JP2011086899A - 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、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。ｎ電極１０７は、２つのパッド部１０７ａと、配線状部１０７ｂとで構成されている。配線状部１０７ｂは、発光領域の外周を囲む正方形の配線状である外周部１０７ｂ１と、その外周部１０７ｂ１に接続し、直交に交差した２本の直線からなる十字型の配線状である分断部１０７ｂ２とで構成されている。
【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が、特許文献１に記載されている。特許文献１のIII 族窒化物半導体発光素子は、ｎ型層、活性層、ｐ型層の順に積層されたIII 族窒化物半導体層の、ｎ型層表面にｎ電極、ｐ型層表面にｐ電極を設けた上下電極構造であり、平面視でｎ電極とｐ電極とが重ならない構造としている。この構造によれば、光がｎ電極によって反射、吸収されて遮られることがなく、光取り出し効率を向上させることができる。

一方、ｎ電極の構造を、バッド部と、パッド部から格子状や網目状に伸びる配線状部とを有する構造とし、素子面方向への電流の拡散性を向上させ、発光の均一性を高める技術も知られていて、特許文献１にもそのような網目状の配線状部を有したｎ電極が示されている。このｎ電極の配線状部についても、平面視でｐ電極と重ならないように形成することが示されている。また、ｐ電極は、平面視で配線状部の網目状の外周よりも外側の領域にも形成されている。

ＷＯ２００３／０６５４６４

しかし、特許文献１では、ｎ電極の配線状部のパターンについて、上記以上の考察はされていない。そのため、ｎ電極の配線状部のパターンを改善することで光取り出し効率をさらに向上させることができる余地があった。また、面上、発光強度を一様とすることが望まれる。

そこで本発明の目的は、ｎ電極のパターンを最適化することにより、発光の均一性を損なわずに光取り出し効率が向上されたIII 族窒化物半導体発光素子を実現することである。

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、を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、ｐ電極は、少なくともｐ型層の支持体側表面の端部近傍には位置せず、ｐ型層の支持体側表面の端部近傍には、ｐ型層に対するコンタクト抵抗が高い材料からなる高コンタクト抵抗層を有し、ｎ電極は、パッド部と、パッド部から延伸する配線状部とを有し、配線状部は、高コンタクト抵抗層と素子面に垂直な方向において対向する領域に位置し、発光領域の外周を囲む閉曲線状の外周部を有するパターンである、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

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３Ｂ族元素（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５Ｂ族元素（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。

また、発光領域とは、III 族窒化物半導体発光素子を発光させたときに平面視で発光している領域であり、本発明の場合、活性層形成領域とｐ電極形成領域とが平面視で重複している領域にほぼ一致した領域であり、素子の端部近傍はｐ電極が形成されず高コンタクト抵抗層が形成されているために発光領域とはならない。

ｎ電極のパターンは、パッド部と外周部とを有するパターンであれば任意のパターンでよいが、発光の均一性を高めるために対称性を有したパターンとすることが望ましい。ｎ電極のパッド部は、電流の拡散性を向上させ、発光の均一性を高めるために複数個設けてもよい。ただし、素子サイズが６００μｍ角より小さな場合は、パッド部は１個でも十分に発光の均一性を確保することができる。また、パッド部の面積が減る分、発光領域を増すことができるので、光出力の向上を図ることができる。また、素子サイズが６００μｍ角より小さい場合には、配線状部は外周部のみのパターンであってよい。また、素子サイズが６００μｍ角より大きい場合には、外周部と接続し、外周部で囲われた領域を分断する分断部をさらに有するパターンが望ましい。分断部によって素子面方向への電流の拡散性を向上させ、発光の均一性を高めるためである。分断部のパターンは、複数の直線状の配線が交差するパターンとすることができ、特に配線が直交に交差するパターンとすることができる。たとえば格子状や十字状のパターンである。

高コンタクト抵抗層は、ｐ型層に対するコンタクト抵抗の高い材料であれば任意の材料を用いることができ、金属であってもよいし、ＳｉＯ₂ 、ＳｉＮ_x 、ＴｉＯ₂ 、ＴｉＮ_x などの誘電体であってもよい。

ｎ型層表面には、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、リン酸などの水溶液によるウェットエッチングによって微細な凹凸を設け、光取り出し効率を向上させることが望ましい。微細な凹凸を設ける場合、ｎ電極形成領域には微細な凹凸を設けず、平坦なままとすることが望ましい。ｎ電極の裏面と微細な凹凸の表面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。

III 族窒化物半導体の成長基板は、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。金属層を介してｐ電極と支持体とを接合する場合には、ｐ電極と金属層との間に拡散防止層を形成することが望ましい。金属層を構成する金属がｐ電極に拡散するのを防止するためである。拡散防止層には、Ｔｉ／Ｎｉ／ＡｕなどのＴｉ／Ｎｉを含む多層膜や、Ｗ／Ｐｔ／ＡｕなどのＷ／Ｐｔを含む多層膜などを用いることができる。なお、この拡散防止層を上記の高コンタクト抵抗層としてもよい。

第２の発明は、第１の発明において、ｐ電極は、金属層を介して支持体と接合し、高コンタクト抵抗層は拡散防止層であり、拡散防止層は、金属層とｐ型層との間にも設けられている、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、ｎ電極の配線状部は、外周部と接続し、外周部で囲われた領域を分断する分断部をさらに有するパターンである、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第４の発明は、第３の発明において、分断部は、直線状の複数の配線が互いに交差したパターンである、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第５の発明は、第４の発明において、直線状の複数の配線が互いに直交交差したパターン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３の発明から第５の発明において、III 族窒化物半導体発光素子は、一辺が６００μｍより長い矩形である、ことを特徴とする。

第７の発明は、第１の発明から第２の発明において、III 族窒化物半導体発光素子は、一辺が６００μｍ以下の矩形であり、ｎ電極の配線状部は、外周部のみを有するパターンである、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第８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、支持基板の面と平行な断面が矩形であるIII 族窒化物半導体発光素子において、ｎ電極は、矩形の対角位置に対向して設けられた２つのパッド部と、パッド部から延伸し、ｎ型層の矩形の平面に電流を分散させるための配線状部とを有し、配線状部は、矩形の外周形状に沿って形成された閉曲線状の配線から成る外周部と、外周部と接続し、発光領域の中心で交差し、外周部で囲われた領域を４つの小領域に４分割する２本の配線から成る第１分断部と第２分断部と有するパターン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。ここで、矩形は、正方形、長方形である。また、配線状部の外周部は、矩形の輪郭に平行に形成された正方形、長方形である。

第９の発明は、第８の発明において、第１分断部と前記第２分断部とは、４分割されたそれぞれの小領域における発光分布が、等しくなるように、形成されていることを特徴とする。電流は、対角位置に設けられた２つのパッドから外周部に供給される。そして、そ外周部から、さらに、その外周部に接続された第１分断部と第２分断部を介して、４分割された小領域に供給される。したがって、各小領域は、周囲の外周部と第１分断部と第２分断部とから小領域の中心に向けて電流が流れるが、この電流分布が、４つの小領域で、均一となるように、外周部と、第１分断部及び第２分断部との接続点が決定される。

第１０の発明は、第８の発明又は第９の発明において、外周部は、対向する第１組の２辺と、第１組とは異なる対向する第２組の２辺とを有し、第１分断部の両端は、第１組の２辺に接続され、第２分断部の両端は、第２組の２辺に接続されていることを特徴とする。

第１１の発明は、第１０の発明において、第１分断部は、外周部の第２組の２辺に平行ではなく、第２分断部は、外周部の第１組の２辺に平行ではないことを特徴とする。
第１２の発明は、第１１の発明において、第１分断部の両端を結ぶ線分と第２組の２辺と成す角度、及び、第２分断部の両端を結ぶ線分と第１組の２辺と成す角度は、それぞれ、２°以上１２°以下であることを特徴とする。この角度のより望ましい角度は、３°以上８°以下である。これらの構成により、４分割された各小領域での電流分布を、ほぼ等しいものとすることができ、４分割された小領域での発光強度を、均一化、平均化できる。

第１３の発明は、第８〜第１２の発明において、４分割された小領域は、パッドが形成される対角位置を含む２つの領域の面積は、他の２つの領域の面積に対して、それぞれ、大きいことを特徴とする。また、第１４の発明は、第８〜第１２の発明において、４分割された小領域は、パッドが形成される対角位置を含む２つの領域のパッドを除く領域の面積は、他の２つの領域の面積に対して、それぞれ、大きいことを特徴とする。
２つのパッドから、ｎ型層へ電流が供給されるが、パッドは電流の放出点に当たる。したがって、パッドが含まれる又はパッドに接続される小領域では、パッドに近いので、大きな電流が供給され、パッドを含まない又はパッドに接続されていない小領域では、供給される電流は小さくなる。このため、パッドが含まれる又はパッドに接続される小領域の面積を、他の小領域の面積よりも大きくすることで、各小領域間での電流分布を均一化させることができる。第１３の発明は、パッドを含めた小領域の面積を比較の対象とし、第１４の発明は、パッドを除く小領域の面積を比較の対象とする。第１３の発明では、パッドの直下も電流が流れる場合、第１４の発明は、パッドの直下には電流が流れない構造とした場合に有効である。

第１５の発明は、第８の発明又は第９の発明において、第１分断部の両端は、パッド部に接続され、第２分断部の両端は、外周部のパッドが形成されていない他の対角に接続されていることを特徴とする。
第１６の発明は、第８乃至第１５の発明において、第１分断部と前記第２分断部は、直線、又は、曲線であることを特徴とする。
第１８の発明は、第８乃至第１６の発明において、ｐ型層上における外周部及びパッドの正射影領域には、ｐ電極が形成されておらず、ｐ型層に対するコンタクト抵抗が高い材料からなる高コンタクト抵抗層を有することを特徴とする。
即ち、ｐ型層とｐ電極と高コンタクト抵抗層との関係の第１の発明を、採用するものである。

第１の発明では、高コンタクト抵抗層を設けて素子端部を発光領域外とし、ｎ電極の配線状部は、高コンタクト抵抗層の上部であって、発光領域の外周を囲う閉曲線状の外周部を有したパターンとしている。発光領域の外周では、素子の外側から内側へと向かう光成分は少ないため、外周部分にｎ電極を配置すると、そのｎ電極によって反射、吸収されるのは、素子の内側から外側へ向かう光の一部ということになる。これに対し、発光領域上にｎ電極が配置されている場合は、素子の外側から内側へと向かう光の一部と、素子の内側から外側へと向かう光の一部とがｎ電極によって反射、吸収される。したがって、外周部分にｎ電極を配置した方が、発光領域上にｎ電極を配置した場合よりも、ｎ電極が光を遮光する効果を低減することができる。以上のように、第１の発明によると、ｎ電極の配線状部を発光領域の外周を囲う外周部としたことによって光取り出しの阻害効果が低減されるため、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、高コンタクト抵抗層として拡散防止層を用いることができる。

また、第３の発明のように、素子が大型の場合、ｎ電極の配線状部が外周部のみでは、素子面方向への電流の拡散性が十分でなく発光の均一性を損なってしまうので、配線状部として外周部で囲われた領域を分断する分断部を設け、発光の均一性を確保している。また、分断部のパターンとしては、第４の発明に示すようなパターンとすることができ、発光の均一性をより高めるためである。また、第６の発明のように、一辺が６００μｍより長い矩形の素子である場合に、分断部を設けて発光の均一性を高めるのが特に有効である。

また、第７の発明のように、一辺が６００μｍ以下の矩形である小型の素子の場合には、配線状部のパターンとして外周部のみでも十分に発光の均一性を確保でき、ｎ電極の面積をその分減らすことができるため、光取り出し効率をより向上させることができる。

第８乃至第１７の発明においては、ｎ型層をｐ型層に向けて流れる電流分布において、各小領域毎の電流分布を、ほぼ等しいものとすることができる。この結果、矩形の発光領域に全体の発光強度の分布を均一化することができる。

実施例１の発光素子１００の構成を示した断面図。 発光素子１００を上面からみた図。 発光素子１００の製造工程を示した図。 発光素子１００の製造工程を示した図。 発光素子１００の製造工程を示した図。 発光素子１００の製造工程を示した図。 発光素子１００の製造工程を示した図。 発光素子１００の製造工程を示した図。 本発明の他のｎ電極のパターンを示した図。 本発明の他のｎ電極のパターンを示した図。 本発明の他のｎ電極のパターンを示した図。 本発明の他のｎ電極のパターンを示した図。 本発明の他のｎ電極のパターンを示した図。 本発明の他のｎ電極のパターンを示した図。 本発明の他のｎ電極のパターンを示した図。

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の構成示した図であり、図２は発光素子１００を上面からみた図である。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。また、発光素子１００の端部には、ｎ型層１０６のｎ電極１０７側表面からｐ型層１０４まで貫通する素子分離のためのメサ溝１１５が形成されており、メサ溝１１５によって露出したｐ型層１０４、活性層１０５、ｎ型層１０６の側面は絶縁膜１１０に覆われている。

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には、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や、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｕ合金などを用いることができる。また、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電極１０３は、ｐ型層１０４の支持体１０１側表面に、端部を除いたほぼ全面に形成されている。また、ｐ電極１０３と低融点金属層１０２との間、およびｐ電極１０３の形成されていないｐ型層１０４表面と低融点金属層１０２との間には、拡散防止層１０８が設けられている。この拡散防止層１０８は、低融点金属層１０２を構成する金属がｐ電極１０３やｐ型層１０４に拡散しないようにするものである。拡散防止層１０８には、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ（ｐ電極１０３側から低融点金属層１０２側に向かってこの順に積層の意。次の例においても同意）などのＴｉ／Ｎｉを含む多層膜や、Ｗ／Ｐｔ／ＡｕなどのＷ／Ｐｔを含む多層膜などを用いることができる。拡散防止層１０８は、ｐ型層１０４に対するコンタクト抵抗が高いため、拡散防止層１０８とｐ型層１０４とが接している領域の上部にあたる活性層１０５は発光しない。したがって、発光素子１００では、ｐ電極１０３の形成領域が、矩形の発光領域にほぼ一致し、その発光領域の外周１１１は、ｐ電極１０３の外周にほぼ一致している。

なお、ｐ電極１０３の形成されていないｐ型層１０４の支持体１０１側表面に、拡散防止層１０８に代えてＳｉＯ₂ など絶縁膜を形成し、ｐ型層１０４が低融点金属層１０２と接触しないようにしても良い。また、ｐ電極１０３の形成されていないｐ型層１０４の支持体１０１側表面に、ｐ型層１０４と拡散防止層１０８との間に、ＳｉＯ₂ など絶縁膜を形成して、低融点金属層１０２や拡散防止層１０８と接触しないようにしてもよい。

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。支持体１０１及びその上の半導体層は、矩形、正方形をしている。

ｎ電極１０７は、図２に示すように、２つのパッド部１０７ａ１、１０７ａ２と、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２から配線状に延伸する配線状部１０７ｂとで構成されている。２つのパッド部１０７ａ１、１０７ａ２は、正方形の対角に位置している。配線状部１０７ｂは、発光領域の外周１１１を、その外側から囲む正方形の配線状である矩形の外周部１０７ｂ１と、その外周部１０７ｂ１に接続し、直交に交差した２本の直線からなる十字型の配線状である第１分断部１０７ｂ２、第２分断部１０７ｂ３とで構成されている。外周部１０７ｂ１は、発光素子の端部近傍、つまりｐ型層１０４の支持体１０１側表面であってｐ電極１０３が形成されずに低融点金属層１０２が形成されている領域の上部にあたる領域に形成されている。第１分断部１０７ｂ２、第２分断部１０７ｂ３を成す２つの直線は、それぞれ外周部１０７ｂ１を構成する正方形の辺に平行である。この第１分断部１０７ｂ２、第２分断部１０７ｂ３によって、外周部１０７ｂ１が囲む正方形の領域は、面積が等しい４つの正方形に分断されている。ｎ電極１０７には、たとえばＷ／Ｔｉ／Ａｕなどを用いる。

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が形成されている。微細な凹凸１１３は、微小な六角錐が多数形成されたものであり、その六角錐の側面は、素子面方向に対して約６０度の角を成している。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。

この発光素子１００では、上述のようにｎ電極１０７の配線状部１０７ｂの一部として、発光領域の外周１１１をその外側から囲う正方形の配線状である外周部１０７ｂ１を設けている。以下、その理由を説明する。

発光領域の外周よりも外側の素子領域では、素子の内側から外側へ向かう光成分は存在するが、外側から内側へ向かう光成分はほとんど存在しない。そのため、外周部１０７ｂ１が反射、吸収して外部への光取り出しを阻害するのは、素子の内側から外側へ向かう光の一部ということになる。一方、素子の発光領域内では、素子の内側から外側へ向かう光成分と外側から内側へ向かう光成分の双方が存在し、発光領域上にｎ電極が位置する場合には、素子の内側から外側へ向かう光の一部と外側から内側へ向かう光の一部の双方が光取り出しを阻害されることになる。したがって、外周部１０７ｂ１は、発光領域上に位置するｎ電極１０７よりも光取り出しを阻害する効果が低減されている。これが、発光領域の外周１１１の外側であって、その外周１１１を囲う外周部１０７ｂ１を設けた理由である。

また、発光素子１００では、ｎ電極１０７の配線状部１０７ｂの一部として、発光領域を分断する第１分断部１０７ｂ２、第２分断部１０７ｂ３とを設けている。これは、外周部１０７ｂ１を設けたのみでは素子の内側へ電流が十分に拡散せず、発光の均一性が損なわれるからである。ただし、外周部１０７ｂ１によってもある程度の電流拡散性は得られているため、発光領域上に位置するｎ電極（実施例１においては第１分断部１０７ｂ２と第２分断部１０７ｂ３）の面積は、従来の発光素子に比べて小さくすることができる。

以上のように実施例１の発光素子１００では、ｎ電極１０７のパターンを上記のようにしたことで、ｎ電極１０７による遮光効果を低減することができ、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、駆動電圧も従来の発光素子と同程度とすることができる。

次に、発光素子１００の製造工程を図を参照に説明する。

まず、サファイア基板１１４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１１４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上の端部を除いたほぼ全面に、スパッタ法によってｐ電極１０３を形成する。さらにｐ電極１０３上およびｐ電極１０３の形成されていないｐ型層１０４上に拡散防止層１０８を形成し、さらに拡散防止層１０８上に低融点金属層１０２を形成する（図３．Ｂ）。

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．Ｃ）。

そして、サファイア基板１１４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１１４を分離除去する（図３．Ｄ）。

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２２％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．Ｅ）。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、素子分離のためのメサ溝１１５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する。そして、Ｃｌプラズマ等を用いてマスクが形成されていない領域をドライエッチングし、ｎ型層１０６、活性層１０５、ｐ型層１０６を貫通して素子間を分離するメサ溝１１５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．Ｆ）。

なお、先にメサ溝１１５を形成した後に、微細な凹凸１１３を形成してもよい。また、メサ溝１１５は、微細な凹凸１１３を形成する場合と同様にＴＭＡＨ水溶液などによるウェットエッチングによって形成してもよい。

次に、メサ溝１１５の側面に、電流のリークやショートを防止するために絶縁膜１１０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上に、２つのパッド部１０７ａ１、１０７ａ２と、配線状部１０７ｂ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。

なお、ｎ電極のパターンは、実施例１に示したものに限るものではなく、パッド部と配線状部とを有し、その配線状部が発光領域の外周を囲む外周部とその外周部に接続して発光領域を分断する分断部とを有するパターンであれば、任意のパターンでよい。ただし、素子面方向の電流の拡散性をより向上させ、発光の均一性を高めるためには対称性を有したパターンが望ましい。以下、他のｎ電極のパターンを列挙する。

図４は、他のｎ電極２０７のパターンを示した図である。ｎ電極２０７は、ｎ電極１０７の第１分断部１０７ｂ２、第２分断部１０７ｂ３を、第１分断部２０７ｂ２と第２分断部２０７ｂ３に置き換えたものである。第１分断部２０７ｂ２は、対角の位置に配設された２つのパッド部１０７ａ１、１０７ａ２を接続している。第２分断部２０７ｂ３は、周辺部１０７ｂ１の、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２が形成されていない他の２つの対角を接続している。そてし、第１分断部１０７ｂ２、第２分断部１０７ｂ３は、周囲１１１が形成する正方形の発光領域の中心ｏで交差している。即ち、第１分断部１０７ｂ２、第２分断部１０７ｂ３は、正方形の対角線に沿って直交に交差したＸ字型の配線状パターンである。このようなｎ電極２０７のパターンを採用した発光素子も、実施例１の発光素子１００と同様に、発光の均一性を保持しつつ、光取り出し効率を向上させることができる。

図５は、他のｎ電極３０７のパターンを示した図である。ｎ電極３０７は、ｎ電極１０７の第１分断部１０７ｂ２、第２分断部１０７ｂ３を、それぞれ、第１分断部３０７ｂ２、第２分断部３０７ｂ３に置き換えたものである。正方形の外周部１０７ｂ１は、４辺のうち平行な第１組の２辺ａ，ｂと、この辺に直交する平行な第２組の２辺ｃ，ｄとを有している。第１分断部３０７ｂ２の両端は、第１組の２辺ａ，ｂに接続され、第２分断部３０７ｂ３の両端は、第２組の２辺ｃ，ｄに接続されている。即ち、第１分断部１０７ｂ２と第２分断部１０７ｂ３との直交に交差した十字型のパターンを、正方形の辺に平行な位置から少しずらして交差した十字型のパターンとしている。そして、外周部１０７ｂ１が囲む正方形の領域において、十字型のパターンによって４つに分割される小領域１１、１２、１３、１４のうち、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含む２つの小領域１１、１２は、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含まない他の２つの小領域１３、１４に比べて面積が広くなっている。パッド部１０７ａ１、１０７ａ２の近傍は電流の分散効果が高いため、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含む小領域１１、１２を、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含まない小領域１３、１４よりも広く取ることで、電流の拡散性をさらに向上させることが可能である。したがって、このようなｎ電極３０７のパターンを採用した発光素子は、発光素子１００に比べて発光の均一性をより高くすることが可能であり、発光素子１００と同様に光取り出し効率を向上させることができる。

また、実施例では、ｎ電極の配線状部として、外周部と分断部とを有するパターンとしているが、一辺が６００μｍ以下の矩形である小型の発光素子の場合には、分断部を設けずに外周部のみのパターンとしてもよい。このようなパターンでも、発光の均一性を十分に確保することができる。また、分断部を形成しない分、ｎ電極の面積を減らすことができ、光取り出し効率をより向上させることができる。ただし、一辺が６００μｍよりも長い矩形である大型の発光素子の場合には、ｎ電極の配線状部として外周部だけでなく分断部も設け、電流の拡散性を向上させて発光の均一性を高めることが望ましい。また、実施例ではパッド部を２つ設け、発光の均一性を高めているが、一辺が６００μｍ以下の矩形である小型の発光素子の場合には、パッド部を１つとしても、発光の均一性を十分に確保することができる。また、パッド部を１つとすることでｎ電極の面積を減らすことができ、光出力を向上させることができる。

図６は、６００μｍ角以下の正方形の発光素子の場合における、ｎ電極４０７のパターンの１例を示した図である。ｎ電極４０７は、１つのパッド部４０７ａと、外周部４０７ｂとからなるパターンである。発光領域４１０は、素子の端部近傍を除いた正方形の領域である。この発光領域４１０の外周４１１よりも外側の領域は、ｐ型層１０４の支持体１０１側表面に拡散防止層１０８を形成して発光しないようにした領域である。外周部４０７ｂは、この拡散防止層１０８の上部にあたる領域に、発光領域４１０の外周４１１を囲む正方形の配線状に形成されている。このようなｎ電極４０７のパターンを６００μｍ角以下の正方形の発光素子に採用することで、発光の均一性を十分に確保しつつ、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。

また、実施例では、ｎ電極のパッド部４０７ａは、一部発光領域と重なる位置に設けているが、発光領域４０７ａとまったく重ならない位置に設けてもよい。また、パッド部４０７ａの直下を発光させないことで光出力を改善することもできる。たとえばパッド部４０７ａに対向する位置に、ｐ電極１０３を形成せずに拡散防止層１０８を設けて、パッド部４０７ａの直下の領域を発光させないようにしてもよい。

また、実施例では、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。

正方形の外周部１０７ｂ１、２つのパッド部１０７ａ１、１０７ａ２、第１分断部２０７ｂ２、第２分断部２０７ｂ３、小領域１１、１２、１３、１４の他の関係について説明する。
図７．Ａ、図７．Ｂは、図５に対応するパターンである。図５と同一機能を有する部分には、図５の符号と同一符号が用いられている。パッド部１０７ａ１を含む小領域１１の面積と、パッド部１０７ａ２を含む小領域１２の面積は等しく、Ｓｘである。また、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含まない小領域１３、１４の面積は、等しくＳｙである。図７．Ａの場合の面積Ｓｘは、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２の面積を含めている。図７．Ｂの場合には、面積Ｓｘは、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２の面積を含めない場合である。この状態で、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含む小領域１１、１２の面積Ｓｘを、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含まない小領域１３、１４の面積Ｓｙよりも大きくしている。これより、各小領域１１、１２、１３、１４において、ｎ型層を１０６をｐ型層１０４に向けて流れる電流の平面上の分布を、ほぼ等しくすることができる。この結果、各領域における発光強度の分布を等しくすることができる。図７．Ａの場合には、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２の下方にも電流が流れ、その部分の活性層１０５でも発光する場合である。図７．Ｂの場合には、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２の下方には電流が流れることがなく、その部分の活性層１０５では、発光しない場合である。

図７．Ｃの場合には、第１分断部３０７ｂ２を第２組の辺ｃ、ｄに対して角度θ１で交差させ、第２分断部３０７ｂ３を第１組の辺ａ、ｂに対して角度θ２で交差させている。この結果、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含む小領域１１、１２の面積Ｓｘを、パッド部１０７ａ１、１０７ａ２を含まない小領域１３、１４の面積Ｓｙよりも大きくできる。角度θ１、θ２は、それぞれ、２°以上１２°以下が、望ましい。さらに望ましくは、３°以上８°以下である。また、図７．Ｄに示すように、第１分断部３０７ｂ２、第２分断部３０７ｂ３は、直線ではなく、曲線としてもよい。

これらの配線パターンにおいては、配線のパターンに特徴を持たせて、面上において均一な発光を実現するものである。実施例１の場合には、正方形の外周部１０７ｂ１、２つのパッド部１０７ａ１、１０７ａ２、第１分断部２０７ｂ２、第２分断部２０７ｂ３のｐ型層１０４における正射影の領域において、拡散防止層１０８から成る高コンタクト抵抗層を設け、活性層１０５上の高コンタクト抵抗層の正射影の領域に電流を流さないようにして、発光しないようにしている。しかし、配線パターンに特徴がある発明においては、正方形の外周部１０７ｂ１、２つのパッド部１０７ａ１、１０７ａ２、第１分断部２０７ｂ２、第２分断部２０７ｂ３のｐ型層１０４における正射影の領域の全部又は一部の領域において、拡散防止層１０８から成る高コンタクト抵抗層がなく、その代わりに、ｐ電極１０３が存在しても良い。即ち、活性層１０５におけるこれらの正射影の領域においても、発光するようにしても良い。

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

１１〜１４：小領域
３０７ｂ２：第１分断部
３０７ｂ３：第２分断部
１０１：支持体
１０２：低融点金属層
１０３：ｐ電極
１０４：ｐ型層
１０５：活性層
１０６：ｎ型層
１０７：ｎ電極
１０８：拡散防止層
１０７ａ１，１０７ａ２：パッド部
１０７ｂ：配線状部
１０７ｂ１：外周部
１０７ｂ２：分断部

Claims (17)

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、を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
   前記ｐ電極は、少なくとも前記ｐ型層の前記支持体側表面の端部近傍には位置せず、
   前記ｐ型層の前記支持体側表面の端部近傍には、ｐ型層に対するコンタクト抵抗が高い材料からなる高コンタクト抵抗層を有し、
   前記ｎ電極は、パッド部と、前記パッド部から延伸する配線状部とを有し、
   前記配線状部は、前記高コンタクト抵抗層と素子面に垂直な方向において対向する領域に位置し、発光領域の外周を囲む閉曲線状の外周部を有するパターンである、
   ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
2. 前記ｐ電極は、金属層を介して前記支持体と接合し、
   前記高コンタクト抵抗層は拡散防止層であり、
   前記拡散防止層は、前記金属層と前記ｐ型層との間にも設けられている、
   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ｎ電極の前記配線状部は、前記外周部と接続し、前記外周部で囲われた領域を分断する分断部をさらに有するパターンである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
4. 前記分断部は、直線状の複数の配線が互いに交差したパターンである、ことを特徴とする請求項３に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
5. 直線状の複数の前記配線が互いに直交交差したパターンであることを特徴とする請求項４に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
6. 前記III 族窒化物半導体発光素子は、一辺が６００μｍより長い矩形である、ことを特徴とする請求項３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III 族窒化物半導体発光素子は、一辺が６００μｍ以下の矩形であり、
   前記ｎ電極の前記配線状部は、外周部のみを有するパターンである、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
8. 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、前記支持基板の面と平行な断面が矩形であるIII 族窒化物半導体発光素子において、
   前記ｎ電極は、前記矩形の対角位置に対向して設けられた２つのパッド部と、前記パッド部から延伸し、前記ｎ型層の前記矩形の平面に電流を分散させるための配線状部とを有し、
   前記配線状部は、前記矩形の外周形状に沿って形成された閉曲線状の配線から成る外周部と、前記外周部と接続し、前記発光領域の中心で交差し、前記外周部で囲われた領域を４つの小領域に４分割する２本の配線から成る第１分断部と第２分断部と
   有するパターンであることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
9. 前記第１分断部と前記第２分断部とは、４分割されたそれぞれの前記小領域における発光分布が、等しくなるように、形成されていることを特徴とする請求項８に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
10. 前記外周部は、対向する第１組の２辺と、第１組とは異なる対向する第２組の２辺とを有し、前記第１分断部の両端は、前記第１組の２辺に接続され、前記第２分断部の両端は、前記第２組の２辺に接続されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
11. 前記第１分断部は、前記外周部の前記第２組の２辺に平行ではなく、前記第２分断部は、前記外周部の前記第１組の２辺に平行ではないことを特徴とする請求項１０に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
12. 前記第１分断部の両端を結ぶ線分と前記第２組の２辺と成す角度、及び、前記第２分断部の両端を結ぶ線分と前記第１組の２辺と成す角度は、それぞれ、２°以上１２°以下であることを特徴とする請求項１１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
13. ４分割された前記小領域は、前記パッド部が形成される対角位置を含む２つの領域の面積は、他の２つの領域の面積に対して、それぞれ、大きいことを特徴とする請求項８乃至請求項１２の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
14. ４分割された前記小領域は、前記パッド部が形成される対角位置を含む２つの領域の前記パッド部を除く領域の面積は、他の２つの領域の面積に対して、それぞれ、大きいことを特徴とする請求項８乃至請求項１２の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
15. 前記第１分断部の両端は、前記パッド部に接続され、前記第２分断部の両端は、前記外周部の前記パッド部が形成されていない他の対角に接続されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
16. 前記第１分断部と前記第２分断部は、直線、又は、曲線であることを特徴とする請求項８乃至請求項１５の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
17. 前記ｐ型層上における前記外周部及び前記パッド部の正射影領域には、前記ｐ電極が形成されておらず、前記ｐ型層に対するコンタクト抵抗が高い材料からなる高コンタクト抵抗層を有することを特徴とする請求項８乃至請求項１６の何れか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。

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