JP2021153123A - 紫外光発光素子及び紫外光発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸構造による光取り出し効率を維持しつつ、安定に組み立てが可能な紫外光発光素子及び紫外光発光装置を提供する。【解決手段】紫外光発光素子１００は、第１主面と、第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する基板１０と、基板の第１主面上に設けられた第１導電型の第１窒化物半導体層２０と、第１窒化物半導体層上の一部に設けられた窒化物半導体発光層３０及び第２導電型の第２窒化物半導体層４０と、第１窒化物半導体層上の一部に設けられた第１電極部５０と、第２窒化物半導体層上の少なくとも一部に設けられた第２電極部６０と、基板の第２主面上に設けられた第１凸部７０及び少なくとも３つの第２凸部８０と、を備える。第１凸部は第２凸部よりも高さが低く、第２凸部の頂部の形状が平面である。２つの第２凸部同士を結ぶ直線上から外れた位置に少なくとも１つの第２凸部が存在する。【選択図】図１

Description

本発明は、紫外光発光素子、及び紫外光発光装置に関する。

紫外光発光素子は、小型、低消費電力の特徴を生かして様々な分野で応用されている。特許文献１に開示されている通り、一般に紫外光発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを有する積層部を備える。この紫外光発光素子は、ｎ型窒化物半導体層上の一方の電極部と、ｐ型窒化物半導体層上の他方の電極部とを介して供給された電力によって発光層から紫外光が発光される。

一般的に紫外光発光素子で用いられる半導体材料は高い屈折率を有しているため、発光層から生成された紫外光は、発光面と空気との屈折率差によって、発光面と空気との界面で全反射され紫外光発光素子の内部へと吸収される。紫外光は上記界面から素子外部へと出てこないため、光取り出し効率が低いという課題がある。

この課題を解決するために素子表面や裏面を加工する手法が広く用いられる。例えば特許文献２には六方ピラミッドキャビティが設けられるように窒化物半導体層の成膜を行うことで、半導体表面に凹凸構造を形成する手法が記載されている。

また、基板の裏面に屈折率が基板より小さい膜を形成させる手法も用いられる。例えば特許文献３には半導体発光素子の基板の裏面に薄膜を塗布することによって光取り出し効率を高める手法が記載されている。

国際公開２０１２／１４４０４６号パンフレット 特開２００５−２７７４２３号公報 特表２０１０−５１０６７１号公報

半導体発光素子に凹凸構造を形成して光取り出し効率を向上させる場合、この凹凸形状がサブマウントへの組み立て接合の際に破壊され、光取り出し効率が悪化する課題がある。また、この凹凸形状によって組み立ての際に素子自体に傾きが生じてしまい、組み立てズレが生じて不良が発生する課題がある。そこでこの発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、凹凸構造による光取り出し効率を維持しつつ、安定に組み立てが可能な紫外光発光素子及び紫外光発光装置を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の紫外光発光素子及び紫外光発光装置により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明の第１の態様は、第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する基板と、前記基板の第１主面上に設けられた第１導電型の第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層上の一部に設けられた窒化物半導体発光層及び第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層上の一部に設けられた第１電極部と、前記第２窒化物半導体層上の少なくとも一部に設けられた第２電極部と、前記基板の第２主面上に設けられた第１凸部及び少なくとも３つの第２凸部と、を備え、前記第１凸部は前記第２凸部よりも高さが低く、前記第２凸部の頂部の形状が平面であり、２つの前記第２凸部同士を結ぶ直線上から外れた位置に少なくとも１つの前記第２凸部が存在する、紫外光発光素子である。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様の紫外光発光素子と、前記紫外光発光素子と電気的に接続されたサブマウントと、を備える紫外光発光装置である。

本発明の一態様によれば、凹凸構造による光取り出し効率を維持しつつ、安定に組み立てが可能な紫外光発光素子及び紫外光発光装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る紫外光発光素子の構成例を模式的に示す断面図である。 図２は、基板の第２主面における第２凸部の配置例を模式的に示す図である。 図３は、側面が（１０−１−１）面から構成される角錐形の第１凸部を示す模式図である。 図４は、本発明の実施形態に係る紫外光発光素子と、紫外光発光素子と電気的に接続されたサブマウントとを備える紫外光発光装置の構成例を示す模式図である。 図５は、実施例１に係る半導体発光素子を基板の第２主面側から見た模式図である。 図６は、実施例１に係る電子線走査顕微鏡像であって、サブマウントとの接合を行った後の紫外光発光装置の第１凸部を示す写真図である。 図７は、比較例１に係る電子線走査顕微鏡像であって、サブマウントとの接合を行った後の紫外光発光装置の第１凸部を示す写真図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

＜紫外光発光素子＞
本実施形態の紫外光発光素子は、第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する基板と、基板の第１主面上に設けられた第１導電型の第１窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層上の一部に設けられた窒化物半導体発光層及び第２導電型の第２窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層上の一部に設けられた第１電極部と、第２窒化物半導体上の少なくとも一部に設けられた第２電極部と、基板の第２主面上に設けられた第１凸部及び少なくとも３つの第２凸部と、を備える。第１凸部は第２凸部よりも高さが低く、第２凸部の頂部の形状が平面である。また、２つの第２凸部同士を結ぶ直線上から外れた位置に少なくとも１つの第２凸部が存在する、すなわち、全ての第２凸部は一直線上に存在しない。

図１は、本発明の実施形態に係る紫外光発光素子１００の構成例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、紫外光発光素子１００は、基板１０の第１主面上に設けられた第１導電型の第１窒化物半導体層２０と、第１窒化物半導体層２０上の一部に設けられた発光層３０及び第２導電型の第２窒化物半導体層４０と、第１導電型の第１窒化物半導体層２０上の一部に設けられた第１電極部５０と、第２導電型の第２窒化物半導体層４０上の一部に設けられた第２電極部６０と、基板１０の第２主面（第１主面の反対側の面）上に設けられた複数の第１凸部７０と、基板１０の第２主面上に設けられた第１凸部７０及び少なくとも３つの第２凸部８０と、を備える。第１凸部７０は第２凸部８０よりも高さが低く、第２凸部８０の頂部の形状が平面である。例えば、第２凸部８０の頂部は、基板１０の第２主面に略平行な面である。また、２つの第２凸部８０同士を結ぶ直線（仮想線）上から外れた位置に、少なくとも１つの第２凸部８０が存在する。すなわち、全ての第２凸部８０は一直線上に存在しない。

なお、本発明は図１に示す実施形態において第１導電型の第１窒化物半導体層２０の一部、発光層３０、第２導電型の第２窒化物半導体層４０がメサ構造の横型の紫外光発光素子であるが、本発明はこれに限られない。本発明は、例えば縦型の紫外光発光素子であってもよい。縦型の紫外光発光素子とする場合は、基板１０を剥離した構造とすることが発光効率向上の観点から好ましい。あるいは、基板１０の一部を第１導電型の第１窒化物半導体層２０まで部分的に除去し、露出された第１導電型の第１窒化物半導体層２０に第１電極部５０を形成することでも縦型の紫外光発光素子の実現が可能である。
以下、紫外光発光素子１００を構成する各構成部について、具体例を挙げて説明する。

＜基板＞
基板１０としては、その上に第１導電型の第１窒化物半導体層を形成可能なものであれば特に制限されない。基板１０として、具体的にはサファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶基板等が挙げられる。基板１０の上層側に形成するｎ型窒化物半導体層との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点や、ホールガス発生のための格子歪みを大きくできる観点から、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体をバルクとする単結晶基板や、ある材料上に成長されたＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層（テンプレートとも称される）を基板１０として用いることが好ましい。基板１０は不純物が混入していてもよい。基板１０はＡｌＮ単結晶基板であることが好ましく、基板１０の第１主面はＣ＋面であり、第２主面がＣ−面であることが殊更に好ましい。

基板の第２主面は、第１主面の反対側に位置する面（すなわち、対向する面）である。第１主面と第２主面は平行である。第１主面から見て第１凸部及び第２凸部よりも近い場所に平面がある場合、当該平面が第２主面と定義される。第２主面の全てが第１凸部に覆われている場合、第２主面は、第１主面と平行であって、かつ、第１主面から見て最も近い第１凸部（典型的には他の第１凸部と重ならない第１凸部の側面の最下部）を含む面で定義される。

＜第１導電型の第１窒化物半導体層＞
第１導電型の第１窒化物半導体層２０は、図１に示すように基板１０の第１面上に直接設けられていてもよい。また、第１導電型の第１窒化物半導体層２０以外の層が設けられ、その上に第１導電型の第１窒化物半導体層２０が設けられていてもよい。例えば、基板１０上にバッファ層が設けられ、このバッファ層の上に第１導電型の第１窒化物半導体層２０としてｎ型ＡｌＧａＮ層が設けられ、その上に発光層３０が設けられていてもよい。第１導電型の第１窒化物半導体層２０は、窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。第１導電型の第１窒化物半導体層２０には、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉといった不純物が混入していてもよい。

＜第１電極部、第２電極部＞
本実施形態の窒化物半導体発光素子は、発光層３０に電力を供給するための第１電極部５０、第２電極部６０をさらに備えていてもよい。第１電極部５０、第２電極部６０の各配置については特に制限されないが、積層構造部がメサ型構造の場合、メサ頂部に第１電極部５０及び第２電極部６０の一方を配置し、メサ底部に第１電極部５０及び第２電極部６０の他方を配置する例が挙げられる。また、他には素子上面と下面にそれぞれ第１電極部５０、第２電極部６０（以下、第１電極部５０、第２電極部６０の各々を、単に電極部ともいう）を配置する例などがある。

電極部は例えばＮｉ／Ａｕ合金（典型的には、ｐ型コンタクトに対して使用される）又はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕスタック（典型的には、ｎ型コンタクトに対して使用される）から設けられており、例えばスパッタリング又は蒸着によって設けられている。電極部は紫外光（ＵＶ）反射器も含んでいてよい。ＵＶ反射器は、電極部に向かって発光する光子を再度方向付けする（光子が半導体層構造から逃げることができないように）こと並びに所望の発光面（例えば、底部表面）に向けて光子を再度方向付けることによって、デバイスの活性領域において生成される光子の抽出効率を改善するように設計される。また電極部の材料は導電性の材料、例えば金、ニッケル、アルミ、チタン及びそれらの組み合わせなどでもよい。なお、本発明において、電極部の構成は上記に限定されるものではない。

＜発光層＞
発光層３０は、図１に示すように第１導電型の第１窒化物半導体層２０上に直接設けられていてもよい。また、第１導電型の第１窒化物半導体層２０上に発光層３０以外の層が設けられ、その上に発光層３０が設けられていてもよい。発光層３０の形成位置は特に限定はされない。具体的には、第１導電型の第１窒化物半導体層２０上にアンドープＡｌＧａＮ層が設けられ、その上に発光層３０が設けられていてもよい。発光層３０は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。発光層３０には、Ｎの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂといった他のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉといった不純物が混入していてもよい。

また、発光層３０は、量子井戸構造でも単層構造でもよいが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも１つの井戸構造を有していることが望ましい。また、基板１０はＡｌＮ単結晶であることが特に望ましく、その際、基板１０上に形成する窒化物半導体層の格子整合の観点から、発光層３０から発せられる紫外光の波長範囲は２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが望ましい。

＜第２導電型の第２窒化物半導体層＞
第２導電型の第２窒化物半導体層４０は、図１に示すように発光層３０上に直接設けられていてもよい。また、発光層３０上に第２導電型の第２窒化物半導体層４０以外の層が設けられ、その上に第２導電型の第２窒化物半導体層４０が設けられていてもよい。例えば、発光層３０上に構成元素の比率が連続的又は離散的に変化する傾斜組成層が設けられ、その上に第２導電型の第２窒化物半導体層４０が設けられていてもよい。第２導電型の第２窒化物半導体層４０の形成位置は特に限定はされない。紫外光発光素子１００は、発光層３０と傾斜組成層との間に相対的にバンドギャップの大きいバリア層を更に有していてもよい。また、他の形態では、基板１０上に直接又は間接的に第２導電型の第２窒化物半導体層４０が設けられていてもよい。

＜第１凸部＞
第１凸部７０は、図１に示すように基板１０の第２主面上に直接設けられても良い。また、第１凸部７０は、基板１０の第２主面上に設けられた異なる材質の層の表面に設けられても良い。すなわち、第１凸部７０は、基板１０の第２主面上に、直接又は間接的に設けられていれば良い。第１凸部７０は第２凸部８０よりも高さが低い限りにおいて高低多様な高さで設けられても良い。

図３は、側面が（１０−１−１）面から構成される角錐形の第１凸部を示す模式図である。第１凸部７０は円錐、角錐、半球形、長方形など多様な凸形状・密度により設けられてよい。基板１０がＡｌＮ単結晶である際に、安定した結晶面により物理的耐性、化学的耐性の高い凸形状を実現する観点から、図３に示すように第１凸部７０は側面が（１０−１−１）面からなる角錐形を含むことが好ましい。

第１凸部７０の大きさは特に制限されないが、高さが０．０１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。第１凸部７０の大きさは、倍率２００００倍の電子線走査顕微鏡（ＳＥＭ）で第１凸部７０の表面を観察したときの画像から測定することが可能である。

＜第２凸部＞
第２凸部８０は、図１に示すように基板１０の第２主面に少なくとも３箇所設けられる。第２凸部８０の数は少なくとも３箇所であれば特に制限されず、紫外光の発光を著しく妨げない範囲でその大きさや個数を決めることが出来る。
第２凸部８０の頂部は、組み立て安定性の観点から基板１０の第２主面に略平行であることが好ましい。
また、第２凸部８０の頂部は、組み立ての際の頂部破壊を防ぐために少なくとも５μｍ^２以上の面積を有する平面であることが好ましく、９μｍ^２以上であることがより好ましく、２０μｍ^２以上であることがより更に好ましい。

図２は、基板１０の第２主面における第２凸部８０の配置例を模式的に示す図である。図２（ａ）（ｂ）が本発明の実施形態に係る図であり、図２（ｃ）（ｄ）が比較例に係る図である。図２（ｃ）（ｄ）が示すように全ての第２凸部８０が一直線上に存在する場合、組み立ての際に素子自体の傾きを助長し、組み立て不良を誘発する。したがって、本実施形態に係る紫外光発光素子では、組み立て安定性の観点から図２（ａ）（ｂ）に示すように、全ての第２凸部８０が一線上に存在しない。換言すると、２つの第２凸部８０同士を結ぶ直線上から外れた位置に、少なくとも１つの第２凸部８０が存在する。なお、図１、図２は簡略のために第２凸部を３〜４箇所としているが本発明の第２凸部はこれらの数に限定されるものではない。

＜紫外光発光装置＞
本実施形態に係る紫外光発光装置は、上述した本実施形態の紫外光発光素子と、紫外光発光素子と電気的に接続されたサブマウントと、を備える。組み立て容易性の観点から、紫外光発光素子とサブマウントとがバンプにより電気的に接続されることが好ましい。

＜サブマウント＞
本実施形態に係る紫外光発光装置におけるサブマウントとは、紫外光発光素子に電力を供給するための部材である。
図４は、本実施形態に係る紫外光発光素子１００と、紫外光発光素子１００に電気的に接続されたサブマウント７００とを備える紫外光発光装置の構成例を示す模式図である。
図４に示すように、サブマウント７００はセラミックス（例えば窒化アルミニウム又はアルミナ）製の本体９０と第１電極体９１と第２電極体９２を備えている。第１電極体９１と第２電極体９２は平面視でサブマウント９０を挟んだ両側に隙間を開けて配置されている。
第１電極体９１及び第２電極体９２は金属により設けられており、この金属としては、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｏ及びＲｈのうちの一つ又は複数を含むことが好ましい。

紫外光発光素子１００の第１電極部５０と第２電極部６０は、第１接続体９３及び第２接続体９４により、サブマウント７００にフリップチップ実装されている。第１電極部５０は、第１接続体９３を介して第１電極体９１に電気的に接続されている。第２電極部６０は、第２接続体９４を介して第２電極体９２に電気的に接続されている。熱伝導による放熱性の高さから、第１接続体９３と第２接続体９４は例えば金バンプであることが好ましい。
また、フリップチップ実装により紫外光発光素子１００とサブマウント７００を電気的に接合する方法としては、例えば超音波を用いたＧＧＩ（Ｇｏｌｄ ｔｏ Ｇｏｌｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）法を用いることができる。

＜その他＞
本実施形態の紫外光発光素子は、目的に応じて他の構成を備えていてもよい。一例としては、積層構造部の表面を覆うＳｉＯ_２及び／又はＳｉＮ等からなる保護層や、外部から電力を供給するための金属細線、ＰＫＧ化するための封止樹脂、反射防止膜やレンズ等の光学部材、紫外光発光素子の動作を制御するための回路部やセンサ部等が挙げられる。
本発明の実施形態に係る紫外光発光素子の製造方法は特に制限されないが、後述する紫外光発光素子の製造方法により得ることができる。本発明の紫外光発光素子は、各種の素子に適用可能である。

一例ではあるが、本実施形態の紫外光発光素子における第１凸部は、リソグラフィー法によって基板の第２主面の一部を選択的に覆い、他の一部が選択的に露出されるレジストパターンを形成し、ガスエッチング（基板が窒化アルミニウム単結晶の場合、代表的には塩素ガスによるガスエッチング）やウェットエッチング（基板が窒化アルミニウム単結晶の場合、代表的にはＫＯＨ溶液によるウェットエッチング）などのエッチング法によって基板の第２主面の露出された部分を選択的にエッチングすることで形成できる。その後、レジストパターンを除去することにより、第２凸部が形成される。

本発明の紫外光発光素子は、紫外線ランプが用いられている既存のすべての素子に適用・置換可能である。特に、波長２８０ｎｍ以下の深紫外線を用いている素子に適用可能である。
本発明の紫外光発光素子は、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の素子に適用可能である。
本発明の紫外光発光素子は、薬品や化学物質の合成・分解素子、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌素子、半導体等の洗浄素子、フィルム・ガラス・金属等の表面改質素子、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光素子、印刷・コーティング素子、接着・シール素子、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形素子、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査素子に適用可能である。液体殺菌素子の例としては、冷蔵庫内の自動製氷素子・製氷皿及び貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理素子、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。

気体殺菌素子の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。
固体殺菌素子（表面殺菌素子を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌素子、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。

［実施例１］
昇華法を用いて成長した単結晶ＡｌＮをワイヤーソーなどにより（０００１）面が端面となるようにウエハ状に加工し、Ａｌ面の機械的研削と化学的物理的研磨法による研磨を行うことにより原子レベルで平坦なＡｌ面（Ｃ＋面）を有するＡｌＮ単結晶基板を準備した。
基板を有機金属気相エピタキシー反応器内に導入した後、水素及びアンモニア混合ガスを反応器内に導入し、基板を１１００℃まで加熱した。

続いて、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を導入し、ＡｌＮバッファ層（厚み０．３μｍ）をＡｌＮ基板上に成長させた。
続いて、ＴＭＡガス流量を減らし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス流量を増やして、傾斜ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させ、ｘが厚み方向に線形的に傾斜（勾配）するＡｌｘＧａ１−ｘＮ遷移層を約０．１μｍ成長した。

遷移層の上にＳｉでドープされた第一導電型のＡｌＧａＮ層を２００ｎｍ未満の厚みで成長した。第一導電型のＡｌＧａＮ層の上には発光層として約５０ｎｍ未満の全厚みを有する多重量子井戸（ＭＱＷ）層を成長した。ＭＱＷ層上には、約２０ｎｍの厚みを有しているＡｌＧａＮ電子ブロック層を形成した。その上部には約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの、ＭｇでドーピングされたＡｌＧａＮ層を形成し、さらにその上部にＭｇでドープされた約５０ｎｍの厚みを有する第二導電型のＧａＮ層を形成した。

次いで、フォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンを用いて、塩素系ガスでｐ−ＧａＮ層及びＡｌＧａＮのドライエッチングを行い、ｎ−ＡｌＧａＮ層の一部を露出させた。露出したｎ−ＡｌＧａＮの一部上に、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕをこの順に堆積した。次いで、８８０℃１２０秒の熱処理をして第１電極部を形成した。次いで、ｐ−ＧａＮ層上に、Ｎｉ／Ａｕをそれぞれこの順に蒸着により積層し、６００℃１８０秒の条件で熱処理した。これにより、上記各デバイスのｐ−ＧａＮ層上に第２電極部としてｐ型電極部を形成し紫外光発光素子を得た。

次いで、得られた紫外光発光素子のＡｌＮ基板Ｃ−面に、フォトリソグラフィー法を用いて、平面視で面積１００μｍ^２の正方形のレジストパターンを各チップ中心からそれぞれ３００μｍ離れた四隅に形成した。その後に、２５ｗｔ％（質量％）のＫＯＨ水溶液を用いて５分間Ｃ−面をケミカルエッチングすることでＣ−面に（１０−１−１）面からなる複数の角錐構造である第１凸部を形成した。次いで、レジストパターンを除去することで頂部がＣ−面に略平行な１００μｍ^２の正方形の面を有する第２凸部を形成した。

これにより、何れの第１凸部よりも高さが高い第２凸部が得られた。その後に、第１主面に素子割断のためにレーザーアブレーション法を用いて素子サイズに合わせたスクライブ溝の形成を行った。次いで、スクライブ溝に沿ってジルコニアセラミックブレードを用いた個片化装置を用いて素子の割断を行った。

図５は、実施例１に係る半導体発光素子を基板の第２主面側から見た模式図である。図５に示すように、Ｃ−面に（１０−１−１）面からなる複数の角錐構造である第１凸部７０を有し、かつチップ中心から３００μｍ離れた四隅に面積１００μｍ^２の正方形の第２凸部８０を有し、一辺が１ｍｍである正方形状の半導体発光素子８００を得た。

ここではレーザーアブレーションとブレードによる割断の組み合わせを実施したが、本発明の素子割断手法としてはこれに限定されるものではなく、他にもレーザーによるステルスダイシングとエキスパンドによる割断の組み合わせや、ダイアモンドカッターによるブレードダイシング、あるいはそれとブレードによる割断・チョッピングによる割断・エキスパンドによる割断の組み合わせなどでもよい。この紫外光発光素子とサブマウントをＧＧＩ法によってフリップチップ実装を行った。

図６は、実施例１に係る電子線走査顕微鏡像であって、サブマウントとの接合を行った後の紫外光発光装置の第１凸部を示す写真図（倍率２０，０００倍）である。図６の走査電子顕微鏡像が示すように、実施例１では、第１凸部の頂部の初期形状が維持されていた。また、実施例１では、Ｃ−面のケミカルエッチングを行わなかった場合と比較して、１．２倍の光取り出し効率向上効果が得られた。

［比較例１］
ＫＯＨ水溶液を用いて５分間Ｃ−面をケミカルエッチングする前にレジストパターンを形成しなかった以外は、実施例１と同様の方法で紫外光発光素子を製造した。これにより、第１凸部を有し、第２凸部を有さない紫外光発光素子を得た。この紫外光発光素子とサブマウントをＧＧＩ法によってフリップチップ実装を行った。
図７は、比較例１に係る電子線走査顕微鏡像であって、サブマウントとの接合を行った後の紫外光発光装置の第１凸部を示す写真図（倍率２０，０００倍）である。図７の走査電子顕微鏡像が示すように、比較例１では、第１凸部の頂部が破壊、変形していた。また、比較例１では、Ｃ−面のケミカルエッチングを行わなかった場合と同等の光取り出し効率であり、すなわち光取り出し効率向上効果は得られなかった。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した素子、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 基板
２０ 第１導電型の第１窒化物半導体層
３０ 発光層
４０ 第２導電型の第２窒化物半導体層
５０ 第１電極部
６０ 第２電極部
７０ 第１凸部
８０ 第２凸部
９０ サブマウント７００の本体
９１ サブマウント７００の第１電極体
９２ サブマウント７００の第２電極体
９３ 第１接続体
９４ 第２接続体
１００ 紫外光発光素子
７００ サブマウント

Claims (8)

1. 第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する基板と、
   前記基板の第１主面上に設けられた第１導電型の第１窒化物半導体層と、
   前記第１窒化物半導体層上の一部に設けられた窒化物半導体発光層及び第２導電型の第２窒化物半導体層と、
   前記第１窒化物半導体層上の一部に設けられた第１電極部と、
   前記第２窒化物半導体層上の少なくとも一部に設けられた第２電極部と、
   前記基板の第２主面上に設けられた第１凸部及び少なくとも３つの第２凸部と、を備え、
   前記第１凸部は前記第２凸部よりも高さが低く、前記第２凸部の頂部の形状が平面であり、
   ２つの前記第２凸部同士を結ぶ直線上から外れた位置に少なくとも１つの前記第２凸部が存在する、紫外光発光素子。
2. 前記第２凸部の頂部が前記基板の第２主面に略平行な面である請求項１に記載の紫外光発光素子。
3. 前記基板はＡｌＮ単結晶基板である請求項１又は２に記載の紫外光発光素子。
4. 前記基板はＡｌＮ単結晶基板であり、かつ、前記基板の第１主面がＣ＋面である請求項１から３のいずれか一項に記載の紫外光発光素子。
5. 前記第１凸部は、側面が（１０−１−１）面から構成される角錐形を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の紫外光発光素子。
6. 前記第２凸部の頂部の面積は５μｍ^２以上である請求項１から５のいずれか一項に記載の紫外光発光素子。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の紫外光発光素子と、
   前記紫外光発光素子と電気的に接続されたサブマウントと、を備える紫外光発光装置。
8. 前記紫外光発光素子と前記サブマウントとがバンプにより電気的に接続された請求項７に記載の紫外光発光装置。

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