JP2011029612A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】III 族窒化物半導体発光素子の光取り出し効率を向上させること。
【解決手段】発光素子１００は、ｐ型層１０３のｐ電極と接合している側の表面に、複数のドット状の溝１０８が形成されている。溝１０８は、ｎ型層１０６に達する深さである。また、溝１０８の側面は、ｐ型層１０４からｎ型層１０６に向かうにつれて素子面方向の断面積が減少するように傾斜している。ｎ型層１０６のｎ電極１０７と接合している側の表面には、ｎ電極１０７が形成されている領域を除いて微細な凹凸１１３が形成されていて、微細な凹凸１１３上には、屈折率が１．５〜２．３の透光性を有した絶縁膜１１４が形成されている。溝１０８によるｎ型層１０６側への光の反射と、絶縁膜１１４によるｎ型層１０６側への反射防止により、光取り出し効率が向上している。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板リフトオフ法によって成長基板を除去され、支持体と接合されたIII 族窒化物半導体発光素子に関するものである。

III 族窒化物半導体の成長基板として、一般的にサファイア基板が用いられている。しかし、サファイアは導電性や熱伝導性に問題があり、明確な劈開面がなく加工が容易でない。そこで、これらの問題を解決する技術として、成長基板上にIII 族窒化物半導体を成長させた後に成長基板を除去する技術（基板リフトオフ）が開発されている。

その技術の１つがレーザーリフトオフ法である。これは、III 族窒化物半導体層と支持基板とを接合した後、成長基板とIII 族窒化物半導体との界面にレーザーを照射してIII 族窒化物半導体層を分解させて成長基板を分離除去する方法である。また、別の技術として、III 族窒化物半導体層の成長基板に近い層に薬液に溶解可能な層を導入し、III 族窒化物半導体層と支持基板とを接合した後に、所望の薬液により上記薬液に溶解可能な層を溶解して成長基板を除去する方法（ケミカルリフトオフ法）も知られている。

このような成長基板が除去され、支持基板と接合されたIII 族窒化物半導体発光素子において、光取り出し効率を向上させる技術が特許文献１に示されている。特許文献１に記載の発光素子では、ｐ型層のｐ電極と接合している側の表面からｎ型層に達する深さの光反射用凹部を設け、ｐ型層からｎ型層に向かうにつれ素子面方向における断面積が減少するように凹部側面を傾斜させている。この反射用凹部により、活性層近傍に閉じ込められて素子面方向に伝搬している光をｎ型層側へと反射させ、光取り出し効率を向上させている。

特開２００８−２０５００５

しかし、特許文献１のように光反射用凹部を設けた場合であっても、光反射用凹部によってｎ型層側へと反射された光の一部は、ｎ型層のｎ電極と接合している側の表面において反射して素子内部へと戻ってしまうため、光取り出し効率が十分に向上していなかった。

そこで本発明の目的は、光取り出し効率を向上させたIII 族窒化物半導体発光素子、およびその製造方法を提供することにある。

第１の発明は、導電性の支持体と、支持体上に位置するｐ電極と、ｐ電極上に順に位置する、III 族窒化物半導体からなるｐ型層、活性層、ｎ型層と、ｎ型層上に位置するｎ電極と、を有し、ｎ型層のｎ電極側表面に微細な凹凸が設けられたIII 族窒化物半導体発光素子において、微細な凹凸を覆うように形成され、透光性で屈折率が１．５〜２．３の絶縁膜と、ｐ型層のｐ電極側表面から少なくともｎ型層に達する深さの溝と、溝の側面および底面に形成された透光性で絶縁性の保護層と、を備え、溝の側面は、溝の素子面方向における断面積がｎ型層側に向かって減少する傾斜を有する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

ここでIII 族窒化物半導体とは、一般式Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_z Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１）で表される半導体であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの一部を他の第１３族元素であるＢやＴｌで置換したもの、Ｎの一部を他の第１５族元素であるＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。より一般的には、Ｇａを少なくとも含むＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮを示す。ｎ型不純物としてはＳｉ、ｐ型不純物としてはＭｇが通常用いられる。

透光性を有し、屈折率が１．５〜２．３の絶縁膜には、たとえばＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、ＭｇＯ、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ などを用いることができる。なお、本明細書中における屈折率は、III 族窒化物半導体発光素子の発光波長における屈折率を意味する。絶縁膜のより望ましい屈折率は、１．７〜２．１である。また、本明細書中における透光性は、III 族窒化物半導体発光素子の発光波長に対する透光性を意味する。

微細な凹凸は、ｎ型層表面のｎ電極形成領域には設けずに平坦なままとすることが望ましい。これは、ｎ電極と微細な凹凸との間で光が多重反射して減衰してしまい、光取り出し効率が悪化してしまうのを防止するためである。

溝は、任意のパターンでよく、ストライプ状、格子状などのライン状のパターンや、複数のドット状のパターンなどである。ドット状に単数もしくは複数設けられていてもよいし、直線状、曲線状などのライン状に設けられていてもよい。

溝の側面の傾斜は、素子面に対して３０〜８５度であることが望ましく、４０〜８０度であるとさらに望ましい。

溝をドット状とする場合の形状は、角錐、円錐、角錐台、円錐台、など任意の形状でよく、不定形であってもよい。また、ドット状の溝を複数設ける場合には、マトリクス状に配置するなどの等間隔で周期的な配置として均一に設けることが望ましい。発光の均一性を高めることができるからである。溝の形状を素子面方向の断面が円である形状とする場合には、溝のｐ型層表面における直径は０．５〜５０μｍであることが望ましく、１〜５μｍであることがより望ましい。また、溝の底面の直径が０〜４５μｍであることが望ましく、０〜４．５μｍであることがより望ましい。

溝を複数の直線状のラインによるパターンとする場合には、ラインの間隔、幅を均等にすることが望ましい。また、溝のパターンをライン状とする場合には、ｐ型層表面でのライン幅は０．５〜３０μｍが望ましく、１〜１５μｍがより望ましい。溝の底面におけるライン幅は、０〜２５μｍが望ましく、０〜１２μｍであることがより望ましい。

保護層は、電流のリークやショートを防止するために設けるものである。保護層を誘電体とする場合、溝の底面および側面に膜状に形成されていてもよいし、溝全体を埋めるようにして形成されていてもよい。保護層である誘電体を溝の底面および側面に膜状に形成する場合には、保護層を介して溝の側面や底面に高反射層を設けることが望ましい。高反射層もまた、膜状に形成してもよいし、溝を埋めるようにして形成されていてもよい。また、高反射な材料からなるｐ電極が上記高反射層であってもよい。保護層の外側（溝の内部側）にｐ電極などの高反射層を設けない場合には、保護層である誘電体は、ｎ型層、活性層、ｐ型層を構成する材料のうち、最も屈折率の小さい材料よりも小さい屈折率の材料であることが望ましい。活性層近傍において素子面方向に伝搬する光を、ｎ型層側へ全反射させるためである。また、保護層を多層膜としてブラッグ反射を利用した構造としてもよい。さらに、保護層は、溝の底面および側面にイオン注入することで膜状に高抵抗化されたイオン注入領域であってもよい。注入するイオンは、Ａｒ、Ｎなどを用いることができる。このように保護層をイオン注入領域とし、溝の底面および側面にイオン注入領域を介してｐ電極を形成すれば、ｐ電極の密着性を損なわずに、ｎ型層側への光反射率を高めることができる。なお、保護層としてイオン注入領域を用いる場合も、ｐ電極は溝を埋めるように形成されていてもよいし、溝の側面および底面に沿って膜状に形成されていてもよい。

ｎ電極は、櫛歯型、ストライプ状、格子状などの配線状のパターンに形成することが望ましい。素子面方向への電流拡散性を向上させ、発光を均一にし、駆動電圧の上昇を抑制させるためである。

成長基板は、サファイアが一般的であるが、他にもＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、などを用いることができる。また、支持体には、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗなどの基板を用いることができ、金属層を介してｐ電極と支持体を接合することで、支持体上にｐ電極を形成することができる。金属層には、Ａｕ−Ｓｎ層、Ａｕ−Ｓｉ層、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などの金属共晶層を用いることができ、Ａｕ層、Ｓｎ層、Ｃｕ層などを用いることもできる。また、ｐ電極上に直接めっきやスパッタなどによってＣｕなどの金属層を形成して支持体としてもよい。

第２の発明は、第１の発明において、溝はドット状であり、複数形成されている、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第３の発明は、第２の発明において、溝は、マトリクス状に配置されている、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第４の発明は、第１の発明において、溝は、格子状に形成されている、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、保護層は、溝を埋めるようにして形成された誘電体である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第６の発明は、第１の発明から第４の発明において、保護層は膜状に形成された誘電体であり、溝は、保護層を介してｐ電極により埋められている、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第７の発明は、第５の発明または第６の発明において、保護層である誘電体は、ｐ型層、活性層、およびｎ型層を構成する材料の屈折率よりも屈折率の小さい材料からなる、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第８の発明は、第１の発明から第４の発明において、保護層は、溝の側面および底面にイオン注入することで膜状に高抵抗化されたイオン注入領域であり、溝の側面および底面には、保護層を介してｐ電極が形成されている、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第９の発明は、第１の発明から第８の発明において、絶縁膜は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、ＭｇＯ、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、またはＺｒＯ₂ であることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第１の発明によると、発光素子が封止樹脂によって封止された際に、封止樹脂と微細な凹凸との間に第１絶縁膜が位置し、その第１絶縁膜の屈折率がIII 族窒化物半導体の屈折率よりも小さく封止樹脂の屈折率よりも大きい１．５〜２．３であるため、微細な凹凸と封止樹脂との界面で光が反射して光取り出し効率が悪化するのを防止し、光取り出し効率を向上させることができる。また、溝によって、素子面方向に閉じ込められていた光をｎ型層側へと反射させることができ、微細な凹凸によって効率的に外部へ放射させることができるため、光取り出し効率を向上させることができる。

また、第２の発明のように、溝は複数のドット状のパターンとすることができ、第３の発明のように、ドット状の溝がマトリクス状に配置されたパターンとすれば、発光の均一性を損なうことなく光取り出し効率を向上させることができる。

また、第４の発明のように、溝は格子状のパターンとすることができ、第３の発明と同様に光の均一性を損なうことなく光取り出し効率を向上させることができる。

また、第５の発明のように、保護層である誘電体によって溝を埋めてもよい。また、第６の発明のように、保護層を膜状の誘電体とし、保護層を介してｐ電極により溝を埋める構成とすれば、ｐ電極によって光をｎ型層側へと反射させることができるので、光取り出し効率をさらに向上させることができる。また、第７の発明のように、保護層の材料を、ｐ型層、活性層、およびｎ型層を構成する材料の屈折率よりも屈折率の小さい材料とすれば、溝による光の反射率をより高めることができ、さらに光取り出し効率を向上させることができる。

また、第８の発明によれば、第６の発明と同様に光取り出し効率を向上させることができるとともに、保護層としてイオン注入領域を用いるため、保護層として誘電体を用いた場合よりもｐ電極の密着性が優れ、素子の信頼性を向上させることができる。

また、第９の発明のように、絶縁膜の材料としてＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、ＭｇＯ、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、またはＺｒＯ₂ を用いることができる。

実施例１の発光素子１００の構成を示した断面図。 実施例１の発光素子１００の構成を示した平面図。 実施例１の発光素子１００の製造工程を示した図。 実施例１の発光素子１００の製造工程を示した図。 実施例１の発光素子１００の製造工程を示した図。 実施例１の発光素子１００の製造工程を示した図。 実施例１の発光素子１００の製造工程を示した図。 実施例１の発光素子１００の製造工程を示した図。 実施例１の発光素子１００の製造工程を示した図。 実施例１の発光素子１００の製造工程を示した図。 実施例２の発光素子２００の構成を示した断面図。 本発明の他の発光素子の構成を示した平面図。 実施例３の発光素子３００の構成を示した断面図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の発光素子１００の構成を示した断面図である。発光素子１００は、支持体１０１と、支持体１０１上に低融点金属層１０２を介して接合されたｐ電極１０３と、ｐ電極１０３上に順に積層されたIII 族窒化物半導体からなるｐ型層１０４、活性層１０５、ｎ型層１０６と、ｎ型層１０６上に形成されたｎ電極１０７と、によって構成されている。

支持体１０１には、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗなどからなる導電性基板を用いることができる。低融点金属層１０２には、Ａｕ−Ｓｎ層、Ａｕ−Ｓｉ層、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などの金属共晶層を用いることができ、低融点金属ではないが、Ａｕ層、Ｓｎ層、Ｃｕ層などを用いることもできる。なお、低融点金属層１０２を用いて支持体１０１とｐ電極１０３とを接合するのではなく、ｐ電極１０３上に直接めっきやスパッタなどによってＣｕなどの金属層を形成して支持体１０１としてもよい。ｐ電極１０３は、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕやこれらの金属を主成分とする合金などの高光反射率で低コンタクト抵抗な金属である。他にｐ電極１０３の材料として、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｕ合金などを用いることもでき、ＩＴＯなどの透明電極膜と高反射金属膜からなる複合層であってもよい。

ｐ型層１０４、活性層１０５、ｎ型層１０６は、従来より発光素子の構成として知られている任意の構成でよい。ｐ型層１０４は、たとえば、支持体１０１側から順に、ＧａＮからなるＭｇがドープされたｐコンタクト層、ＡｌＧａＮからなるＭｇがドープされたｐクラッド層が積層された構造である。活性層１０５は、たとえば、ＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層が繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。ｎ型層１０６は、たとえば、活性層１０５側から順に、ＧａＮからなるｎクラッド層、ＧａＮからなる高濃度にＳｉがドープされたｎ型コンタクト層、が積層された構造である。

ｐ型層１０４のｐ電極１０３と接合している側の表面には、ドット状の溝１０８が複数形成されている。この溝１０８は、ｐ型層１０４、活性層１０５を貫通し、ｎ型層１０６に達する深さである。溝１０８の形状は、ｐ型層１０４からｎ型層１０６に向かうにつれ素子面方向の断面積が減少する円錐台状である。

溝１０８の内部は、電流のリークやショートを防止するために、透光性、絶縁性を有した誘電体からなる保護層１１０によって埋められている。この保護層１１０の材料は、ｐ型層１０４、活性層１０５、ｎ型層１０６を構成する材料のうち最も小さい屈折率よりも小さい屈折率の材料である。たとえばＳｉＯ₂ などである。保護層１１０の屈折率は２．０以下が望ましく、１．６以下であればより望ましい。保護層１１０の屈折率が小さいほど、ｐ型層１０４、活性層１０５、ｎ型層１０６から保護層１１０へ入射する光の臨界角を小さくすることができる。したがって、ｎ型層側へ全反射される光量が増大し、より光取り出し効率を向上させることができる。

溝１０８側面の傾斜角度は、素子面に対して３０〜８５度であることが望ましく、４０〜８０度であるとより望ましい。光取り出し効率をより向上させることができるからである。また、溝１０８の形状は上記のような円錐台状に限るものではなく、円錐、角錐、角錐台、などであってもよく、不定形であってもよい。

図２は、発光素子１００をｎ電極１０７側からみた平面図である。ｎ電極１０７は、図２のように、配線状部１１１と、２つのパッド部１１２とで構成されている。２つのパッド部１１２は、正方形の発光素子１００のある一辺側の２つの角部にそれぞれ配置されている。配線状部１１１は、発光素子１００の平面形状である正方形の辺に対して平行に辺を揃えた長方形を、その短手方向に並べたパターンに形成されており、２つのパッド部１１２に接続している。ｎ電極１０７には、たとえばＣｒ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕなどを用いる。

また、図２のように、溝１０８はマトリクス状に配置されている。溝１０８が設けられた領域はｎ型層１０６の厚さが薄く、シート抵抗が高くなる。溝１０８が等間隔で周期的なマトリクス状に配置されていることから、ｎ型層１０６のシート抵抗の高い領域はドット状に等間隔で周期的に存在しており、ｎ型層１０６のシート抵抗の高い領域で区画される領域は存在しないため、素子面方向への電流拡散性を大きく損なうことはない。また、配線状部１１１による各長方形のパターン内に、同数のドット状の溝１０８が含まれるように均等に配線状部１１１を形成することで、素子面方向への電流拡散性が悪化しないようにしている。

溝１０８の配列は必ずしもこのようなマトリクス状の配置である必要はないが、電流を素子面方向に均等に拡散させ、発光を均一とするために、溝１０８は等間隔に周期的に配置されていることが望ましい。なお、溝１０８は、素子面方向に垂直方向においてｎ電極１０７の配線状部１１１やパッド部１１２に対向する位置に形成されていてもよいし、対向しない位置に形成されていてもよい。

ｎ型層１０６のｎ電極１０７と接合している側の表面には、ｎ電極１０７が形成されている領域を除いて微細な凹凸１１３が形成されている。微細な凹凸１１３は、微小な六角推が多数形成されたものであり、その六角推の側面と素子面との成す角度は約６０度である。この微細な凹凸１１３により、光取り出し効率を向上させている。ｎ型層１０６のｎ電極１０７が接合している側の表面のｎ電極１０７形成領域については微細な凹凸１１３を形成せず、平坦なままとしているが、これはｎ電極１０７と微細な凹凸１１３との間で光が多重反射して減衰し、光取り出し効率を悪化させてしまうのを防止するためである。

微細な凹凸１１３上には、ＺｒＯ₂ からなる絶縁膜１１４が形成されている。ＺｒＯ₂ 以外にも透光性と絶縁性を有し、屈折率が１．５〜２．３の材料を用いてよく、たとえばＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、ＭｇＯ、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、などの材料を絶縁膜１１４として用いることができる。また、保護層１１０と絶縁膜１１４の材料は同じであってもよい。絶縁膜１１４のより望ましい屈折率は、１．７〜２．１である。この絶縁膜１１４は、凹凸１１３上だけでなく、発光素子１００の端面に露出するｎ型層１０６、活性層１０５、ｐ型層の側面をも覆うようにして形成してもよい。これにより、発光素子１００の側端面における電流のリークやショートを防止することができる。

この発光素子１００の構成によれば、活性層１０５近傍において水平方向に閉じ込められていた光を、溝１０８の側面によりｎ型層１０６側へと反射させることができ、光取り出し効率を向上させることができる。また、発光素子１００がシリコーン等の樹脂に封止された際に、その樹脂層と微細な凹凸１１３との間に絶縁膜１１４が位置し、その絶縁膜１１４の屈折率が、III 族窒化物半導体の屈折率（約２．４）よりも小さく、シリコーン樹脂の屈折率（約１．４５）よりも大きい値であるため、微細な凹凸１１４と樹脂層との間での反射により光取り出しが阻害されてしまうことがなく、光取り出し効率を向上させることができる。

次に、発光素子１００の製造工程について、図３を参照に説明する。

まず、サファイア基板１１５上に、ＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体からなるｎ型層１０６、活性層１０５、ｐ型層１０４を順に積層させる（図３．Ａ）。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ₄ ）、ｐ型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ ）、キャリアガスとしてＨ₂ またはＮ₂ である。サファイア基板１１５以外にもＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、などを用いることができる。

次に、ｐ型層１０４上に、溝１０８を形成する領域に窓を開けたパターンのＳｉＯ₂ からなるマスクを形成し、塩素系ガスプラズマを用いたドライエッチングを行う。これにより、マトリクス状に配列された、ｎ型層１０６に達する深さの溝１０８が複数形成される。その後、マスクはバッファードフッ酸等により除去する（図３．Ｂ）。

次に、ｐ型層１０３上に溝１０８を埋めるようにして透光性の絶縁層を形成し、その後ｐ型層１０３が露出するまでエッチバックすることにより、溝１０８の内部を埋める保護層１１０を形成する（図３．Ｃ）。

次に、ｐ電極１０３を蒸着法によってｐ型層１０４上および保護層１１０上に形成し、さらにその上に低融点金属層１０２を形成する（図３．Ｄ）。

次に、支持体１０１を用意し、低融点金属層１０２を介して、支持体１０１とｐ電極１０３を接合する（図３．Ｅ）。なお、ｐ電極１０３と低融点金属層１０２との間に図示しない拡散防止層をあらかじめ形成しておき、低融点金属層１０２の金属がｐ電極１０３側に拡散するのを防止するとよい。

そして、サファイア基板１１５側からレーザー光を照射して、レーザーリフトオフにより、サファイア基板１１５を分離除去する（図３．Ｆ）。

次に、サファイア基板１１４の除去により露出したｎ型層１０６表面であって、のちにｎ電極１０７を形成する領域に、ＳｉＯ₂ からなるマスクを形成し、濃度２．２％のＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液にウェハを浸漬することで、マスクに覆われていないｎ型層１０６表面の領域に微細な凹凸１１３を形成する。その後マスクをバッファードフッ酸により除去する（図３．Ｇ）。微細な凹凸の形成にはＴＭＡＨ以外にもＫＯＨやＮａＯＨなどの水溶液を用いることもできる。

次に、ｎ型層１０６上の全面にＣＶＤ法によって絶縁膜を形成し、微細な凹凸１１３が形成されていない平坦なｎ型層１０６の領域上の絶縁膜をドライエッチングにより除去することで、微細な凹凸１１３上に絶縁膜１１４を形成する（図３．Ｈ）。なお、素子分離のメサ溝形成をこの工程の前に行っておき、絶縁膜１１４をメサ溝側面にも形成しておくとよい。

次に、微細な凹凸１１３が形成されていない平坦なｎ型層１０６上に、配線状部１１１と２つのパッド部１１２とを有したｎ電極１０７を、レジストを用いたリフトオフ法によって形成する。そして、支持体１０１を研磨して薄くし、支持体１０１の低融点金属層１０２側とは反対側の表面に裏面電極（図示しない）を形成し、レーザーダイシングによるチップ分離を行って図１に示す発光素子１００が製造される。

図４は、実施例２の発光素子２００の構成を示した断面図である。実施例２の発光素子２００は、発光素子１００の保護層１１０に替えて保護層２１０とし、ｐ電極１０３に替えてｐ電極２０３とした以外は発光素子１００と同様の構成である。

保護層２１０は、溝１０８の底面、側面の形状に沿って膜状に形成された誘電体であり、保護層１１０と同様に電流のリークやショートを防止するために設けるものである。保護層２１０は、保護層１１０と同様の材料からなる。すなわち、透光性と絶縁性を有した材料であって、ｐ型層１０４、活性層１０５、ｎ型層１０６を構成する材料のうち最も小さい屈折率よりも小さい屈折率の材料である。保護層２１０を多層膜として、ブラッグ反射を利用した高反射率な構造としてもよい。

ｐ電極２０３は、ｐ型層１０４の支持体１０１側の表面上に形成され、さらに保護層２１０を介して溝１０８を埋めるようにして形成されている。ｐ電極２０３は、ｐ電極１０３と同様に、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕやこれらの金属を主成分とする合金などの高光反射率で低コンタクト抵抗な金属からなる。

なお、保護層２１０とｐ電極２０３との間に、ｐ電極２０３の材料とは異なる材料の高反射率な金属膜をさらに設けてもよい。また、ｐ電極２０３により溝１０８を埋めずに、ｐ電極２０３の材料とは異なる材料の高反射率な金属層により保護層２１０を介して溝１０８を埋めるようにしてもよい。

以上の発光素子２００の構成によれば、活性層１０５近傍において水平方向に閉じ込められていた光を、溝１０８の側面（保護層２１０と、ｎ型層１０６、活性層１０５、ｐ型層１０４との界面）によって効率的にｎ型層１０６側へと反射させることができ、保護層２１０を透過した光は、ｐ電極２０３または高反射率な金属層によってｎ型層１０６の出力面に向かう方向へ反射させることができるので、光取り出し効率を向上させることができ、光出力を向上させることができる。

図６は、実施例３の発光素子３００の構成を示した断面図である。実施例３の発光素子３００は、発光素子２００の保護層２１０、ｐ電極２０３に替えて、以下に説明する保護層３１０、ｐ電極３０３とした構成であり、他の構成は発光素子２００と同様である。

保護層３１０は、溝１０８の底面および側面に、イオン注入することによって膜状に高抵抗化されたイオン注入領域である。すなわち、イオン注入領域は、イオンの注入によって結晶構造が破壊されて高抵抗化したIII 族窒化物半導体である。イオン注入領域である保護層３１０は、誘電体からなる保護層１１０、２１０と同様に電流のリークやショートを防止するためのものである。また、保護層３１０は、III 族窒化物半導体の結晶構造が破壊されたものであるから、透光性を有している。また、保護層３１０の厚さや抵抗値は、注入する元素の種類、イオンの注入量、加速電圧によって制御可能である。注入する元素は、たとえばＡｒ、Ｎなどである。

ｐ電極３０３は、ｐ型層１０４の支持体１０１側の表面上に形成され、さらに保護層３１０を介して溝１０８を埋めるようにして形成されている。ｐ電極３０３は、保護層３１０を介して溝１０８の側面および底面に沿って膜状に形成されていてもよい。ｐ電極３０３は、ｐ電極１０３と同様に、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕやこれらの金属を主成分とする合金などの高光反射率で低コンタクト抵抗な金属からなる。ここで、ｐ電極３０３は、保護層３１０と接触しているが、保護層３１０はIII 族窒化物半導体の結晶構造が破壊されて高抵抗化されたイオン注入領域であるから、保護層３１０を誘電体とした場合よりも密着性に優れており、発光素子３００の信頼性を向上させることができる。

以上に説明した発光素子３００によれば、実施例２の発光素子２００と同様に、光取り出し効率を向上させ、光出力を向上させることができる。

なお、実施例１〜３では溝をドット状として複数設けたが、必ずしもドット状である必要はなく、直線状、曲線状、それらの複合などのライン状のパターンの溝を設けてもよい。たとえば、図５は、所定幅の交差する直線からなる格子状の溝３０８を設けた例である。このとき、溝３０８が設けられた領域はｎ型層１０６の厚さが薄くシート抵抗が高くなり、溝３０８によって区画された矩形領域への電流拡散が阻害される。しかし、ｎ電極１０７の配線状部１１１を、溝３０８によって区画された矩形領域すべてを通るように形成することで、素子面方向への電流拡散性が悪化しないようにしている。なお、溝をライン状に形成する場合、ｐ型層表面でのライン幅は、０．５〜３０μｍであることが望ましく、１〜１５μｍがより望ましい。また溝の底面におけるライン幅は、０〜２５μｍが望ましく、０〜１２μｍであることがより望ましい。ここで、溝の底面におけるライン幅が０のものは、たとえば溝の断面形状が三角形の場合などである。

また、実施例１〜３では、サファイア基板の除去にレーザーリフトオフを用いているが、サファイア基板とｎ型層との間に薬液に溶解させることができるバッファ層を形成し、支持体との接合後に薬液によってバッファ層を溶解させてサファイア基板を分離除去するケミカルリフトオフを用いてもよい。

本発明のIII 族窒化物半導体発光素子は、表示装置や照明装置などに用いることができる。

１０１：支持体
１０２：低融点金属層
１０３、２０３、３０３：ｐ電極
１０４：ｐ型層
１０５：活性層
１０６：ｎ型層
１０７：ｎ電極
１０８：溝
１１０、２１０、３１０：保護層
１１１：配線状部
１１２：パッド部
１１３：微細な凹凸
１１４：絶縁膜
１１５：サファイア基板

Claims (9)

1. 導電性の支持体と、前記支持体上に位置するｐ電極と、前記ｐ電極上に順に位置する、III 族窒化物半導体からなるｐ型層、活性層、ｎ型層と、前記ｎ型層上に位置するｎ電極と、を有し、前記ｎ型層の前記ｎ電極側表面に微細な凹凸が設けられたIII 族窒化物半導体発光素子において、
   前記微細な凹凸を覆うように形成され、透光性で屈折率が１．５〜２．３の絶縁膜と、
   前記ｐ型層の前記ｐ電極側表面から少なくとも前記ｎ型層に達する深さの溝と、
   前記溝の側面および底面に形成された透光性で絶縁性の保護層と、
   を備え、
   前記溝の側面は、前記溝の素子面方向における断面積が前記ｎ型層側に向かって減少する傾斜を有する、
   ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
2. 前記溝はドット状であり、複数形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
3. 前記溝は、マトリクス状に配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
4. 前記溝は、格子状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
5. 前記保護層は、前記溝を埋めるようにして形成された誘電体である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
6. 前記保護層は膜状に形成された誘電体であり、
   前記溝は、前記保護層を介して前記ｐ電極により埋められている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
7. 前記保護層である前記誘電体は、前記ｐ型層、前記活性層、および前記ｎ型層を構成する材料の屈折率よりも屈折率の小さい材料からなる、ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
8. 前記保護層は、前記溝の側面および底面にイオン注入することで膜状に高抵抗化されたイオン注入領域であり、
   前記溝の側面および底面には、前記保護層を介して前記ｐ電極が形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
9. 前記絶縁膜は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、ＭｇＯ、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、またはＺｒＯ₂ であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。

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