JP2015035541A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光の散乱を最小限に抑えることができ、しかも、接触抵抗の上昇を抑制し得る発光素子を提供する。【解決手段】発光素子は、第1面21a及び第2面21bを有する第1化合物半導体層21、活性層23、及び、第2化合物半導体層22が積層されて成る積層構造体20、第1化合物半導体層21の第1面21aに形成された第1電極31、及び、第1化合物半導体層21の第1面21aに形成された多層膜から成る第1光反射層41、並びに、第2化合物半導体層22の上に形成された第2電極32及び多層膜から成る第2光反射層42を備えており、第1化合物半導体層21の第1面21aは、平坦領域21A、及び、平坦領域21Aよりも粗い粗面領域21Bを有しており、第1光反射層41は、少なくとも平坦領域21Aに形成されており、第1電極31は、少なくとも粗面領域21Bに形成されている。【選択図】 図1

Description

本開示は、発光素子及びその製造方法に関する。
窒化物半導体から構成された面発光レーザ素子(垂直共振器レーザ、VCSEL)が、例えば、特開2010−123921から周知である。この特許公開公報に開示された面発光レーザ素子は、
基板上に、第2導電型層、発光層及び第1導電型層をこの順に積層した窒化物半導体の積層体を形成し、
第1導電型層上に誘電体多層膜から成る第1ブラッグ反射器を形成し、
第1ブラッグ反射器上に第1導電型層と電気的に接続された第1電極を形成し、
第1ブラッグ反射器及び第1電極を介して、積層体を支持基板に接合し、
積層体から基板を除去して第2導電型層を露出させ、
第2導電型層の露出した面に、第2電極と、誘電体多層膜から成り、第1ブラッグ反射器と対向するように配置された第2ブラッグ反射器とを形成することで製造される。
ここで、積層体から基板の一部又は全てを除去して第2導電型層を露出させるが、基板の除去は、レーザリフトオフ法、研磨、エッチング等を利用している。また、露出した第2導電型層の表面を、適当な研磨剤を用いたCMP法(化学的/機械的研磨法)、適当なエッチャントを用いたエッチング方法等に基づき鏡面仕上げすることで、第2導電型層表面での光の散乱を最小限に抑える。そして、鏡面仕上げされた第2導電型層の表面の上に、第2電極と第2ブラッグ反射器とを任意の順序で形成する。
特開2010−123921
ところで、鏡面仕上げされた第2導電型層の表面に第2電極を形成すると、第2導電型層と第2電極との間の接触抵抗が上昇し易いといった問題がある。
従って、本開示の目的は、GaN系化合物半導体層上に光反射層及び電極が形成された発光素子であって、GaN系化合物半導体層表面での光の散乱を最小限に抑えることができ、しかも、GaN系化合物半導体層と電極との間の接触抵抗の上昇を抑制し得る構成、構造を有する発光素子、及び、その製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子は、
(A)GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
が積層されて成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層の第1面上に形成された第1電極、及び、第1化合物半導体層の第1面上に形成された多層膜から成る第1光反射層、並びに、
(C)第2化合物半導体層の第2面上に形成された第2電極及び多層膜から成る第2光反射層、
を備えている。
そして、本開示の第1の態様に係る発光素子にあっては、
第1化合物半導体層の第1面は、平坦領域、及び、平坦領域よりも粗い粗面領域を有しており、
第1光反射層は、少なくとも平坦領域に形成されており、
第1電極は、少なくとも粗面領域に形成されている。
また、本開示の第2の態様に係る発光素子にあっては、
第1化合物半導体層の第1面には、段差部が形成されており、
少なくとも段差部の内側には、第1光反射層が形成されており、
少なくとも段差部の外側には、第1電極が形成されている。
上記の目的を達成するための本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、
(a)発光素子製造用基板上に、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
が積層されて成る積層構造体を形成した後、
(b)第2化合物半導体層の第2面上に第2電極及び多層膜から成る第2光反射層を形成し、次いで、
(c)第2光反射層を支持基板に固定した後、
(d)発光素子製造用基板を除去して、第1化合物半導体層の第1面を露出させる。尚、発光素子の性能面において、発光素子製造用基板が厚さ方向に若干残っていても問題が無ければ、発光素子製造用基板を除去した後に発光素子製造用基板が厚さ方向に若干残っている形態も、第1化合物半導体層の第1面を露出させる形態に包含される。以下においても同様である。
そして、本開示の第1の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、上記工程(d)に次いで、
(e)第1化合物半導体層の第1面に粗面領域を形成し、少なくとも、粗面領域によって囲まれた第1化合物半導体層の第1面の部分である平坦領域に、多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも粗面領域に第1電極を形成する工程を備えている。また、本開示の第2の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、上記工程(d)に次いで、
(e)第1化合物半導体層の第1面に段差部を形成し、少なくとも段差部の内側に多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも段差部の外側に第1電極を形成する工程を備えている。
本開示の第1の態様に係る発光素子において、第1化合物半導体層の第1面は平坦領域及び粗面領域を有しており、第1光反射層が少なくとも平坦領域に形成されており、第1電極が少なくとも粗面領域に形成されている。それ故、第1化合物半導体層表面での光の散乱を最小限に抑えることができ、しかも、第1化合物半導体層と第1電極との間の接触抵抗の上昇を抑制することができる。
本開示の第2の態様に係る発光素子において、第1化合物半導体層の第1面には段差部が形成されており、少なくとも段差部の内側には第1光反射層が形成されており、少なくとも段差部の外側には第1電極が形成されている。ここで、段差部の内側に位置する第1化合物半導体層の第1面の領域は平坦な状態が保持され、段差部の外側に位置する第1化合物半導体層の第1面の領域は、段差部の形成によって粗面化される。それ故、第1化合物半導体層表面での光の散乱を最小限に抑えることができ、しかも、第1化合物半導体層と第1電極との間の接触抵抗の上昇を抑制することができる。
本開示の第1の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、発光素子製造用基板を除去して第1化合物半導体層の第1面を露出させた後、第1化合物半導体層の第1面に粗面領域を形成し、少なくとも、粗面領域によって囲まれた第1化合物半導体層の第1面の部分である平坦領域に、多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも粗面領域に第1電極を形成する。それ故、第1化合物半導体層表面での光の散乱を最小限に抑えることができ、しかも、第1化合物半導体層と第1電極との間の接触抵抗の上昇を抑制することができる。
本開示の第2の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、発光素子製造用基板を除去して第1化合物半導体層の第1面を露出させた後、第1化合物半導体層の第1面に段差部を形成し、少なくとも段差部の内側に多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも段差部の外側に第1電極を形成するが、段差部の内側に位置する第1化合物半導体層の第1面の領域は平坦な状態が保持され、段差部の外側に位置する第1化合物半導体層の第1面の領域は、段差部の形成によって粗面化される。それ故、第1化合物半導体層表面での光の散乱を最小限に抑えることができ、しかも、第1化合物半導体層と第1電極との間の接触抵抗の上昇を抑制することができる。
また、発光素子製造用基板を除去して、第1化合物半導体層の第1面を露出させることで、更には、必要に応じて、露出した第1化合物半導体層を厚さ方向に部分的に除去することで、第1光反射層と、積層構造体と、第1光反射層に対向して配置された第2光反射層とから成る共振器の長さを最適な長さとすることができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
図1A及び図1Bは、それぞれ、実施例1の発光素子及びその変形例の模式的な一部端面図である。 図2A及び図2Bは、それぞれ、実施例1の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図3A及び図3Bは、それぞれ、実施例1の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図4A及び図4Bは、それぞれ、実施例1の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図5A及び図5Bは、それぞれ、実施例1の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図6A及び図6Bは、それぞれ、実施例1の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図7A及び図7Bは、それぞれ、実施例2の発光素子及びその変形例の模式的な一部端面図である。 図8A及び図8Bは、それぞれ、実施例2の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図9A及び図9Bは、それぞれ、実施例2の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図10A及び図10Bは、それぞれ、実施例2の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図11A及び図11Bは、それぞれ、実施例2の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図12A、図12B及び図12Cは、実施例1の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図13A及び図13Bは、図12Cに引き続き、実施例1の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図14は、図13Bに引き続き、実施例1の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図15A及び図15Bは、RIE法に基づきエッチングする前の第1化合物半導体層の状態、及び、エッチングした後の第1化合物半導体層の状態をAFMによって観察した結果を示す図である。 図16A及び図16Bは、RIE法に基づきエッチングする前の第1化合物半導体層、及び、エッチングした後の第1化合物半導体層の表面粗さRaの分析結果を示す図である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示の第1の態様及び第2の態様に係る発光素子、本開示の第1の態様及び第2の態様に係る発光素子の製造方法、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様及び第2の態様に係る発光素子、並びに、本開示の第1の態様及び第2の態様に係る発光素子の製造方法)
3.実施例2(実施例1の変形)、その他
[本開示の第1の態様及び第2の態様に係る発光素子、本開示の第1の態様及び第2の態様に係る発光素子の製造方法、全般に関する説明]
本開示の第1の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、前記工程(d)における第1化合物半導体層の第1面の露出を(即ち、発光素子製造用基板の除去を)、化学的/機械的研磨法(CMP法)に基づき行い、前記工程(e)における粗面領域の形成を、反応性イオンエッチング法(RIE法)に基づき形成する形態とすることができる。また、本開示の第2の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、前記工程(d)における第1化合物半導体層の第1面の露出を(即ち、発光素子製造用基板の除去を)、化学的/機械的研磨法に基づき行い、前記工程(e)における段差部の形成を、反応性イオンエッチング法に基づき形成する形態とすることができる。尚、先ず、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液、アンモニア溶液+過酸化水素水、硫酸溶液+過酸化水素水、塩酸溶液+過酸化水素水、リン酸溶液+過酸化水素水等を用いたウェットエッチング法や、ドライエッチング法、レーザを用いたリフトオフ法、機械研磨法等によって、あるいは、これらの組合せによって、発光素子製造用基板の除去を行い、あるいは、発光素子製造用基板の厚さを薄くし、次いで、化学的/機械的研磨法を実行することで、第1化合物半導体層の第1面を露出させる。反応性イオンエッチング法の代わりに、反応性イオンビームエッチング(RIBE)法、電子サイクロトロン共鳴(ECR)エッチング法、イオンビームエッチング法等とすることもできる。エッチング用ガスとして、CF4等のフッ素系ガス、Cl2、CCl4、SiCl4等の塩素系ガス、HI等のヨウ素系ガスを挙げることができ、これらのエッチング用ガスを単独で使用してもよいし、混合して使用してもよい。第1化合物半導体層の第1面の露出処理には、露出した第1化合物半導体層を厚さ方向に部分的に除去する処理が含まれ、また、第1化合物半導体層の第1面に対する鏡面仕上げ処理も含まれる。第1化合物半導体層の第1面の露出処理によって、第1光反射層と、積層構造体と、第1光反射層に対向して配置された第2光反射層とから成る共振器の長さが決定される。
本開示の第1の態様に係る発光素子、あるいは、上記の好ましい形態を含む本開示の第1の態様に係る発光素子の製造方法によって製造された発光素子を、以下、便宜上、『本開示の第1の態様に係る発光素子等』と呼ぶ場合がある。また、本開示の第2の態様に係る発光素子、あるいは、上記の好ましい形態を含む本開示の第2の態様に係る発光素子の製造方法によって製造された発光素子を、以下、便宜上、『本開示の第2の態様に係る発光素子等』と呼ぶ場合がある。
本開示の第1の態様に係る発光素子において、粗面領域は平坦領域を囲んでいる形態とすることができる。
上記の好ましい形態を含む本開示の第1の態様に係る発光素子等において、平坦領域の表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、粗面領域の表面粗さRaの値は平坦領域の表面粗さRaの値を超えることが好ましい。尚、表面粗さRaは、JIS B−610:2001に規定されている。平坦領域及び粗面領域の表面粗さRaは、具体的には、AFMや断面TEMに基づく観察に基づき測定することができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第1の態様に係る発光素子等において、平坦領域における接触抵抗値をR1、粗面領域における接触抵抗値をR2としたとき、
2/R1≦1
を満足することが望ましい。
本開示の第2の態様に係る発光素子等において、段差部は単純閉曲線から構成されている形態とすることができる。尚、単純閉曲線(ジョルダン閉曲線とも呼ばれる)には、曲線だけでなく、線分の組合せ、曲線と線分の組合せも包含される。
更には、上記の好ましい形態を含む本開示の第2の態様に係る発光素子等において、第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面の凸部に形成されており、第1電極は、第1化合物半導体層の第1面の凹部に形成されている形態とすることができるし、これとは逆に、第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面の凹部に形成されており、第1電極は、第1化合物半導体層の第1面の凸部に形成されている形態とすることもできる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第2の態様に係る発光素子等において、段差部の高さは、第1化合物半導体層の厚さ未満である形態とすることができるし、あるいは又、段差部の高さは、1×10-8m以上、1×10-5m以下である形態とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第2の態様に係る発光素子等において、段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、段差部の外側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値は、段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値を超えることが好ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第2の態様に係る発光素子等において、段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の接触抵抗値をR1、段差部の外側における第1化合物半導体層の第1面の接触抵抗値をR2としたとき、
2/R1≦1
を満足することが望ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子等において、第1光反射層と第1電極とは接している形態とすることができる。あるいは又、第1光反射層と第1電極とは離間しており、即ち、オフセットを有しており、離間距離は1mm以内である形態とすることができる。第1光反射層内に位置する素子領域(後述する)と第1電極とが離れると、電流は、第1化合物半導体層中を長い距離、流れることになる。それ故、この電流経路において生ずる電気抵抗を低く抑えるために、離間距離は1mm以内であることが好ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子等において、第1光反射層から第2光反射層まで距離は、0.15μm以上、50μm以下であることが好ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子において、第2光反射層は支持基板に固定されている形態とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子等にあっては、活性層において生成した光は、第1光反射層を介して外部に出射される形態とすることができる。そして、この場合、第1化合物半導体層の第1面と接する第1光反射層の部分(第2光反射層と対向する第1光反射層の部分)の面積をS1、第2化合物半導体層の第2面に対向する第2光反射層の部分(第1光反射層と対向する第2光反射層の部分)の面積をS2としたとき、
1>S2
を満足することが望ましい。
本開示の第1の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、工程(e)において、第1化合物半導体層の第1面に粗面領域を形成し、少なくとも、粗面領域によって囲まれた第1化合物半導体層の第1面の部分である平坦領域に、多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも粗面領域に第1電極を形成するが、具体的には、以下の形成順序を挙げることができる。
(e−1)第1光反射層の形成、第1化合物半導体層の第1面における粗面領域の形成、第1電極の形成
(e−2)第1化合物半導体層の第1面における粗面領域の形成、第1電極の形成、第1光反射層の形成
(e−3)第1化合物半導体層の第1面における粗面領域の形成、第1光反射層の形成、第1電極の形成
また、本開示の第2の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、工程(e)において、第1化合物半導体層の第1面に段差部を形成し、少なくとも段差部の内側に多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも段差部の外側に第1電極を形成するが、具体的には、以下の形成順序を挙げることができる。
(e−1)第1光反射層の形成、第1化合物半導体層の第1面における段差部の形成、第1電極の形成
(e−2)第1化合物半導体層の第1面における段差部の形成、第1電極の形成、第1光反射層の形成
(e−3)第1化合物半導体層の第1面における段差部の形成、第1光反射層の形成、第1電極の形成
第1化合物半導体層の第1面における第1光反射層と第1電極の配置状態として、上述したとおり、第1光反射層と第1電極とが接している状態を挙げることができるし、あるいは又、第1光反射層と第1電極とが離間している状態を挙げることができるし、場合によっては、第1光反射層の縁部の上にまで第1電極が形成されている状態、第1電極の縁部の上にまで第1光反射層が形成されている状態を挙げることもできる。ここで、第1電極の縁部の上にまで第1光反射層が形成されている状態とする場合、第1電極は、レーザ発振の基本モード光を出来る限り吸収しないように、或る程度の大きさの開口部を有する必要がある。開口部の大きさは、基本モードの波長や横方向(第1化合物半導体層の面内方向)の光閉じ込め構造によって変化するので、限定するものではないが、おおよそ発振波長λの数倍のオーダーであることが好ましい。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子等において、第1電極は金属又は合金から成る形態とすることができるし、第2電極は透明導電性材料から成る形態とすることができる。第2電極を透明導電性材料から構成することで、電流を横方向(第2化合物半導体層の面内方向)に広げることができ、効率良く、素子領域(次に述べる)に電流を供給することができる。第2電極は第2化合物半導体層の第2面上に形成されており、第2光反射層は第2電極上に形成されていることが好ましい。
ここで、「素子領域」とは、狭窄された電流が注入される領域、あるいは又、屈折率差等により光が閉じ込められる領域、あるいは又、第1光反射層と第2光反射層で挟まれた領域の内、レーザ発振が生じる領域、あるいは又、第1光反射層と第2光反射層で挟まれた領域の内、実際にレーザ発振に寄与する領域を指す。
発光素子は、上述したとおり、第1化合物半導体層の頂面から第1光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子(垂直共振器レーザ、VCSEL)から成る構成とすることができるし、あるいは又、第2化合物半導体層の頂面から第2光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子から成る構成とすることもできる。
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第1の態様あるいは第2の態様に係る発光素子の製造方法(以下、これらを総称して、単に、『本開示』と呼ぶ場合がある)において、積層構造体は、具体的には、AlGaInN系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、AlGaInN系化合物半導体として、より具体的には、GaN、AlGaN、GaInN、AlGaInNを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素(B)原子やタリウム(Tl)原子、ヒ素(As)原子、リン(P)原子、アンチモン(Sb)原子が含まれていてもよい。活性層は、量子井戸構造を有することが望ましい。具体的には、単一量子井戸構造(QW構造)を有していてもよいし、多重量子井戸構造(MQW構造)を有していてもよい。量子井戸構造を有する活性層は、井戸層及び障壁層が、少なくとも1層、積層された構造を有するが、(井戸層を構成する化合物半導体,障壁層を構成する化合物半導体)の組合せとして、(InyGa(1-y)N,GaN)、(InyGa(1-y)N,InzGa(1-z)N)[但し、y>z]、(InyGa(1-y)N,AlGaN)を例示することができる。第1化合物半導体層を第1導電型(例えば、n型)の化合物半導体から構成し、第2化合物半導体層を第1導電型とは異なる第2導電型(例えば、p型)の化合物半導体から構成することができる。第1化合物半導体層、第2化合物半導体層は、第1クラッド層、第2クラッド層とも呼ばれる。第2電極と第2化合物半導体層との間に、電流狭窄構造が形成されていることが好ましい。第1化合物半導体層、第2化合物半導体層は、単一構造の層であってもよいし、多層構造の層であってもよいし、超格子構造の層であってもよい。更には、組成傾斜層、濃度傾斜層を備えた層とすることもできる。
電流狭窄構造を得るためには、第2電極と第2化合物半導体層との間に絶縁材料(例えば、SiO2やSiN、Al23)から成る電流狭窄層を形成してもよいし、あるいは又、第2化合物半導体層をRIE法等によりエッチングしてメサ構造を形成してもよいし、あるいは又、積層された第2化合物半導体層の一部の層を横方向から部分的に酸化して電流狭窄領域を形成してもよいし、第2化合物半導体層に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、あるいは、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、第2電極は、電流狭窄により電流が流れる第2化合物半導体層の部分と電気的に接続されている必要がある。
発光素子製造用基板として、GaN基板、サファイア基板、GaAs基板、SiC基板、アルミナ基板、ZnS基板、ZnO基板、AlN基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl24基板、InP基板、Si基板、これらの基板の表面(主面)に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。GaN系化合物半導体層を基板に形成する場合、GaN基板の使用が欠陥密度の少ないことから好ましい。GaN基板は成長面によって、極性/無極性/半極性と特性が変わることが知られているが、GaN基板のいずれの主面も化合物半導体層の形成に使用することができる。また、これらの基板の主面に関して、結晶構造(例えば、立方晶型や六方晶型等)によっては、所謂A面、B面、C面、R面、M面、N面、S面等の名称で呼ばれる結晶方位面、あるいは、これらを特定方向にオフさせた面等を用いることもできる。発光素子を構成する各種の化合物半導体層の形成方法として、有機金属化学的気相成長法(MOCVD法,MOVPE法)や分子線エピタキシー法(MBE法)、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。
ここで、MOCVD法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム(TMG)ガスやトリエチルガリウム(TEG)ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。n型の導電型を有するGaN系化合物半導体層の形成においては、例えば、n型不純物(n型ドーパント)としてケイ素(Si)を添加すればよいし、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層の形成においては、例えば、p型不純物(p型ドーパント)としてマグネシウム(Mg)を添加すればよい。GaN系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム(Al)あるいはインジウム(In)が含まれる場合、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)ガスを用いればよいし、In源としてトリメチルインジウム(TMI)ガスを用いればよい。更には、Si源としてモノシランガス(SiH4ガス)を用いればよいし、Mg源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いればよい。尚、n型不純物(n型ドーパント)として、Si以外に、Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd、Poを挙げることができるし、p型不純物(p型ドーパント)として、Mg以外に、Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg、Srを挙げることができる。
支持基板は、例えば、発光素子製造用基板として例示した各種の基板から構成すればよいし、あるいは又、AlN等から成る絶縁性基板、Si、SiC、Ge等から成る半導体基板、金属製基板や合金製基板から構成することもできるが、導電性を有する基板を用いることが好ましく、あるいは又、機械的特性、弾性変形、塑性変形性、放熱性等の観点から金属製基板や合金製基板を用いることが好ましい。支持基板の厚さとして、例えば、0.05mm乃至0.5mmを例示することができる。第2光反射層の支持基板への固定方法として、半田接合法、常温接合法、粘着テープを用いた接合法、ワックス接合を用いた接合法等、既知の方法を用いることができるが、導電性の確保という観点からは半田接合法あるいは常温接合法を採用することが望ましい。例えば導電性基板であるシリコン半導体基板を支持基板として使用する場合、熱膨張係数の違いによる反りを抑制するために、400゜C以下の低温で接合可能な方法を採用することが望ましい。支持基板としてGaN基板を使用する場合、接合温度が400゜C以上であってもよい。
第1電極は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、Ti(チタン)、バナジウム(V)、タングステン(W)、クロム(Cr)、Al(アルミニウム)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、錫(Sn)及びインジウム(In)から成る群から選択された少なくとも1種類の金属(合金を含む)を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、具体的には、例えば、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt、Ag/Pdを例示することができる。尚、多層構成における「/」の前の層ほど、より活性層側に位置する。以下の説明においても同様である。第1電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のPVD法にて成膜することができる。
第2電極を構成する透明導電性材料として、インジウム−錫酸化物(ITO,Indium Tin Oxide,SnドープのIn23、結晶性ITO及びアモルファスITOを含む)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO,Indium Zinc Oxide)、IFO(FドープのIn23)、酸化錫(SnO2)、ATO(SbドープのSnO2)、FTO(FドープのSnO2)、酸化亜鉛(ZnO、AlドープのZnOやBドープのZnOを含む)を例示することができる。あるいは又、第2電極として、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明導電膜を挙げることができる。但し、第2電極を構成する材料として、第2光反射層と第2電極との配置状態に依存するが、透明導電性材料に限定するものではなく、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、金(Au)、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)等の金属を用いることもできる。第2電極は、これらの材料の少なくとも1種類から構成すればよい。第2電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のPVD法にて成膜することができる。
第1電極や第2電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ti(チタン)、アルミニウム(Al)、Pt(白金)、Au(金)、Ni(ニッケル)、Pd(パラジウム)から成る群から選択された少なくとも1種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ti/Pt/Auの多層構成、Ti/Auの多層構成、Ti/Pd/Auの多層構成、Ti/Pd/Auの多層構成、Ti/Ni/Auの多層構成、Ti/Ni/Au/Cr/Auの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。第1電極をAg層あるいはAg/Pd層から構成する場合、第1電極の表面に、例えば、Ni/TiW/Pd/TiW/Niから成るカバーメタル層を形成し、カバーメタル層の上に、例えば、Ti/Ni/Auの多層構成あるいはTi/Ni/Au/Cr/Auの多層構成から成るパッド電極を形成することが好ましい。
光反射層(分布ブラッグ反射鏡層、Distributed Bragg Reflector 層、DBR層)は、例えば、半導体多層膜や誘電体多層膜から構成される。誘電体材料としては、例えば、Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等の酸化物、窒化物(例えば、AlN、AlGaN、GaN、BN等)、又は、フッ化物等を挙げることができる。具体的には、SiO2、TiO2、Nb25、ZrO2、Ta25、ZnO、Al23、HfO2、AlN等を例示することができる。そして、これらの誘電体材料の内、屈折率が異なる誘電体材料から成る2種類以上の誘電体膜を交互に積層することにより、光反射層を得ることができる。例えば、SiO2/SiN、SiO2/Nb25、SiO2/ZrO2、SiO2/AlN等の多層膜が好ましい。所望の反射率を得るために、各誘電体膜を構成する材料、膜厚、積層数等を、適宜、選択すればよい。各誘電体膜の厚さは、用いる材料等により、適宜、調整することができ、発振波長λ、用いる材料の発振波長λでの屈折率nによって決定される。具体的には、λ/(4n)の奇数倍とすることが好ましい。例えば、発振波長λが410nmの発光素子において、光反射層をSiO2/Nb25から構成する場合、40nm乃至70nm程度を例示することができる。積層数は、2以上、好ましくは5乃至20程度を例示することができる。光反射層全体の厚さとして、例えば、0.6μm乃至1.7μm程度を例示することができる。
光反射層は、素子領域を覆う限り、大きさ及び形状は特に限定されない。素子領域、第1光反射層、第2光反射層、電流狭窄層に設けられた開口の平面形状として、同様に、具体的には、円形、楕円形、矩形、多角形(三角形、四角形、六角形等)を挙げることができる。また、第1電極の平面形状として環状を挙げることができる。素子領域、第1光反射層、第2光反射層、流狭窄層に設けられた開口の平面形状、環状の第1電極の内側環部の平面形状は、相似形であることが望ましい。円形の場合、直径2μm乃至70μm程度であることが好ましい。
光反射層は、周知の方法に基づき形成することができ、具体的には、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ECRプラズマスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法等のPVD法;各種CVD法;スプレー法、スピンコート法、ディップ法等の塗布法;これらの方法の2種以上を組み合わせる方法;これらの方法と、全体又は部分的な前処理、不活性ガス(Ar、He、Xe等)又はプラズマの照射、酸素ガスやオゾンガス、プラズマの照射、酸化処理(熱処理)、露光処理のいずれか1種以上とを組み合わせる方法等を挙げることができる。
また、積層構造体の側面や露出面を絶縁膜で被覆してもよい。絶縁膜の形成は、周知の方法に基づき行うことができる。絶縁膜を構成する材料の屈折率は、積層構造体を構成する材料の屈折率よりも小さいことが好ましい。絶縁膜を構成する材料として、SiO2を含むSiOX系材料、SiNY系材料、SiOXY系材料、Ta25、ZrO2、AlN、Al23、Ga23を例示することができるし、あるいは又、ポリイミド樹脂等の有機材料を挙げることもできる。絶縁膜の形成方法として、例えば真空蒸着法やスパッタリング法といったPVD法、あるいは、CVD法を挙げることができるし、塗布法に基づき形成することもできる。
実施例1は、本開示の第1の態様及び第2の態様に係る発光素子、本開示の第1の態様及び第2の態様に係る発光素子の製造方法に関する。
模式的な一部端面図を図1Aに示す実施例1の発光素子は、
(A)GaN系化合物半導体から成り、第1面21a、及び、第1面21aと対向する第2面21bを有する第1化合物半導体層21、
GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層21の第2面21bと接する活性層(発光層)23、及び、
GaN系化合物半導体から成り、第1面22a、及び、第1面22aと対向する第2面22bを有し、第1面22aが活性層23と接する第2化合物半導体層22、
が積層されて成る積層構造体20、
(B)第1化合物半導体層21の第1面21a上に形成された第1電極31、及び、第1化合物半導体層21の第1面21a上に形成された多層膜から成る第1光反射層41、並びに、
(C)第2化合物半導体層22の第2面22b上に形成された第2電極32及び多層膜から成る第2光反射層42、
を備えている。
実施例1の発光素子は、具体的には、第1化合物半導体層21の頂面から第1光反射層41を介して光を出射する面発光レーザ素子(垂直共振器レーザ、VCSEL)から成る。
そして、第1化合物半導体層21の第1面21aは、平坦領域21A、及び、平坦領域21Aよりも粗い粗面領域21Bを有しており、第1光反射層41は、少なくとも平坦領域21Aに形成されており、第1電極31は、少なくとも粗面領域21Bに形成されている。ここで、粗面領域21Bは平坦領域21Aを囲んでいる。
あるいは又、第1化合物半導体層21の第1面21aには、段差部21Cが形成されており、少なくとも段差部21Cの内側21Dには、第1光反射層41が形成されており、少なくとも段差部21Cの外側21Eには、第1電極31が形成されている。ここで、段差部21Cは単純閉曲線から構成されている。また、第1光反射層41は、第1化合物半導体層21の第1面21aの凸部に形成されており、第1電極31は、第1化合物半導体層21の第1面21aの凹部に形成されている。段差部21Cの高さは、第1化合物半導体層21の厚さ未満であるし、段差部21Cの高さは、1×10-8m以上、1×10-5m以下、具体的には、例えば、2×10-6mである。また、第1光反射層41から第2光反射層42まで距離は、0.15μm以上、50μm以下であり、具体的には、例えば、10μmである。
実施例1の発光素子においては、第2電極32と第2化合物半導体層22との間に、SiO2といった絶縁材料から成る電流狭窄層24が形成されている。電流狭窄層24には円形の開口24Aが形成されており、この開口24Aの底部に第2化合物半導体層22が露出している。第2電極32は、第2化合物半導体層22の第2面22b上から電流狭窄層24上に亙り形成されており、第2光反射層42は第2電極32上に形成されている。更には、第2電極32の縁部の上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するためのパッド電極33が接続されている。素子領域の平面形状は円形であり、第1光反射層41、第2光反射層42、電流狭窄層24に設けられた開口24Aの平面形状も円形である。一方、第1電極31の平面形状は環状(リング状)である。尚、第1光反射層41及び第2光反射層42は多層構造を有するが、図面の簡素化のため、1層で表している。尚、電流狭窄層24の形成は、必須ではない。
実施例1の発光素子にあっては、第1光反射層41と第1電極31とは離間しており、即ち、オフセットを有しており、離間距離は1mm以内、具体的には、例えば、平均0.05mmである。
実施例1の発光素子において、第2光反射層42は、金(Au)層あるいは錫(Sn)を含む半田層から成る接合層25を介して、シリコン半導体基板から構成された支持基板26に半田接合法に基づき固定されている。
そして、実施例1の発光素子にあっては、活性層23において生成した光は、第1光反射層41を介して外部に出射される。第1化合物半導体層21の第1面21aと接する第1光反射層41の部分(第2光反射層42と対向する第1光反射層41の部分)の面積をS1、第2化合物半導体層22の第2面に対向する第2光反射層42の部分(第1光反射層41と対向する第2光反射層42の部分)の面積をS2としたとき、
1>S2
を満足する。
第1化合物半導体層21はn−GaN層から成り、活性層23はIn0.04Ga0.96N層(障壁層)とIn0.16Ga0.84N層(井戸層)とが積層された5重の多重量子井戸構から成り、第2化合物半導体層22はp−GaN層から成る。また、第1電極31はTi/Pt/Auから成り、第2電極32は、透明導電性材料、具体的には、ITOから成り、パッド電極33はTi/Pd/Au又はTi/Pd/Auから成り、第1光反射層41及び第2光反射層42は、SiN層とSiO2層の積層構造(誘電体膜の積層総数:20層)から成る。
以下、積層構造体等の模式的な一部端面図である図12A、図12B、図12C、図13A、図13B、図14を参照して、実施例1の発光素子の製造方法を説明する。
[工程−100]
先ず、GaN基板から成る発光素子製造用基板11上に、GaN系化合物半導体から成り、第1面21a、及び、第1面21aと対向する第2面を有する第1化合物半導体層21、GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層21の第2面21bと接する活性層23、及び、GaN系化合物半導体から成り、第1面22a、及び、第1面22aと対向する第2面22bを有し、第1面22aが活性層23と接する第2化合物半導体層22が積層されて成る積層構造体20を、周知のMOCVD法に基づき形成する。次いで、第2化合物半導体層22の上に、周知の方法に基づき、開口24Aを有する電流狭窄層24を形成する。こうして、図12Aに示す構造を得ることができる。
[工程−110]
次に、第2化合物半導体層22の第2面22b上に第2電極32及び多層膜から成る第2光反射層42を形成する。具体的には、例えば、リフトオフ法に基づき、第2化合物半導体層22の第2面22bの上から電流狭窄層24の上に亙り、第2電極32を形成し、更に、第2電極32の上から電流狭窄層24の上に亙り、周知の方法に基づきパッド電極33を形成する。こうして、図12Bに示す構造を得ることができる。その後、第2電極32の上からパッド電極33の上に亙り、周知の方法に基づき第2光反射層42を形成する。こうして、図12Cに示す構造を得ることができる。
[工程−120]
その後、第2光反射層42を、接合層25を介して支持基板26に固定する。こうして、図13Aに示す構造を得ることができる。
[工程−130]
次いで、発光素子製造用基板11を除去して、第1化合物半導体層21の第1面21aを露出させる。具体的には、先ず、機械研磨法に基づき、発光素子製造用基板11の厚さを薄くし、次いで、CMP法に基づき、発光素子製造用基板11の残部を除去し、更に、露出した第1化合物半導体層21を厚さ方向に部分的に除去し、第1化合物半導体層21の第1面21aに対する鏡面仕上げ処理を行う。こうして、図13Bに示す構造を得ることができる。
[工程−140]
その後、第1化合物半導体層21の第1面21aに粗面領域21Bを形成し、少なくとも、粗面領域21Bによって囲まれた第1化合物半導体層21の第1面21aの部分である平坦領域21Aに多層膜から成る第1光反射層41を形成し、少なくとも粗面領域21Bに第1電極31を形成する。あるいは又、その後、第1化合物半導体層21の第1面21aに段差部21Cを形成し、少なくとも段差部21Cの内側21Dに多層膜から成る第1光反射層41を形成し、少なくとも段差部21Cの外側21Eに第1電極31を形成する。
具体的には、平坦領域21Aとすべき第1化合物半導体層21の領域、あるいは、段差部21Cの内側21Dに相当する第1化合物半導体層21の領域の上に、周知の方法に基づき、エッチング用レジスト層を形成した後、露出した第1化合物半導体層21の領域を、RIE法に基づきエッチングすることで、粗面領域21Bを形成し、あるいは又、段差部21Cを形成する。こうして、図14に示す構造を得ることができる。
ここで、平坦領域21Aの表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、粗面領域21Bの表面粗さRaの値は、平坦領域21Aの表面粗さRaの値を超える。具体的には、平坦領域21Aの表面粗さRaの値は0.2nmであり、粗面領域21Bの表面粗さRaの値は3.1nmであった。RIE法に基づきエッチングする前の第1化合物半導体層21の状態、エッチングした後の第1化合物半導体層21の状態をAFMによって観察した。その結果を、図15A(エッチング前)及び図15B(エッチング後)に示し、表面粗さRaの分析結果を図16A(エッチング前)及び図16B(エッチング後)に示す。
また、平坦領域21Aにおける接触抵抗値をR1、粗面領域21Bにおける接触抵抗値をR2としたとき、
2/R1≦1
を満足する。具体的には、平坦領域21AにおけるIVカーブはショットキー型であり、粗面領域21BにおけるIVカーブはオーミック型であった。
次いで、第1化合物半導体層21の平坦領域21A、あるいは、段差部21Cの内側21Dに、周知の方法に基づき第1光反射層41を形成する。その後、第1化合物半導体層21の粗面領域21B、あるいは、段差部21Cの外側21Eに、周知の方法に基づき第1電極31を形成する。こうして、図1Aに示す構造を有する実施例1の発光素子を得ることができる。
第1化合物半導体層21の第1面21aにおける粗面領域21B(段差部21C)の形成、第1光反射層41の形成、第1電極31の形成の順序は、第1光反射層41の形成、第1化合物半導体層21の第1面21aにおける粗面領域21B(段差部21C)の形成、第1電極の形成41といった、以上に説明した順序に限定されず、
第1光反射層41の形成、第1化合物半導体層21の第1面21aにおける粗面領域21B(段差部21C)の形成、第1電極31の形成の順
としてもよいし、
第1化合物半導体層21の第1面21aにおける粗面領域21B(段差部21C)の形成、第1電極31の形成、第1光反射層41の形成の順
としてもよい。また、第1光反射層層41を、[工程−140]におけるエッチング用レジスト層の代わりとすることもできる。
[工程−150]
その後、所謂素子分離を行うことで発光素子を分離し、積層構造体の側面や露出面を、例えば、SiO2から成る絶縁膜で被覆する。その後、第1電極31やパッド電極33を外部の回路等に接続するために端子等を周知の方法に基づき形成し、パッケージや封止することで、実施例1の発光素子を完成させる。
実施例1の発光素子において、第1化合物半導体層の第1面は平坦領域及び粗面領域を有しており、第1光反射層が少なくとも平坦領域に形成されており、第1電極が少なくとも粗面領域に形成されている。あるいは又、第1化合物半導体層の第1面には段差部が形成されており、少なくとも段差部の内側には第1光反射層が形成されており、少なくとも段差部の外側には第1電極が形成されている。それ故、第1化合物半導体層表面での光の散乱を最小限に抑えることができ、しかも、第1化合物半導体層と第1電極との間の接触抵抗の上昇を抑制することができる。
また、実施例1の発光素子の製造方法にあっては、発光素子製造用基板を除去して第1化合物半導体層の第1面を露出させた後、第1化合物半導体層の第1面に粗面領域を形成し、少なくとも、粗面領域によって囲まれた第1化合物半導体層の第1面の部分である平坦領域に、多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも粗面領域に第1電極を形成する。あるいは又、発光素子製造用基板を除去して第1化合物半導体層の第1面を露出させた後、第1化合物半導体層の第1面に段差部を形成し、少なくとも段差部の内側に多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも段差部の外側に第1電極を形成するが、段差部の内側に位置する第1化合物半導体層の第1面の領域は平坦な状態が保持され、段差部の外側に位置する第1化合物半導体層の第1面の領域は、段差部の形成によって粗面化される。それ故、第1化合物半導体層表面での光の散乱を最小限に抑えることができ、しかも、第1化合物半導体層と第1電極との間の接触抵抗の上昇を抑制することができる。
図1Aに示した発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの全てを占めており、第1電極31の端部は段差部21Cから離間している。一方、図1Bに示す発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの全てを占めており、第1電極31の端部は段差部21Cと接している。また、図2A及び図2Bに示す発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの一部を占めている。そして、第1電極31の端部は段差部21Cから離間しており(図2A参照)、あるいは又、第1電極31の端部は段差部21Cと接している(図2B参照)。
図3Aに示す発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの全てを占めており、第1電極31の端部は、段差部21Cから第1光反射層41の縁部の上に亙り形成されている。即ち、第1光反射層41と第1電極31とは接している。また、図3B及び図4Aに示す発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの一部を占めている。そして、第1電極31は、段差部21Cから平坦領域21Aの縁部まで延在しており(図3B参照)、第1光反射層41と第1電極31とは接している。あるいは又、第1電極31は、段差部21Cから平坦領域21Aの縁部、更には、第1光反射層41の縁部の上まで延在しており(図4A参照)、第1光反射層41と第1電極31とは接している。第1電極31が第1光反射層41の縁部の上まで延在している場合、第1電極31には、レーザ発振の基本モード光を出来る限り吸収しないような開口部31A、例えば、直径5μm乃至50μmの開口部31Aが形成されている。以下の説明においても同様である。
図4B、図5A、図5B、図6A、図6Bに示す発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの全てを占めており、更に、粗面領域21Bあるいは段差部21Cの外側21Eにまで延在している。そして、第1電極31の端部は第1光反射層41から離間している(図4B参照)。あるいは又、第1電極31の端部は第1光反射層41と接している(図5A参照)。あるいは又、第1光反射層41は第1電極31の端部の上に形成されており、第1電極31は段差部21Cと接している(図5B参照)。あるいは又、第1光反射層41は第1電極31の端部の上に形成されており、第1電極31は段差部21Cと離間している(図6A参照)。あるいは又、第1電極31は、第1光反射層41の縁部の上まで延在している(図6B参照)。
実施例2は、実施例1の変形である。実施例2の発光素子において、第1光反射層41は、第1化合物半導体層21の第1面21aの凹部に形成されており、第1電極31は、第1化合物半導体層21の第1面21aの凸部に形成されている。
図7A及び図7Bに示す発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの一部を占めており、第1電極31の端部は段差部21Cから離間しており(図7A参照)、あるいは又、第1電極31の端部は段差部21Cまで延びている(図7B参照)。図8A、図8B、図9Aに示す発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの全てを占めており、第1電極31の端部は段差部21Cから離間している(図8A参照)。あるいは又、第1電極31の端部は段差部21Cまで延びており、第1電極31の端部は第1光反射層41と接している(図8B参照)。あるいは又、第1電極31の端部は第1光反射層41の縁部の上まで延在している(図9A参照)。
図9B、図10A、図10B、図11A、図11Bに示す発光素子の例では、第1光反射層41は、平坦領域21Aあるいは段差部21Cの内側21Dの全てを占めており、更に、粗面領域21Bあるいは段差部21Cの外側21Eにまで延在している。そして、第1電極31は第1光反射層41と離間して形成されている(図9B参照)。あるいは又、第1電極31は第1光反射層41と接している(図10A参照)。あるいは又、第1光反射層41は第1電極31の上に延在しており、第1電極31の端部は段差部21Cまで延びている(図10B参照)。あるいは又、第1光反射層41は第1電極31の上に延在しており、第1電極31の端部は段差部21Cと離間している(図11A参照)。あるいは又、第1電極31は、第1光反射層41の縁部の上まで延在している(図11B参照)。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した発光素子の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができるし、実施例の発光素子の製造方法も、適宜、変更することができる。場合によっては、接合層や支持基板を適切に選択することで、第2化合物半導体層の頂面から第2光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子とすることができる。あるいは又、[工程−140]において、第1光反射層及び第1電極を形成した後、支持基板を除去することで、第2化合物半導体層の頂面から第2光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子を完成させることもできるし、あるいは又、[工程−140]の後、第1光反射層を第2の支持基板に固定し、その後、支持基板を除去して第2光反射層を露出させることで、第2化合物半導体層の頂面から第2光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子を完成させることもできる。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
[A01]《発光素子・・・第1の態様》
(A)GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
が積層されて成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層の第1面上に形成された第1電極、及び、第1化合物半導体層の第1面上に形成された多層膜から成る第1光反射層、並びに、
(C)第2化合物半導体層の第2面上に形成された第2電極及び多層膜から成る第2光反射層、
を備えており、
第1化合物半導体層の第1面は、平坦領域、及び、平坦領域よりも粗い粗面領域を有しており、
第1光反射層は、少なくとも平坦領域に形成されており、
第1電極は、少なくとも粗面領域に形成されている発光素子。
[A02]粗面領域は平坦領域を囲んでいる[A01]に記載の発光素子。
[A03]平坦領域の表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、粗面領域の表面粗さRaの値は平坦領域の表面粗さRaの値を超える[A01]又は[A02]に記載の発光素子。
[A04]平坦領域における接触抵抗値をR1、粗面領域における接触抵抗値をR2としたとき、
2/R1≦1
を満足する[A01]乃至[A03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A05]第1光反射層と第1電極とは接している[A01]乃至[A04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A06]第1光反射層と第1電極とは離間しており、離間距離は1mm以内である[A01]乃至[A04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A07]第1光反射層から第2光反射層まで距離は、0.15μm以上、50μm以下である[A01]乃至[A06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A08]第2光反射層は支持基板に固定されている[A01]乃至[A07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A09]活性層において生成した光は、第1光反射層を介して外部に出射される[A01]乃至[A08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A10]第1化合物半導体層の第1面と接する第1光反射層の部分の面積をS1、第2化合物半導体層の第2面に対向する第2光反射層の部分の面積をS2としたとき、
1>S2
を満足する[A09]に記載の発光素子。
[A11]第1電極は、金属又は合金から成る[A01]乃至[A10]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A12]第2電極は、透明導電材料から成る[A01]乃至[A11]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A13]面発光レーザ素子から成る[A01]乃至[A12]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B01]《発光素子・・・第2の態様》
(A)GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
が積層されて成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層の第1面上に形成された第1電極、及び、第1化合物半導体層の第1面上に形成された多層膜から成る第1光反射層、並びに、
(C)第2化合物半導体層の第2面上に形成された第2電極及び多層膜から成る第2光反射層、
を備えており、
第1化合物半導体層の第1面には、段差部が形成されており、
少なくとも段差部の内側には、第1光反射層が形成されており、
少なくとも段差部の外側には、第1電極が形成されている発光素子。
[B02]段差部は単純閉曲線から構成されている[B01]に記載の発光素子。
[B03]第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面の凸部に形成されており、
第1電極は、第1化合物半導体層の第1面の凹部に形成されている[B01]又は[B02]に記載の発光素子。
[B04]第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面の凹部に形成されており、
第1電極は、第1化合物半導体層の第1面の凸部に形成されている[B01]又は[B02]に記載の発光素子。
[B05]段差部の高さは、第1化合物半導体層の厚さ未満である[B01]乃至[B04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B06]段差部の高さは、1×10-8m以上、1×10-5m以下である[B01]乃至[B04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B07]段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、段差部の外側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値は、段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値を超える[B01]乃至[B06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B08]段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の接触抵抗値をR1、段差部の外側における第1化合物半導体層の第1面の接触抵抗値をR2としたとき、
2/R1≦1
を満足する[B01]乃至[B07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B09]第1光反射層と第1電極とは接している[B01]乃至[B08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B10]第1光反射層と第1電極とは離間しており、離間距離は1mm以内である[B01]乃至[B08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B11]第1光反射層から第2光反射層まで距離は、0.15μm以上、50μm以下である[B01]乃至[B10]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B12]第2光反射層は支持基板に固定されている[B01]乃至[B11]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B13]活性層において生成した光は、第1光反射層を介して外部に出射される[B01]乃至[B12]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B14]第1化合物半導体層の第1面と接する第1光反射層の部分の面積をS1、第2化合物半導体層の第2面に対向する第2光反射層の部分の面積をS2としたとき、
1>S2
を満足する[B13]に記載の発光素子。
[B15]第1電極は、金属又は合金から成る[B01]乃至[B14]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B16]第2電極は、透明導電材料から成る[B01]乃至[B15]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B17]面発光レーザ素子から成る[B01]乃至[B16]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C01]《発光素子の製造方法・・・第1の態様》
(a)発光素子製造用基板上に、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
が積層されて成る積層構造体を形成した後、
(b)第2化合物半導体層の第2面上に第2電極及び多層膜から成る第2光反射層を形成し、次いで、
(c)第2光反射層を支持基板に固定した後、
(d)発光素子製造用基板を除去して、第1化合物半導体層の第1面を露出させ、次いで、
(e)第1化合物半導体層の第1面に粗面領域を形成し、少なくとも、粗面領域によって囲まれた第1化合物半導体層の第1面の部分である平坦領域に、多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも粗面領域に第1電極を形成する、
各工程を備えている発光素子の製造方法。
[C02]前記工程(d)における第1化合物半導体層の第1面の露出を、化学的/機械的研磨法に基づき行い、
前記工程(e)における粗面領域の形成を、反応性イオンエッチング法に基づき形成する[C01]に記載の発光素子の製造方法。
[C03]平坦領域の表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、粗面領域の表面粗さRaの値は平坦領域の表面粗さRaの値を超える[C01]又は[C02]に記載の発光素子の製造方法。
[C04]平坦領域における接触抵抗値をR1、粗面領域における接触抵抗値をR2としたとき、
2/R1≦1
を満足する[C01]乃至[C03]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[C05]第1光反射層と第1電極とは接している[C01]乃至[C04]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[C06]第1光反射層と第1電極とは離間しており、離間距離は1mm以内である[C01]乃至[C04]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[C07]第1光反射層から第2光反射層まで距離は、0.15μm以上、50μm以下である[C01]乃至[C06]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[C08]活性層において生成した光は、第1光反射層を介して外部に出射される[C01]乃至[C07]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[C09]第1化合物半導体層の第1面と接する第1光反射層の部分の面積をS1、第2化合物半導体層の第2面に対向する第2光反射層の部分の面積をS2としたとき、
1>S2
を満足する[C08]に記載の発光素子の製造方法。
[C10]第1電極は、金属又は合金から成る[C01]乃至[C09]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[C11]第2電極は、透明導電材料から成る[C01]乃至[C10]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[C12]面発光レーザ素子から成る[C01]乃至[C11]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D01]《発光素子の製造方法・・・第2の態様》
(a)発光素子製造用基板上に、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
が積層されて成る積層構造体を形成した後、
(b)第2化合物半導体層の第2面上に第2電極及び多層膜から成る第2光反射層を形成し、次いで、
(c)第2光反射層を支持基板に固定した後、
(d)発光素子製造用基板を除去して、第1化合物半導体層の第1面を露出させ、次いで、
(e)第1化合物半導体層の第1面に段差部を形成し、少なくとも段差部の内側に多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも段差部の外側に第1電極を形成する、
各工程を備えている発光素子の製造方法。
[D02]前記工程(d)における第1化合物半導体層の第1面の露出を、化学的/機械的研磨法に基づき行い、
前記工程(e)における段差部の形成を、反応性イオンエッチング法に基づき形成する[D01]に記載の発光素子の製造方法。
[D03]段差部は単純閉曲線から構成されている[D01]又は[D02]に記載の発光素子の製造方法。
[D04]第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面の凸部に形成されており、
第1電極は、第1化合物半導体層の第1面の凹部に形成されている[D01]乃至[D03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D05]第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面の凹部に形成されており、
第1電極は、第1化合物半導体層の第1面の凸部に形成されている[D01]乃至[D03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D06]段差部の高さは、第1化合物半導体層の厚さ未満である[D01]乃至[D05]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D07]段差部の高さは、1×10-8m以上、1×10-5m以下である[D01]乃至又求項C04のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D08]段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、段差部の外側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値は、段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値を超える[D01]乃至[D07]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D09]段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の接触抵抗値をR1、段差部の外側における第1化合物半導体層の第1面の接触抵抗値をR2としたとき、
2/R1≦1
を満足する[D01]乃至[D08]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D10]第1光反射層と第1電極とは接している[D01]乃至[D09]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D11]第1光反射層と第1電極とは離間しており、離間距離は1mm以内である[D01]乃至[D09]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D12]第1光反射層から第2光反射層まで距離は、0.15μm以上、50μm以下である[D01]乃至[D11]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D13]活性層において生成した光は、第1光反射層を介して外部に出射される[D01]乃至[D12]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D14]第1化合物半導体層の第1面と接する第1光反射層の部分の面積をS1、第2化合物半導体層の第2面に対向する第2光反射層の部分の面積をS2としたとき、
1>S2
を満足する[D13]に記載の発光素子の製造方法。
[D15]第1電極は、金属又は合金から成る[D01]乃至[D14]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D16]第2電極は、透明導電材料から成る[D01]乃至[D15]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
[D17]面発光レーザ素子から成る[D01]乃至[D16]のいずれか1項に記載の発光素子の製造方法。
11・・・発光素子製造用基板、20・・・積層構造体、21・・・第1化合物半導体層、21a・・・第1化合物半導体層の第1面、21b・・・第1化合物半導体層の第2面、21A・・・平坦領域、21B・・・粗面領域、21C・・・段差部、21D・・・段差部の内側、21E・・・段差部の外側、22・・・第2化合物半導体層、22a・・・第2化合物半導体層の第1面、22b・・・第2化合物半導体層の第2面、23・・・活性層(発光層)、24・・・電流狭窄層、24A・・・電流狭窄層に設けられた開口、25・・・接合層、26・・・支持基板、31・・・第1電極、32・・・第2電極、33・・・パッド電極、41・・・第1光反射層、42・・・第2光反射層

Claims (20)

  1. (A)GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
    GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
    GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
    が積層されて成る積層構造体、
    (B)第1化合物半導体層の第1面上に形成された第1電極、及び、第1化合物半導体層の第1面上に形成された多層膜から成る第1光反射層、並びに、
    (C)第2化合物半導体層の第2面上に形成された第2電極及び多層膜から成る第2光反射層、
    を備えており、
    第1化合物半導体層の第1面は、平坦領域、及び、平坦領域よりも粗い粗面領域を有しており、
    第1光反射層は、少なくとも平坦領域に形成されており、
    第1電極は、少なくとも粗面領域に形成されている発光素子。
  2. 粗面領域は平坦領域を囲んでいる請求項1に記載の発光素子。
  3. 平坦領域の表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、粗面領域の表面粗さRaの値は平坦領域の表面粗さRaの値を超える請求項1に記載の発光素子。
  4. 平坦領域における接触抵抗値をR1、粗面領域における接触抵抗値をR2としたとき、
    2/R1≦1
    を満足する請求項1に記載の発光素子。
  5. (A)GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
    GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
    GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
    が積層されて成る積層構造体、
    (B)第1化合物半導体層の第1面上に形成された第1電極、及び、第1化合物半導体層の第1面上に形成された多層膜から成る第1光反射層、並びに、
    (C)第2化合物半導体層の第2面上に形成された第2電極及び多層膜から成る第2光反射層、
    を備えており、
    第1化合物半導体層の第1面には、段差部が形成されており、
    少なくとも段差部の内側には、第1光反射層が形成されており、
    少なくとも段差部の外側には、第1電極が形成されている発光素子。
  6. 段差部は単純閉曲線から構成されている請求項5に記載の発光素子。
  7. 第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面の凸部に形成されており、
    第1電極は、第1化合物半導体層の第1面の凹部に形成されている請求項5に記載の発光素子。
  8. 第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面の凹部に形成されており、
    第1電極は、第1化合物半導体層の第1面の凸部に形成されている請求項5に記載の発光素子。
  9. 段差部の高さは、第1化合物半導体層の厚さ未満である請求項5に記載の発光素子。
  10. 段差部の高さは、1×10-8m以上、1×10-5m以下である請求項5に記載の発光素子。
  11. 段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値は3×10-9m以下であり、段差部の外側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値は、段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の表面粗さRaの値を超える請求項5に記載の発光素子。
  12. 段差部の内側における第1化合物半導体層の第1面の接触抵抗値をR1、段差部の外側における第1化合物半導体層の第1面の接触抵抗値をR2としたとき、
    2/R1≦1
    を満足する請求項5に記載の発光素子。
  13. 第1光反射層と第1電極とは接している請求項1又は請求項5に記載の発光素子。
  14. 第1光反射層と第1電極とは離間しており、離間距離は1mm以内である請求項1又は請求項5に記載の発光素子。
  15. 第1光反射層から第2光反射層まで距離は、0.15μm以上、50μm以下である請求項1又は請求項5に記載の発光素子。
  16. 第2光反射層は支持基板に固定されている請求項1又は請求項5に記載の発光素子。
  17. 活性層において生成した光は、第1光反射層を介して外部に出射される請求項1又は請求項5に記載の発光素子。
  18. 第1化合物半導体層の第1面と接する第1光反射層の部分の面積をS1、第2化合物半導体層の第2面に対向する第2光反射層の部分の面積をS2としたとき、
    1>S2
    を満足する請求項17に記載の発光素子。
  19. (a)発光素子製造用基板上に、
    GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
    GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
    GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
    が積層されて成る積層構造体を形成した後、
    (b)第2化合物半導体層の第2面上に第2電極及び多層膜から成る第2光反射層を形成し、次いで、
    (c)第2光反射層を支持基板に固定した後、
    (d)発光素子製造用基板を除去して、第1化合物半導体層の第1面を露出させ、次いで、
    (e)第1化合物半導体層の第1面に粗面領域を形成し、少なくとも、粗面領域によって囲まれた第1化合物半導体層の第1面の部分である平坦領域に、多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも粗面領域に第1電極を形成する、
    各工程を備えている発光素子の製造方法。
  20. (a)発光素子製造用基板上に、
    GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
    GaN系化合物半導体から成り、第1化合物半導体層の第2面と接する活性層、及び、
    GaN系化合物半導体から成り、第1面、及び、第1面と対向する第2面を有し、第1面が活性層と接する第2化合物半導体層、
    が積層されて成る積層構造体を形成した後、
    (b)第2化合物半導体層の第2面上に第2電極及び多層膜から成る第2光反射層を形成し、次いで、
    (c)第2光反射層を支持基板に固定した後、
    (d)発光素子製造用基板を除去して、第1化合物半導体層の第1面を露出させ、次いで、
    (e)第1化合物半導体層の第1面に段差部を形成し、少なくとも段差部の内側に多層膜から成る第1光反射層を形成し、少なくとも段差部の外側に第1電極を形成する、
    各工程を備えている発光素子の製造方法。
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