを制御することによって、発光素子からの光放射特性が制御され得る。また、本発明による発光素子においては、半導体積層体の両主面側に対応する正負の電極をそれぞれ形成することができるので、光取出し側の電極を透光性の導電性酸化膜で形成することによって、発光素子チップからの光取出し面積を大きくすることができる。

本発明の一実施形態によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の作製に利用される積層体の模式的断面図である。 ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の作製のために図１の積層体とともに利用される他の積層体の模式的断面図である。 図１と図２の積層体を利用して作製されたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。 本発明の他の実施形態によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の作製に利用される積層体の模式的断面図である。 ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の作製のために図４の積層体とともに利用される他の積層体の模式的断面図である。 図４と図５の積層体を利用して作製されたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。 図３のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子における光放射特性の一例を示す半円グラフである。 図３のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子における光放射特性の他の例を示す半円グラフである。 図３のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子における光放射特性のさらに他の例を示す半円グラフである。 従来技術においてサファイア基板上に形成されかつ反射層を含む化合物半導体発光素子を示す模式的断面図である。

（実施の形態１）
図３は、本発明の実施形態１によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を模式的な断面図で示している。この発光素子においては、発光層を含む複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含む積層体１−１の下面上にｎ型用の透光性電極１２０が形成されている。積層体１−１の上面側の多重金属貼付層Ｂ上には、導電性基板電極１−２が貼付けられている。その導電性基板電極１−２は多重金属貼付層Ｃを含み、多重金属貼付層ＢとＣとが貼合わされている。

図３の発光素子の製造においては、まず図１に示されているような積層体１−１を作製する。この積層体１−１の作製では、サファイア基板１０１上に、ＧａＮバッファ層１０２、ｎ型ＧａＮ層１０３、発光層としてＩｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層とＧａＮ層とが交互に４対組合わされたＭＱＷ（多重量子井戸）活性層１０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０５、およびｐ型ＧａＮ層１０６が順次形成される。さらに、ｐ型ＧａＮ層１０６上に、透光性のオーミック接触層１０７、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）層１０８、活性層からの光を反射させる反射金属膜１０９、拡散防止膜としてのＭｏ膜１１０とＰｔ膜１１１、および貼合わせのためのＡｕ膜１１２が形成される。なお、Ｐｔ膜はＭｏ膜と同様に拡散防止の作用を有しているが、Ｍｏ膜とＡｕ膜との接合性を改善する作用をも有している。

より具体的には、図１の積層体１−１の作製では、サファイア基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長）法を用いて、複数のＩＩＩ族窒化物半導体層が積層される。そのために、まずサファイア基板１０１を反応室内のサセプタ上に装着して、１２００℃でＨ_２雰囲気にてベーキングを行う。その後、同じ基板温度にてキャリアガスとしてＨ_２を用いながら、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ_３）を用いてＧａＮバッファ層１０２を厚さ３０ｎｍに成長させ、続いてＴＭＧ、ＮＨ_３、およびドーパント用モノシラン（ＳｉＨ_４）を用いて、ｎ型ＧａＮ層１０３を厚さ４〜１０μｍに成長させる。

その後、基板温度７５０℃で、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ、およびＮＨ３を用いて、厚さ３ｎｍのＩｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ井戸層と厚さ９ｎｍのＧａＮ障壁層とを４対交互に積層させてＭＱＷ活性層１０４を形成する。

次に、基板温度１１００℃で、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ_３、およびドーパント用シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いて、Ｍｇドープのｐ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層１０５を厚さ３０ｎｍに成長させる。最後に、同じ基板温度で、ＴＭＧ、ＮＨ_３、およびＣｐ_２Ｍｇを用いて、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮ層１０６を厚さ１２０ｎｍに成長させる。

そして、基板温度を常温まで下げた後に、その積層体を大気中に取り出す。その後、Ｍｇドープされた半導体層のｐ型活性化を行うために、熱処理炉を用いて、Ｎ_２雰囲気中で８００℃にて１５分間熱処理を行う。

熱処理された積層体の有機洗浄を行った後、ｐ型ＧａＮ層１０６上に、透光性のオーミック接触層１０７として厚さ１〜２０ｎｍのＰｄ（パラジウム）層が、基板温度１００℃にて真空蒸着法で形成される。Ｐｄ層１０７によってオーミック接触が得られれば、その上に後で形成されるＩＴＯ層１０８によって電流が横方向へ広がり得るので、Ｐｄ層１０７をさらに薄くすることも可能で、好ましくは厚さ１〜７ｎｍに成膜すればよい。Ｐｄ層１０７まで形成された積層体は、真空中で５００℃にて５分間アニールされる。

Ｐｄ層１０７上には、透光性で電気伝導性を有する酸化膜であるＩＴＯ層１０８が、スパッタ装置によって厚さ１ｎｍに成膜される。そして、ＩＴＯ層１０８上には、基板温度１００℃における真空蒸着法によって、反射金属層１０９としてのＡｇ層が１５０ｎｍの厚さに成膜される。

引き続く真空蒸着によって、拡散防止の役割を果たす厚さ１０ｎｍのＭｏ膜１１０と厚さ１５ｎｍのＰｔ膜１１１をこの順に成膜し、さらに金属接合しやすいＡｕ膜１１２を厚さ０．５μｍに成膜する。

次に、図２の模式的断面図に示すように、積層体１−１に貼合わされる多重金属貼付層Ｃを有する導電性基板電極１−２を作製する。この導電性基板電極１−２では、導電性基板であるｎ型Ｓｉ基板１１３の（１００）面上に、Ｔｉ膜１１４、Ａｌ膜１１５、Ｍｏ膜１１６、Ｐｔ膜１１７、Ａｕ膜１１８、および８０ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ合金からなる金属膜１１９が順次積層されている。

図２の導電性基板電極１−２の作製においては、Ｓｉ基板１１３を有機洗浄してから５％のＨＦ水溶液を用いてエッチングを行った後、基板温度１００℃における真空蒸着法によって、ｎ型Ｓｉ基板１１３に対してオーミック接触し得る厚さ１５〜３０ｎｍのＴｉ膜１１４、厚さ３００ｎｍのＡｌ膜１１５、そして金属膜の拡散を防止するための厚さ８〜１０ｎｍのＭｏ膜１１６と厚さ１５ｎｍのＰｔ膜を順次蒸着する。その上にさらに、図１の積層体１−１の多重金属貼付層Ｂとの貼合わせを容易にするために、厚さ１μｍのＡｕ膜１１８と厚さ４．５μｍの８０ｗｔ％Ａｕ−Ｓｎ層１１９を順次蒸着する。こうして、図２に示す導電性基板電極１−２が得られる。

次に、図３に示すように、積層体１−１と導電性基板電極１−２とは、多重金属貼付層ＢのＡｕ膜１１２と多重金属貼付層ＣのＡｕＳｎ膜１１９とが接するように貼合わされる。貼合わせは、ＡｕＳｎ合金の共晶温度からそれより４０℃程度高い温度までの２８０〜３２０℃で、１００〜２００Ｎ／ｃｍ^２の圧力下で行い得る。

その後、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させたサファイア基板１０１を剥離するために、ＧａＮに吸収される波長に変換された固体レーザ光がサファイア基板１０１側から照射される。そのようなレーザ光としてエネルギ密度１０μＪ／ｃｍ^２〜１００ｍＪ／ｃｍ^２のパルス状レーザ光を用いることができ、サファイア基板１０１、ＧａＮバッファ層１０２、およびｎ型ＧａＮ層１０３の一部が除去され得る。その後、露出したｎ型ＧａＮ層１０３においてレーザ光照射による欠陥が発生しているので、エレクトロンワックスを用いてＳｉ基板側を台（図示せず）に貼付け、ｎ型ＧａＮ層１０３を厚さ１μｍ〜２μｍ程度だけ研削および／または研磨する。この研削および／または研磨の厚さとしては、ｎ型ＧａＮ層１０３が残りかつ活性層に研削および／または研磨によるダメージが入らない程度の厚さが好ましい。その後、積層体を台から剥がして、残存するエレクトロンワックスを有機洗浄にて除去する。

洗浄されたｎ型ＧａＮ層１０３上には、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ層がスパッタ法によって堆積される。そのＩＴＯ層上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィとＦｅＣｌ_３を利用したエッチングとによって、図３に示すように、ＩＴＯ層の一部を除去して透光性電極１２０を形成する。その後、スクライブ装置またはダイシング装置を用いて、チップの大きさが２００μｍ角になるように積層体の分割を行う。こうして作製された図３のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の発光波長は４７０ｎｍである。ここで、Ｉｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層とＧａＮ層とが交互に４対組合わされたＭＱＷ活性層１０４におけるＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）の組成比を制御することによって、３６０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の発光波長を有する発光素子を作製することが可能である。

上述のように、本実施形態においては、積層体１−１の多重金属貼付層Ｂと導電性基板電極１−２の多重金属貼付層Ｃとが接するように貼合わされることによって、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の両方の主面に電極を形成することができる。また、発光層１０４からの波長３６０〜６００ｎｍの光に関して反射率の高い金属層１０９を多層反射構造Ａ内でＩＴＯ層１０８に接して挿入し、かつ透過率の高いｎ型用ＩＴＯ電極１２０を用いることによって、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子から外部への光取出し効率が向上する。

図７は、図３の発光素子における光放射特性を示している。この図７の半円グラフにおいて、半径方向の軸は放射光の相対強度（％）を表し、円周方向は走査角度（度）を表している。すなわち、０度の走査角度は図３の発光素子における真下への光放射角を意味し、９０度と−９０度の走査角度は横方向への光放射角を意味している。そして、この半円グラフ中の曲線は、各半径方向への放射角における光の相対強度（％）を示している。また、さらなる検討の結果として、図７に類似の図８と図９は、図３中のＩＴＯ膜１０８の厚さが１μｍと３０μｍにそれぞれ変更された発光素子における光放射特性を示している。

これらの図７から図９において、ＩＴＯ膜１０８の厚みを増大させることによって透光性電極１２０側から取出される光が増大するように制御され得ることが分かる。すなわち、チップ化後に、カップの形状やモールド樹脂の形状による制御を必要とすることなく、発光素子中のＩＴＯ膜１０８の厚みを制御することによって光放射特性の制御が可能であることが分かる。他方、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の光放射特性はＩＴＯ膜１０８の厚みを１００μｍまで厚くしても３０μｍの厚さの場合と変わらない。したがって、ＩＴＯ膜１０８の厚さは、１ｎｍ〜１００μｍの範囲内にあればよく、１ｎｍ〜３０μｍの範囲内にあることが好ましい。

（実施の形態２）
図６は、実施形態２によるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を模式的な断面図で示している。この発光素子においては、発光層を含む複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含む積層体４−１の下面上にｎ型用透光性電極１２０が形成されている。積層体４−１の上面側の多重金属貼付層Ｅ上には、導電性基板電極４−２が貼付けられている。その導電性基板電極４−２は多重金属貼付層Ｆを含み、多重金属貼付層ＥとＦとが貼り合わされている。

図６の発光素子の製造においては、まず図４に示されているような積層体４−１を作製する。この積層体４−１の作製では、導電性のＳｉ基板１０１の（１１１）面上に、ＡｌＮ中間層４０２、ｎ型ＧａＮ層４０３、発光層としてＩｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層とＧａＮ層とが交互に４対組合わされたＭＱＷ活性層４０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０５およびｐ型ＧａＮ層４０６が順次形成されている。さらに、ｐ型ＧａＮ層４０６上に、透光性オーミック接触層４０７、ＩＴＯ層４０８、活性層からの光を反射させる反射金属膜４０９、拡散防止膜としてのＭｏ膜４１０とＰｔ膜４１１、および貼合わせのためのＡｕ膜４１２が形成される。

より具体的には、図４の積層体４−１の作製では、まず（１１１）主面を有する導電性Ｓｉ基板４０１に対して有機洗浄した後に５％のＨＦ水溶液によってエッチングを行う。さらに、ＭＯＣＶＤ装置内で１２００℃にて基板をＨ_２クリーニングを行った後に、同じ基板温度にてＡｌＮ中間層４０２を厚さ１００ｎｍに堆積する。ＡｌＮ中間層４０２上には、実施形態１の場合と同様に、ｎ型ＧａＮ層４０３、Ｉｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層とＧａＮ層とが交互に４対組合わされたＭＱＷ活性層４０４、ｐ型ＡｌＧａＮ層４０５、およびｐ型ＧａＮ層４０６を順次成長させる。その後、Ｍｇドープされた半導体層のｐ型活性化を行うために、熱処理炉を用いて、半導体積層体がＮ_２雰囲気中で８００℃にて１５分間熱処理される。

次に、基板温度１００℃における真空蒸着法によって、ｐ型ＧａＮ層４０６に対するオーミックコンタクト層として、透光性のＰｄ層４０７を厚さ１．５ｎｍに形成する。続いて、Ｐｄ層４０７上には、透光性で導電性酸化膜であるＩＴＯ層４０８が、スパッタ装置によって成膜される。そして、ＩＴＯ層４０８上には、基板温度１００℃における真空蒸着法によって、ＡｇまたはＡｇ合金の反射金属層４０９を厚さ１５０ｎｍに蒸着する。この反射金属層４０９は、発光層４０４からｐ型用電極側に放射された光を反射するための光反射性を有している。続いて、ＩＴＯ層４０８およびＡｇ反射金属層４０９の拡散を防止するために、Ｍｏ膜４１０を厚さ１０ｎｍに蒸着する。引き続いて、Ｐｔ膜４１１を厚さ１５ｎｍに蒸着し、そして、後に導電性基板電極４−２との接合を容易にするためのＡｕ膜４１２を厚さ１μｍに蒸着する。こうして、図４の積層体４−１を作製することができる。

次に、図５の模式的断面図に示すように、積層体４−１に貼り合わされる多重金属貼付層Ｆを有する導電性基板電極４−２を作製する。この導電性基板電極４−２では、導電性のｎ型Ｓｉ基板４１３の（１００）主面上に、Ｔｉ膜４１４、Ａｌ膜４１５、Ｍｏ膜４１６、Ｐｔ膜４１７、Ａｕ膜４１８および、ＡｕＳｎ合金からなる金属膜４１９が順次形成されている。

図５の導電性基板電極４−２の作製においては、まずＳｉ基板４１３に対して有機洗浄してから５％のＨＦ水溶液を用いてエッチングを行う。その後、基板温度１００℃における真空蒸着法によって、ｎ型Ｓｉ基板４１３に対してオーミック接触し得る厚さ１５〜３０ｎｍのＴｉ膜４１４、厚さ３００ｎｍのＡｌ膜４１５、そして金属膜の拡散を防止するための厚さ８〜１０ｎｍのＭｏ膜４１６および厚さ１５ｎｍのＰｔ膜を順次蒸着する。さらに、図４の積層体４−１の多重金属貼付層Ｅとの貼合わせを容易にするために、Ａｕ膜４１８を厚さ１μｍに蒸着し、その上にＡｕＳｎ膜４１９を厚さ３μｍに蒸着する。こうして、図５に示す導電性基板電極４−２が得られる。

次に、図６に示すように、積層体４−１と導電性基板電極４−２とは、多重金属貼付層ＥのＡｕ膜４１２と多重金属貼付層ＦのＡｕＳｎ膜１１９とが接するように貼合わされる。その貼合わせは、ＡｕＳｎ合金の共晶温度からそれより４０℃程度高い温度までの範囲２８０〜３２０℃において、１００〜２００Ｎ／ｃｍ^２の圧力下で行い得る。

なお、実施形態２の上述の例においては、Ｓｉ基板４０１とｎ型ＧａＮ層４０３との間の中間層４０２としてＡｌＮを用いたが、もちろんＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）を用いることもできる。

その後、ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させたＳｉ基板４０１を剥離するために、耐酸性の基板（図示せず）にＳｉ基板４１３が接するように耐酸性のワックスで貼付ける。そして、ＨＦ：硝酸（ＨＮＯ_３）：酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ）＝５：２：２の組成を有する溶液でＳｉ基板４０１を剥離する。このとき、ＡｌＮ中間層４０２がエッチングストップの役割を果たし得る。その後、ワックスを除去する有機洗浄によってＳｉ（１１１）基板４１３から耐酸性基板（図示せず）を取り除いた後に、ＡｕＳｎ合金の共晶温度より低い温度条件でＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によってＡｌＮ中間層４０２を除去し、ｎ型ＧａＮ層４０３を露出させる。

その露出されたｎ型ＧａＮ層４０３上には、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ層がスパッタ法によって堆積される。そのＩＴＯ層上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィとＦｅＣｌ_３を利用したエッチングとによって、図６に示すように、ＩＴＯ層の一部を除去して電極４２０を形成する。その後、チップの大きさが２００μｍ角になるように積層体の分割を行う。こうして作製された図６のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の発光波長は４７０ｎｍである。ここで、Ｉｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層とＧａＮ層とが交互に４対組合わされたＭＱＷ活性層４０４におけるＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）の組成比を制御することによって、３６０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の発光波長を有する発光素子を作製することが可能である。

上述のように、本実施形態２においては、積層体４−１の多重金属貼付層Ｅと導電性基板電極４−２の多重金属貼付層Ｆとが接するように貼り合わされることによって、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の両方の主面に電極を形成することができる。また、発光層４０４からの光に関して反射率の高いＡｇ層４０９を多層反射構造Ｄ内でＩＴＯ層４０８に接して挿入ることによって、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子から外部への光取出し効率が向上する。さらに、本実施形態２のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子おいても、ＩＴＯ膜４０８の厚みを制御することで、実施形態１の場合と同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
実施形態３におけるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は実施形態１および２に類似の構造を有しているので、実施形態１および２に類似の工程にて作製され得る。ただし、本実施形態３では、実施形態１または２におけるＩＴＯ層１０８または４０８に蛍光作用を生じる不純物（Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋）を添加する。これによって、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子から外部に取り出される光が白色光になり得る。また、ＩＴＯ層１０８または４０８の厚みを制御することで、実施形態１および２と場合を同様の効果が得られる。

さらに、本実施形態３においてＩＴＯ層に添加される蛍光不純物として、（ＹＡＧ：Ｃｅ）、（Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋）、（Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ）、（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）、および（（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ）の１種以上の不純物を用いても同様の効果が得られる。

なお、実施形態１から実施形態３において貼合わせのためにＡｕ層と８０％Ａｕ−Ｓｎ層とを用いたが、ＡｕＳｎ合金の組成は変更可能で例えば７０％Ａｕ−Ｓｎを用いることができる。また、貼合わせのためにＡｕ層とＳｎ層を用いてもよく、さらにＡｇＣｕＳｎ層とＡｇＣｕＳｎ層、またはＡｕ層とＡｕＳｉ層とを用いてもよい。ＡｇＣｕＳｎ合金を用いる場合は、貼付温度と貼付圧力をそれぞれ２００〜２６０℃と１００〜２００Ｎ／ｃｍ^２にすればよく、またＡｕとＡｕＳｉを用いると場合には、貼付温度と貼付圧力をそれぞれ２７０〜３８０℃と１００〜２００Ｎ／ｃｍ２にしてやればよい。

また、以上の実施形態においてＩＩＩ族窒化物半導体発光素子について説明されたが、周知のようにＩＩＩ族窒化物半導体中のＮの一部がＡｓ、Ｐ、および／またはＳｂで置換されてもよいことは言うまでもない。また、導電性基板電極１−１、４−１を作製するための導電性基板として導電性Ｓｉ基板が用いられたが、導電性のＧａＡｓ基板、ＺｎＯ基板、またはＧａＰ基板のいずれかを代わりに用いることもできる。さらに、オーミック接触層としてＰｄ層が用いられたが、Ｎｉ、Ｉｎ、またはＰｔの１種以上の金属を代わり用いても同様の効果が得られる。さらに、絶縁性のサファイア基板に替えて、スピネル基板またはＳｉＣ基板などを用いることもできる。

前述のレーザ光照射後のｎ型ＧａＮ層１０３の研削および／または研磨は、そのｎ型ＧａＮ層にレーザ照射欠陥が発生することとＧａＮバッファ層１０２の一部がｎ型ＧａＮ層１０３上に残留することによる弊害を除去するために行われる。ここで、ＧａＮバッファ層１０２の替りにＡｌＮバッファ層を使用した場合、ｎ型ＧａＮ層１０３のかわりにＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）層を形成した場合、さらには任意の付加的層を積層した場合でも、研削および／または研磨によって不要な層を取除去し得ることは言うまでもない。さらに、ｎ型ＧａＮ層１０３の研磨は、ＲＩＥ法によっても行うことができる。

以上の実施形態において、光反射膜として３６０〜６００ｎｍの領域で高い反射率を有するＡｇ膜に替えて、Ａｌ、Ｒｈ、およびＰｄの一種以上を光反射膜として用いることもでき、さらにはＡｇ、Ｂｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｄ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、およびＮｉの２種以上を含む合金、特にＡｇＢｉ、ＡｇＮｄ、またはＡｇＮｄＣｕをも光反射膜として好ましく用いることができる。

また、以上の実施形態においては透光性の導電性酸化膜としてＩＴＯ膜を用いたが、酸化錫、酸化インジュウム、酸化亜鉛、さらには不純物を添加して導電性を持たせた酸化チタンを用いることもできる。

また、オーミック接触膜としてのＴｉ膜またはＡｌ膜に替えて、Ａｕ膜、ＡｕＳｂ合金膜を用いることができる。活性層は、単一または多重の量子井戸層のいずれで構成されていてもよく、ノンドープであってもＳｉ、Ａｓ、またはＰなどがドープされていてもよい。ＭＱＷ活性層中の井戸層と障壁層はＩｎＧａＮ層のみからなってもＩｎＧａＮ層とＧａＮ層からなってもよい。ｐ型用電極とｎ型用電極の形成順序は任意であり、いずれを先に形成してもよい。チップ分割方法としては、スクライブ装置またはダイシングに限られず、クライブライン上にレーザ光を集光照射して分割してもよい。チップの大きさは２００μｍ角に限られず、１００μｍ角または１ｍｍ角などであってもよい。

以上のように、本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子を用いて作製される青色および白色発光素子において、発光の外部取出し効率と放射特性制御性を改善にした発光素子を提供することができる。

１０１ サファイア基板、１０２ ＧａＮバッファ層、１０３ ｎ型ＧａＮ層、１０４ ＭＱＷ活性層、１０５ ｐ型ＡｌＧａＮ層、１０６ ｐ型ＧａＮ層、１０７ オーミック接触層、１０８ ＩＴＯ層、１０９ 反射金属層、１１０ Ｍｏ膜、１１１ Ｐｔ膜、１１２ Ａｕ膜、１１３ Ｓｉ基板、１１４ Ｔｉ膜、１１５ Ａｌ膜、１１６ Ｍｏ膜、１１７ Ｐｔ膜、１１８ Ａｕ膜、１１９ ＡｕＳｎ合金膜、１２０ 透光性電極、Ａ 多層反射構造、Ｂ、Ｃ 多重金属貼付層、１−１ 積層体、１−２ 導電性基板電極、４０１ （１１１）Ｓｉ基板、４０２ ＡｌＮ中間層、４０３ ｎ型ＧａＮ層、４０４ ＭＱＷ活性層、４０５ ｐ型ＡｌＧａＮ層、４０６ ｐ型ＧａＮ層、４０７ オーミック接触層、４０８ ＩＴＯ層、４０９ 反射金属層、４１０ Ｍｏ膜、４１１ Ｐｔ膜、 ４１２ Ａｕ膜、 ４１３ （１００）Ｓｉ基板、４１４ Ｔｉ膜、４１５ Ａｌ膜、４１６ Ｍｏ膜、 ４１７ Ｐｔ膜、４１８ Ａｕ膜、４１９ ＡｕＳｎ膜、４２０ ｎ型透光性誘電体膜、Ｄ 多層反射構造、Ｅ、Ｆ 多重金属貼付層、４−１ 積層体、４−２ 導電性基板電極、８１ サファイア基板、８２ バッファ層、８３ ｎ型層、８４ 発光層を含む層、８５ ｐ型層、８６ 第１の反射層、８７ 第２の反射層、８８ ｐ型用電極、８９ ｎ型用電極。

Claims (17)

1. ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子であって、
   第１の積層体と第２の積層体を含み、
   前記第１積層体はｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層が順に積層された半導体積層体を含み、
   前記半導体積層体の一主面上には前記活性層から放射された光を反射するための多層反射構造が形成されており、
   前記多層反射構造上には第１の接合用金属層が形成されており、
   前記第２積層体は第２の接合用金属層を含み、
   前記第１積層体と前記第２積層体とは前記第１接合用金属層と前記第２接合用金属層とを互いに接合することによって接合されており、
   前記多層反射構造は前記半導体積層体側から順に透光性の導電性酸化物層とこれに隣接する反射金属層とを含み、
   前記透光性の導電性酸化物層の厚さを制御することによって光放射特性が制御されていることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
2. 前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成を有していることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
3. 前記多層反射構造は、前記半導体積層体に対してオーミック接触し得る金属層を前記導電性酸化物層に接してさらに含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
4. 前記オーミック接触用金属層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｉｎ、およびＰｔから選択された１種以上の金属を含んでいることを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
5. 前記オーミック接触用金属層は、１ｎｍ〜２０ｎｍ範囲内の厚さを有していることを特徴とする請求項３または４に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
6. 前記透光性の導電性酸化物層は、酸化インジュウム、酸化錫、酸化亜鉛、および不純物によって導電性が付加された酸化チタンの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
7. 前記透光性の導電性酸化物層は、１ｎｍ〜３０μｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
8. 前記反射金属層は、３６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内の光を反射し得ることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
9. 前記反射金属層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、およびＰｄから選択された１種以上の金属を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
10. 前記反射金属層はＡｇ、Ｂｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｄ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、およびＮｉのいずれか２種以上を含む合金を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
11. 前記反射金属層の合金として、ＡｇＢｉ、ＡｇＮｄ、およびＡｇＮｄＣｕのいずれかが用いられていることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
12. 前記透光性の導電性酸化膜は蛍光作用を生じる不純物を含んでおり、前記活性層からの光は前記蛍光作用によって波長変換されて放出されることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
13. 前記蛍光作用を生じる不純物は、ＹＡＧ：Ｃｅ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、および（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕから選択された１種以上を含み、前記活性層からの光が前記蛍光作用によって白色光に変換されることを特徴とする請求項１２に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
14. 前記半導体積層体の他方の主面上には透光性電極層が形成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
15. 前記透光性電極層は透光性の導電性酸化物を含むことを特徴とする請求項１４に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子を製造するための方法であって、前記発光素子が所定の光放射特性を有するように前記透光性の導電性酸化物層が制御された所定厚さに堆積されることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法。
17. 前記透光性の導電性酸化物層がスパッタリングによって堆積されることを特徴とする請求項１６に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光素子の製造方法。

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