JP3896027B2 - 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物系半導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ：０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）を用いた窒化物系半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−２７０７６１号公報には従来の窒化物系半導体発光素子の構造が開示されている。図２３にこの構造を示す。図２３において、従来の窒化物系半導体発光素子は、Ａｌ基板１００上にｐ型オーミックコンタクト層１０１、ｐ型ＧａＮ層１０２、活性層１０３、ｎ型ＧａＮ層１０４およびｎ側電極１０５が順次積層された構造をとっている。
【０００３】
この従来の窒化物系半導体発光素子は、以下のようにして作製されている。まず、サファイア基板（図示せず）上にｎ型ＧａＮ層１０４、活性層１０３およびｐ型ＧａＮ層１０２を順次積層して半導体積層部を形成した後、ｐ型ＧａＮ層１０２とオーミックコンタクトをとりやすいＮｉとＡｕの合金層であるｐ型オーミックコンタクト層１０１をｐ型ＧａＮ層１０２の上面全面に設ける。次に、Ａｇペースト等の導電性接着剤により、ｐ型オーミックコンタクト層１０１の上面に支持基体としてＡｌ基板１００を貼りつける。次に、サファイア基板を研磨することによりサファイア基板を完全に除去する。最後にサファイア基板の除去により露出したｎ型ＧａＮ層１０４の表面に、たとえばＴｉとＡｕの合金層からなるｎ側電極１０５をパターンニング形成して作製される。
【０００４】
上記のような従来の窒化物系半導体発光素子においては、活性層１０３からＡｌ基板１００側に放射された光は、ｐ型ＧａＮ層１０２とｐ型オーミックコンタクト層１０１との界面Ｓで反射されてから素子外部へ取り出されることとなるが、支持基体となるＡｌ基板１００は透明ではないため、その外部取り出し効率はｐ型ＧａＮ層１０２とｐ型オーミックコンタクト層１０１との界面Ｓにおける反射率に大きく左右されることとなる。しかし、ｐ型オーミックコンタクト層１０１はＮｉとＡｕの合金層から構成されているためｐ型ＧａＮ層１０２との界面での反射率が悪く、ほとんどの光が吸収されてしまうという問題があった。
【０００５】
また、サファイア基板は研磨により完全に除去されるが、研磨されるサファイア基板の膜厚の面内揺らぎは高精度な研磨技術を用いても数μｍ程度あるため、ｎ型ＧａＮ層１０４が研磨により除去されてしまう部分が生じないように余裕を持ってｎ型ＧａＮ層１０４を数μｍ以上の膜厚を持たせて形成していなければならない等の理由から、歩留まりが悪く、製造コストも上昇することとなってしまうという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて本発明は、発光層から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、透光性基体上方に順次積層された第一導電型窒化物系半導体層と発光層と第二導電型窒化物系半導体層とを含み、上記第一導電型窒化物系半導体層には第一導電型用電極層が電気的に接続され、上記第二導電型窒化物系半導体層には第二導電型用電極層が電気的に接続されており、透光性基体は波長変換材料を含む透光性樹脂または波長変換材料を含むＳＯＧからなり、上記第一導電型用電極層は金属薄膜層および／または透明導電層を含み、上記透光性基体から白色の光が取り出される窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。
【０００８】
ここで、本発明の窒化物系半導体発光素子においては、透光性基体は波長変換材料を含む透光性樹脂または波長変換材料を含むＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）からなる。なお、ＳＯＧとは無機溶媒または有機溶媒中に溶かされた二酸化ケイ素をウエハ上に回転塗布することによって塗布されたシリコン酸化膜のことをいう。
【００１０】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子においては、第一導電型窒化物系半導体層はｐ型の窒化物系半導体層であり、第二導電型窒化物系半導体層はｎ型の窒化物系半導体層であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子においては、第一導電型用電極層の少なくとも一部が透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されていることが好ましい。
【００１２】
ここで、透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている上記第一導電型用電極層が第一導電型窒化物系半導体層のほぼ全面と接するように形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている上記第一導電型用電極層の少なくとも一部が網目状に形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子においては、第一導電型用電極層は第一導電型窒化物系半導体層とオーミック接触をとる導電体を含んでいることが好ましい。
【００１６】
ここで、上記金属薄膜層はパラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびバナジウム（Ｖ）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。
【００１７】
また、上記透明導電層は亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ガリウム（Ｇａ）および鉛（Ｐｂ）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含むことが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、上記窒化物系半導体発光素子の製造方法において、基板を用意し、基板上に第二導電型窒化物系半導体層、発光層および第一導電型窒化物系半導体層を順次積層する工程と、上記第一導電型窒化物系半導体層上に第一導電型用電極層を形成する工程と、上記第二導電型窒化物系半導体層上に第二導電型用電極層を形成する工程と、上記第一導電型用電極層上に透光性基体を形成する工程とを含む窒化物系半導体発光素子の製造方法であることを特徴とする。
【００１９】
ここで、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は上記基板の少なくとも一部を除去する工程を含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、上記基板はＳｉ基板であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、上記Ｓｉ基板をフッ化水素酸と硝酸とを含む混合液からなるエッチング液により除去し、上記Ｓｉ基板上に積層された第二導電型窒化物系半導体層をエッチストップ層として機能させることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、上記第一導電型窒化物系半導体層上に上記第一導電型用電極層を形成した後、これらの層を３００〜７００℃で熱処理を行なう工程を含むことが好ましい。
【００２３】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、上記第一導電型用電極層として、金属薄膜層および／または透明導電層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２４】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、上記第一導電型用電極層の少なくとも一部を網目状に形成する工程を含むことが好ましい。
【００２５】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、上記第一導電型用電極層上にパッド電極を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２６】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、前記第一導電型用電極層上に厚膜金属層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２７】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、前記透光性基体は、透光性樹脂またはＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）を硬化させる方法、透光性樹脂フィルムを貼りつける方法および透光性樹脂板を貼りつける方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法により形成されることが好ましい。
【００２８】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、上記透光性樹脂を硬化させる方法には、透光性樹脂に硬化剤を混ぜて硬化させる方法、透光性樹脂として熱硬化型樹脂を用いて加熱する方法および透光性樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いて紫外線を照射する方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法が用いられることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
（透光性基体）
本発明の窒化物系半導体発光素子は透光性基体を用いることを特徴とする。透光性基体を用いた本発明の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドした場合には、発光層から透光性基体側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体に入射し、透光性基体底面で反射した後に透光性基体側面から取り出すことができるため、発光層から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる。ここで、透光性とは発光層から放射された光の一部または全部が透過する性質だけでなく、一度吸収された光が波長変換されてから放射される性質も含まれる。
【００３１】
本発明に用いられる透光性基体の材質としては、特に限定はされず従来から公知の透光性材料が用いられ得るが、なかでも透光性樹脂またはＳＯＧを用いることが好ましい。透光性樹脂やＳＯＧの形成手法は容易で安価であることから、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造コストを低減させることができる。また、透光性樹脂やＳＯＧ中にたとえば蛍光体等の波長変換材料を容易に混ぜ込むことができ様々な色の光を発光させ得ることができるため白色発光素子も作製し得る。ここで、透光性樹脂の材質としては、特に限定されず、上記透光性の性質を有する従来から公知の樹脂が用いられ得るが、熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂であることが好ましい。この場合には、透光性基体をより容易に作製することができるようになる。熱硬化型樹脂としては、たとえばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂またはエポキシ樹脂等が用いられ得る。また、紫外線硬化型樹脂としては、アクリレート、エポキシ化合物または不飽和化合物とチオールとの配合物等のオリゴマーやモノマーに、ベンゾフェノンまたはトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロフォスフィン等の光増感剤を加えたものに、水銀灯またはメタルハライドランプ等の光源から紫外線を照射して硬化させた樹脂等がある。
【００３２】
また、透光性基体は波長変換材料を含んでいることが好ましい。この場合には発光層から透光性基体に向けて放射された光が透光性基体中の波長変換材料によって波長が変換されることにより、赤色、青色、緑色またはそれらの混合色や白色の光を透光性基体側面から取り出すことができる。ここで、波長変換材料としては、たとえば赤色発光の蛍光体、橙色発光の蛍光体、緑色発光の蛍光体、青色発光の蛍光体、白色発光の蛍光体等を用いることができる。赤色発光の蛍光体としては、たとえばＺｎＳ：Ｃｕ、ＬｉＡｌＯ2：Ｆｅ3+、Ａｌ2Ｏ3：Ｃｒ、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ3+、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ3+、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ蛍光体、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ蛍光体とＹ2Ｏ3Ｓ：Ｅｕ蛍光体との混合体等を用いることができる。また、橙色発光の蛍光体としては、たとえばＺｎＳ：Ｃｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ）3（ＰＯ4）2等を用いることができる。また、緑色発光の蛍光体としては、たとえばＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＬａＰＯ4：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+、Ｓｒ（Ｓ，Ｓｅ）：Ｓｍ，Ｃｅ、ＺｎＳｉＯ4：Ｍｎ2+、βＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｆｅ（Ｃｏ）、ＺｎＳ：ＰｂＺｎＳ：Ｃｕ蛍光体、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体とＹ2Ａｌ5Ｏ12：Ｔｂ蛍光体の混合体等を用いることができる。また、青色発光の蛍光体としては、たとえばＣａＳ：Ｂｉ、（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃl2：Ｅｕ2+、ＳｒＳ：Ｓｍ，Ｃｅ、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ2+、βＺｎＳ：Ａｇ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃl2：Ｅｕ2+、３Ｓｒ3（ＰＯ4）2・ＣａＣｌ2：Ｅｕ2+蛍光体等を用いることができる。また、白色発光の蛍光体としては、たとえばＺｎＯ：Ｚｎ、ＺｎＳ：Ａｓ、ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ、Ｃａ2Ｐ2Ｏ7：Ｄｙ、Ｃａ3（ＰＯ4）2・ＣａＦ2：Ｓｂ、３Ｃａ3（ＰＯ4）2・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）2：Ｓｂ3+、３Ｃａ3（ＰＯ4）2・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）2：Ｓｂ3+，Ｍｎ2+、ＭｇＷＯ4、３Ｃａ3（ＰＯ4）2・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）2：Ｓｂ3+，Ｍｎ2+蛍光体等を用いることができる。なお、上記蛍光体の表記は通常の蛍光体の組成の表記方法の解釈に従って解釈される。これらの蛍光体は、単独で用いてもよいし複数を混合して用いてもよい。
【００３３】
（第一導電型窒化物系半導体層）
本発明に用いられる第一導電型窒化物系半導体層は透光性基体上方に積層される。第一導電型窒化物系半導体層の材質としては、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）で表わされる窒化物系半導体にｐ型またはｎ型のドーパントが注入されたものが用いられ得る。なかでも、第一導電型窒化物系半導体層はｐ型のドーパントが注入されたｐ型の窒化物系半導体層であることが好ましい。ここで、ｐ型のドーパントとしては、従来から公知の材料を用いることができ、たとえばＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）またはＢｅ（ベリリウム）等の１種類以上が用いられ得る。
【００３４】
なお、上記一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）においてｘはＩｎの組成比を示し、ｙはＡｌの組成比を示す。また、第一導電型窒化物系半導体層は１層であってもよく、材質の異なる層同士が接する２層以上であってもよい。また、第一導電型窒化物系半導体層は透光性基体と接していてもよく、接していなくともよい。
【００３５】
（発光層）
本発明に用いられる発光層は第一導電型窒化物系半導体層上に積層される。発光層の材質としては、たとえば上記一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）で表わされる窒化物系半導体が用いられ得る。また本発明に用いられる発光層は、ＭＱＷ（多重量子井戸）発光層またはＳＱＷ（単一量子井戸）発光層のいずれであってもよい。また発光層はＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＮＡｓまたはＧａＮＰ等の任意の４元または３元混晶としてもよい。
【００３６】
（第二導電型窒化物系半導体層）
本発明に用いられる第二導電型窒化物系半導体層は発光層上に１層以上積層される。第二導電型窒化物系半導体層の材質としては、たとえば上記一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）で表わされる窒化物系半導体にｐ型またはｎ型のドーパントが注入されたものが用いられ得る。なかでも、第二導電型窒化物系半導体層はｎ型のドーパントが注入されたｎ型の窒化物系半導体層であることが好ましい。ここで、ｎ型のドーパントには従来から公知の材料を用いることができ、たとえばＳｉ（ケイ素）、Ｏ（酸素）、Ｃｌ（塩素）、Ｓ（硫黄）、Ｃ（炭素）またはＧｅ（ゲルマニウム）等の１種類以上が用いられ得る。
【００３７】
（第一導電型用電極層）
本発明に用いられる第一導電型用電極層は第一導電型窒化物系半導体層に電気的に接続されている。ここで、第一導電型用電極層の少なくとも一部が、透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されていることが好ましい。また、透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている第一導電型用電極層は、第一導電型窒化物系半導体層のほぼ全面と接するように形成されていることがさらに好ましい。これらの場合には、第一導電型用電極層の面内で電流をより効率よく拡散させることができ、発光層により均一に電流を注入することができるようになる。
【００３８】
また、第一導電型用電極層の少なくとも一部が透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている場合には、その間に形成されている第一導電型用電極層の少なくとも一部が網目状に形成されていることが好ましい。この場合には、発光層から放射された光の透過率をより向上させることができる。
【００３９】
また、第一導電型用電極層の材質としては特に限定されないが、第一導電型窒化物系半導体層とオーミック接触をとる導電体を含んでいることが好ましい。この場合には、本発明の窒化物系半導体発光素子の駆動電圧をより低減させることができる。
【００４０】
また、第一導電型用電極層は、金属薄膜層および／または透明導電層を含んでいることが好ましい。この場合には、発光層から放射された光の透過率と良好なオーミック特性とのバランスをより向上させることができるようになる。
【００４１】
ここで、上記金属薄膜層は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｃ、ＺｒおよびＶよりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含んでいることがより好ましい。この場合には、第一導電型用電極層と第一導電型窒化物系半導体層との接触抵抗が低くなり得るため、本発明の窒化物系半導体発光素子の駆動電圧を低減させることができ得る。
【００４２】
また、上記透明導電層は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＧａおよびＰｂよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含んでいることがより好ましい。なかでも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ2Ｏ3（酸化インジウム）、ＳｎＯ2（酸化スズ）、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎの酸化物）およびＭｇＯ（酸化マグネシウム）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の酸化物からなる透明導電層を含んでいることがさらに好ましい。この場合には、発光層から放射された光のうち紫〜緑色波長領域の光の透過率がよいことから、本発明の窒化物系半導体発光素子の光の外部取り出し効率をより向上させることができる。
【００４３】
（第二導電型用電極層）
本発明に用いられる第二導電型用電極層は第二導電型窒化物系半導体層に電気的に接続されている。第二導電型用電極層の材質としては特に限定されないが、Ｐｄ（パラジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）およびＶ（バナジウム）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含んでいることがより好ましい。この場合には、第二導電型用電極層と第二導電型窒化物系半導体層との接触抵抗が低くなり得るため、本発明の窒化物系半導体発光素子の駆動電圧を低減させ得る。
【００４４】
（製造方法）
透光性基体上方に順次積層された第一導電型窒化物系半導体層、発光層および第二導電型窒化物系半導体層を含む本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。まず、基板を用意し、基板上に上記第二導電型窒化物系半導体層、上記発光層および上記第一導電型窒化物系半導体層を順次積層する。次に、上記第一導電型窒化物系半導体層上に上記第一導電型用電極層を形成する。次に、上記第二導電型窒化物系半導体層上に上記第二導電型用電極層を形成する。最後に上記第一導電型用電極層上に上記透光性基体を形成する。これらの工程を含む製造方法で窒化物系半導体発光素子を作製することにより、窒化物系半導体層の結晶成長が困難な透光性樹脂等からなる透光性基体を用いた場合でも透光性基体上に窒化物系半導体層を積層することができるようになる。なお、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は上記工程以外の工程を含んでいてもよい。
【００４５】
ここで、窒化物系半導体層の積層方法としては従来から公知の方法を用いることができ、たとえばＬＰＥ法（液相エピタキシー法）、ＶＰＥ法（気相エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ガスソースＭＢＥ法またはこれらの方法を組み合わせた方法等を用いることができる。さらに、四角形、円形やその他多角形等の形状のＳｉＯ2マスクを用いて基板をマスクし、選択的に窒化物系半導体層を積層することができる。また、基板上にたとえばＡｌＮ、ｎ型ＩｎＡｌＮまたはｐ型ＩｎＡｌＮ等からなるバッファ層を形成して窒化物系半導体層を積層することができる。特にバッファ層がｎ型またはｐ型窒化物系半導体層である場合にはドライエッチングでＡｌＮを除去する工程を省くことができ、製造コストをさらに低減させることができる。
【００４６】
また、第一導電型窒化物系半導体層上に第一導電型用電極層を形成する方法についても従来から公知の方法を用いることができ、たとえば真空蒸着法、スパッタリング法またはこれらの方法を組み合わせた方法等を用いることができる。
【００４７】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、基板の少なくとも一部を除去する工程を含むことが好ましい。この場合には、基板における光の吸収をより低減することができる。ここで、上記基板はＳｉ基板であることが好ましい。Ｓｉ基板は従来から用いられてきたサファイア基板と異なり研磨等をしなくとも化学エッチング等により除去することができるため、基板の除去がより容易となる。また、上記Ｓｉ基板をフッ化水素酸と硝酸とを含む混合液からなるエッチング液により除去し、このＳｉ基板上に積層された第二導電型窒化物系半導体層をエッチストップ層として機能させることが好ましい。この場合にはＳｉ基板を選択的にエッチングすることができ、第二導電型窒化物系半導体層がエッチストップ層となることから基板の除去がより容易となる。
【００４８】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型窒化物系半導体層上に第一導電型用電極層を形成した後、これらの層を３００〜７００℃で熱処理を行なう工程を含むことが好ましい。より好ましくは４００〜６００℃、さらに好ましくは４５０〜５５０℃で熱処理を行なう工程を含むことである。この場合には、より良好なオーミック特性が得られるだけでなく、第一導電型窒化物系半導体層と第一導電型用電極層との密着性がより良好となり窒化物系半導体層が透光性基体から剥がれにくくなるため発光素子の製造歩留まりをより向上させることができる。また、長時間の通電試験においても窒化物系半導体層が透光性基体から剥がれることがなく発光素子の信頼性をより向上させ得る。
【００４９】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型用電極層として、金属薄膜層および／または透明導電層を形成する工程を含むことが好ましい。金属薄膜層および透明導電層の形成は容易であることから、フォトリソプロセス等により第一導電型用電極層をより容易に任意の形状にすることができるようになる。
【００５０】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型用電極層の少なくとも一部を網目状に形成する工程を含むことが好ましい。この場合には、第一導電型用電極層における光の透過率をより向上させることができることから、光の外部取り出し効率により優れた発光素子を作製することができる。
【００５１】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型用電極層上にパッド電極を形成する工程を含むことが好ましい。この場合には、パッド電極からより効率的に電流を注入することができるようになる。
【００５２】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型用電極層上に厚膜金属層を形成する工程を含むことが好ましい。この場合には、発光素子の上下電極構造を容易に作製することができることから、発光素子のコンパクト化をより容易に図ることができるようになる。ここで、厚膜金属層を形成する工程には、たとえば透光性基体の一部を除去して第一導電型用電極層を露出させ、この露出させた第一導電型用電極層上にメッキ法により厚膜メッキ層を形成する方法または第一導電型用電極層上に金属バンプを形成し、この形成した金属バンプを埋め込むように透光性基体を形成する方法等が用いられ得る。また、上記メッキ法としては、無電解メッキ法または電解メッキ法のいずれも用いることができる。また、金属バンプの形成方法としては、たとえばドライフィルムレジスト等の１００μｍ程度の厚さを形成できるメッキ用レジストを用いて、所望の領域にのみ電解メッキ等でメッキをする選択メッキ法等が用いられ得る。
【００５３】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、上記透光性基体は、透光性樹脂またはＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）を硬化させる方法、透光性樹脂フィルムを貼りつける方法および透光性樹脂板を貼りつける方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法により形成されることが好ましい。この場合には、透光性基体の作製がより容易となるため、発光素子の製造歩留まりが向上し発光素子の製造コストをより低減させることができるようになる。なお、透光性樹脂フィルムおよび透光性樹脂板はともに透光性樹脂の成形品であって、透光性樹脂フィルムはその厚さが２００μｍ以下のもの、透光性樹脂板はその厚さが２００μｍよりも大きいもののことをいう。透光性樹脂フィルムおよび透光性樹脂板は、たとえば透光性樹脂を射出成形、押出成形、圧縮成形、トランスファー成形、カレンダー成形等の従来から公知の成形法により成形する方法等により作製され得る。
【００５４】
ここで、上記透光性樹脂を硬化させる方法には、透光性樹脂に硬化剤を混ぜて硬化させる方法、透光性樹脂として熱硬化型樹脂を用いて加熱する方法および透光性樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いて紫外線を照射する方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法が用いられることが好ましい。この場合にも、透光性基体の作製がより容易となるため、発光素子の製造歩留まりが向上し発光素子の製造コストをより低減させることができるようになる。
【００５５】
なお、上記透光性樹脂に硬化剤を混ぜて硬化させる方法としては、たとえばエポキシ樹脂にトリエチレンテトラミン、イソフォロンジアミン、ｍ−キシリレンジアミン、ポリアミドアミン、ジアミノジフェニルメタン等のアミン系の硬化剤、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物系の硬化剤またはフェノールノボラック樹脂等のフェノール樹脂系の硬化剤を加えてエポキシ樹脂の分子鎖を延長して高分子化合物にするとともにこの分子鎖を加熱して熱硬化性樹脂としての性能をより発揮させて樹脂を硬化させる方法、または不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂にたとえばクメンハイドロパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド等の有機過酸化物の硬化剤を加えることにより分子鎖同士を共架橋して分子鎖間を固定することにより樹脂を硬化させる方法等が用いられ得る。
【００５６】
また、上記熱硬化型樹脂を用いて加熱する方法としては、たとえばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂またはエポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂を加熱する方法等が用いられ得る。
【００５７】
また、上記紫外線硬化型樹脂を用いて紫外線を照射する方法としては、たとえばアクリレート、エポキシ化合物、不飽和化合物とチオールとの配合物等のオリゴマーやモノマーに、たとえばベンゾフェノン、トリフェニルスルホニウムまたはヘキサフルオロフォスフィン等の光増感剤を加えて、たとえば水銀灯またはメタルハライドランプ等の光源から紫外線を照射して樹脂を硬化させる方法等が用いられ得る。
【００５８】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、これに限定されるものではない。
【００５９】
（実施例１）
図１に透光性基体に透光性樹脂を用いた本発明の窒化物系半導体発光素子の一実施例の模式的な断面図を示す。図１において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体１０上にＰｄからなるｐ型用電極層１１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層１４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層１５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層１６が順次積層されており、ｐ型用電極層１１上にはＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極１７が形成されている。
【００６０】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図２に示すようにＳｉ基板１８上にＡｌＮからなるバッファ層１９、ｎ型クラッド層１５、発光層１４、ｐ型クラッド層１３およびｐ型コンタクト層１２を順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層１２の表面上にｐ型用電極層１１として、Ｐｄを１０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層１１とｐ型コンタクト層１２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層１１とｐ型コンタクト層１２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層１１上に透光性基体１０として紫外線硬化型樹脂を塗布し、紫外線を照射して硬化させる。図２はこの段階でのウエハの状態を示している。
【００６１】
次に、このウエハの側面と透光性基体１０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板１８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層１９の表面を露出させる。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。次に、ＡｌＮからなるバッファ層１９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層１５の表面を露出させる。図３はこの段階でのウエハの状態を示している。このようにＳｉ基板１８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体１０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。
【００６２】
次に、図４に示すように、露出させたｎ型クラッド層１５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層１６を形成する。この蒸着中、８０℃程度に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。次に、フォトレジスト１１０をドライエッチング用のマスクとして形成した後、エッチングすることによりｐ型用電極層１１表面を露出させる。露出させたｐ型用電極層１１上にＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極１７を蒸着することにより形成する。フォトレジスト１１０を除去し、最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。図５に上記のようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図を示す。
【００６３】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層１４から透光性基体１０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体１０に入射し、透光性基体１０底面で反射した後に透光性基体１０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層１４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。なお、ｐ型用電極層１１は、たとえば図６（ａ）または図６（ｂ）に示すような網目状にも形成することができる。
【００６４】
（実施例２）
図７に透明導電層を用いた本発明の窒化物系半導体発光素子の実施例の模式的な断面図を示す。図７において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体２０上にＩＴＯからなる透明導電層２１１、Ｐｄからなるｐ型用電極層２１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層２４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層２５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層２６が順次積層されており、ｐ型用電極層２１上にはＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極２７が形成されている。
【００６５】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図８に示すようにＳｉ基板２８上にＡｌＮからなるバッファ層２９、ｎ型クラッド層２５、発光層２４、ｐ型クラッド層２３およびｐ型コンタクト層２２を順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層２２の表面上にｐ型用電極層２１として、Ｐｄを１０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層２１とｐ型コンタクト層２２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層２１とｐ型コンタクト層２２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層２１上に透明導電層２１１として膜厚１００ｎｍのＩＴＯをスパッタ法により形成する。この透明導電層２１１上に透光性基体２０として熱硬化性樹脂を塗布し、１３０℃で９０分間加熱して硬化させる。図８はこの段階でのウエハの状態を示している。
【００６６】
次に、このウエハの側面と透光性基体２０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板２８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層２９の表面を露出させる。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。次に、ＡｌＮからなるバッファ層２９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層２５の表面を露出させる。図９はこの段階でのウエハの状態を示している。このようにＳｉ基板２８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体２０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。
【００６７】
次に、図１０に示すように、露出させたｎ型クラッド層２５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層２６を形成する。この蒸着中、８０℃程度に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。次に、フォトレジスト２１０をドライエッチング用のマスクとして形成した後、エッチングすることによりｐ型用電極層２１表面を露出させる。露出させたｐ型用電極層２１上にＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極２７を蒸着することにより形成する。フォトレジスト２１０を除去し、最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。図１１に上記のようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図を示す。
【００６８】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層２４から透光性基体２０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体２０に入射し、透光性基体２０底面で反射した後に透光性基体２０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層２４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。
【００６９】
（実施例３）
図１２に基板上の窒化物系半導体層を選択的に成長させた本発明の窒化物系半導体発光素子の実施例の模式的な断面図を示す。図１２において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体３０上にＩＴＯからなる透明導電層３１１、Ｐｄからなるｐ型用電極層３１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層３２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層３３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層３４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層３５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層３６が順次積層されており、ｐ型用電極層３１上にはＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極３７が形成されている。
【００７０】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図１３に示すように、Ｓｉ基板３８上にＳｉＯ2マスク３１２を膜厚３００ｎｍで形成する。このとき、Ｓｉ基板３８の露出部が一辺２００μｍ角の正方形となり、その露出した正方形のＳｉ基板３８同士の間隔が３００μｍとなっている。
【００７１】
次に、図１４に示すように、露出したＳｉ基板３８上にＡｌＮからなるバッファ層３９、ｎ型クラッド層３５、発光層３４、ｐ型クラッド層３３およびｐ型コンタクト層３２を選択的に順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層３２の表面上にｐ型用電極層３１として、Ｐｄを５０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層３１とｐ型コンタクト層３２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層３１とｐ型コンタクト層３２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層３１上に透明導電層３１１として膜厚１００ｎｍのＩＴＯをスパッタ法により形成する。この透明導電層３１１上に透光性基体３０として熱硬化性樹脂を塗布し、１３０℃で９０分間加熱して硬化させる。図１４はこの段階でのウエハの状態を示している。
【００７２】
次に、このウエハの側面と透光性基体３０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板３８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層３９の表面を露出させる。このときＳｉＯ2マスク３１２もこのエッチング液により除去されて、ｐ型用電極層３１が露出する。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。このようにＳｉ基板３８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体３０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。次に、ＡｌＮからなるバッファ層３９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層３５の表面を露出させる。
【００７３】
次に、図１５に示すように、露出させたｎ型クラッド層３５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層３６を形成する。この蒸着中、８０℃程度に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。次に、露出させたｐ型用電極層３１上にＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極３７を蒸着することにより形成する。この段階におけるウエハの状態を図１５に示す。最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。図１６に上記のようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図を示す。
【００７４】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層３４から透光性基体３０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体３０に入射し、透光性基体３０底面で反射した後に透光性基体３０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層３４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。
【００７５】
（実施例４）
図１７に透明導電層上にＡｌバンプを設けた本発明の窒化物系半導体発光素子の実施例の模式的な断面図を示す。図１７において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体４０上にＩＴＯからなる透明導電層４１１、Ｐｄからなるｐ型用電極層４１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層４３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層４４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層４５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層４６が順次積層されている。さらに透光性基体４０中にＡｌバンプ４１３が埋め込まれている。
【００７６】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図１８に示すようにＳｉ基板４８上にＡｌＮからなるバッファ層４９、ｎ型クラッド層４５、発光層４４、ｐ型クラッド層４３およびｐ型コンタクト層４２を選択的に順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層４２の表面上にｐ型用電極層４１として、Ｐｄを１０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層４１とｐ型コンタクト層４２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層４１とｐ型コンタクト層４２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層４１上に透明導電層４１１として膜厚１００ｎｍのＩＴＯをスパッタ法により形成する。
【００７７】
この透明導電層４１１上に径が７０μｍ、高さが１００μｍのＡｌバンプ４１３を形成する。その後、透明導電層４１１上にＡｌバンプ４１３を埋め込むようにして透光性基体４０として熱硬化型エポキシ樹脂を塗布し、１３０℃で９０分加熱し硬化させる。その後、透光性基体４０を研磨し、Ａｌバンプ４１３の表面を透光性基体４０から露出させる。図１８はこの段階での状態を示している。
【００７８】
次に、このウエハの側面と透光性基体４０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板４８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層４９の表面を露出させる。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。このようにＳｉ基板４８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体４０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。次に、ＡｌＮからなるバッファ層４９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層４５の表面を露出させる。
【００７９】
次に、図１９に示すように、露出させたｎ型クラッド層４５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層４６を形成する。図１９はこの段階での状態を示している。この蒸着中、８０℃に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。
【００８０】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層４４から透光性基体４０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体４０に入射し、透光性基体４０底面で反射した後に透光性基体４０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層４４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。
【００８１】
（実施例５）
図２０に透明導電層上にＮｉメッキ層を設けた本発明の窒化物系半導体発光素子のさらに別の実施例の模式的な断面図を示す。図２０において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体５０上にＩＴＯからなる透明導電層５１１、Ｐｄからなるｐ型用電極層５１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層５２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層５４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層５５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層５６が順次積層されている。さらに透光性基体５０中に厚膜Ｎｉメッキ層５１４が埋め込まれている。
【００８２】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図２１に示すようにＳｉ基板５８上にＡｌＮからなるバッファ層５９、ｎ型クラッド層５５、発光層５４、ｐ型クラッド層５３およびｐ型コンタクト層５２を選択的に順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層５２の表面上にｐ型用電極層５１として、Ｐｄを１０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層５１とｐ型コンタクト層５２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層５１とｐ型コンタクト層５２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層５１上に透明導電層５１１として膜厚１００ｎｍのＩＴＯをスパッタ法により形成する。
【００８３】
次に、この透明導電層５１１上に直径が１００μｍの開口部を有する透光性の厚膜メッキ用レジストを透光性基体５０として膜厚で１００μｍ形成する。次に無電解メッキ法によりこの開口部内に厚膜Ｎｉメッキ層５１４を１００μｍの厚さで形成する。図２１はこの段階での状態を示している。
【００８４】
次に、このウエハの側面と透光性基体５０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板５８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層５９の表面を露出させる。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。このようにＳｉ基板５８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体５０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。次に、ＡｌＮからなるバッファ層５９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層５５の表面を露出させる。
【００８５】
次に、図２２に示すように、露出させたｎ型クラッド層５５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層５６を形成する。図２２はこの段階での状態を示している。この蒸着中、８０℃程度に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。
【００８６】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層５４から透光性基体５０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体５０に入射し、透光性基体５０底面で反射した後に透光性基体５０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層５４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。
【００８７】
上記各実施例で作製した窒化物系半導体発光素子の光の外部取り出し効率は、従来の窒化物系半導体発光素子の光の外部取り出し効率の約２〜２．５倍であった。
【００８８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８９】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、発光層から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる。また、透光性基体に波長変換材料を含めた場合には、たとえば赤色、青色、緑色またはこれらの混合色や白色の発光素子を作製し得る。さらに、透光性基体に透光性樹脂またはＳＯＧを用いた場合には、低コストの発光素子も作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２】 透光性基体形成後の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図３】 ｎ型クラッド層露出後の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図４】 フォトレジスト形成後の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図５】 実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図６】 本発明の窒化物系半導体発光素子に用いられる網目状のｐ型用電極層の一例の模式的な上面図である。
【図７】 実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図８】 透光性基体形成後の実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図９】 ｎ型クラッド層露出後の実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１０】 フォトレジスト形成後の実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１１】 実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図１２】 実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１３】 ＳｉＯ2マスク形成後の実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図１４】 透光性基体形成後の実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１５】 ｐ型パッド電極蒸着後の実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１６】 実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図１７】 実施例４の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１８】 Ａｌバンプ形成後の実施例４の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１９】 ｎ型用電極層形成後の実施例４の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２０】 実施例５の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２１】 Ｎｉメッキ層形成後の実施例５の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２２】 ｎ型用電極層形成後の実施例５の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２３】 従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０,２０,３０,４０,５０ 透光性基体、１１,２１,３１,４１,５１ ｐ型用電極層、１２,２２,３２,４２,５２ ｐ型コンタクト層、１３,２３,３３,４３,５３ ｐ型クラッド層、１４,２４,３４,４４,５４ 発光層、１５,２５,３５,４５,５５ ｎ型クラッド層、１６,２６,３６,４６,５６ ｎ型用電極層、１７,２７,３７ ｐ型パッド電極、１８,２８,３８,４８,５８ Ｓｉ基板、１９,２９,３９,４９,５９ バッファ層、１１０,２１０,３１０ フォトレジスト、２１１,３１１,４１１,５１１ 透明導電層、３１２ ＳｉＯ2マスク、４１３ Ａｌバンプ、５１４ Ｎｉメッキ層、１００ Ａｌ基板、１０１ ｐ型オーミックコンタクト層、１０２ ｐ型層、１０３ 活性層、１０４ ｎ型層、１０５ ｎ側電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物系半導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ：０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）を用いた窒化物系半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−２７０７６１号公報には従来の窒化物系半導体発光素子の構造が開示されている。図２３にこの構造を示す。図２３において、従来の窒化物系半導体発光素子は、Ａｌ基板１００上にｐ型オーミックコンタクト層１０１、ｐ型ＧａＮ層１０２、活性層１０３、ｎ型ＧａＮ層１０４およびｎ側電極１０５が順次積層された構造をとっている。
【０００３】
この従来の窒化物系半導体発光素子は、以下のようにして作製されている。まず、サファイア基板（図示せず）上にｎ型ＧａＮ層１０４、活性層１０３およびｐ型ＧａＮ層１０２を順次積層して半導体積層部を形成した後、ｐ型ＧａＮ層１０２とオーミックコンタクトをとりやすいＮｉとＡｕの合金層であるｐ型オーミックコンタクト層１０１をｐ型ＧａＮ層１０２の上面全面に設ける。次に、Ａｇペースト等の導電性接着剤により、ｐ型オーミックコンタクト層１０１の上面に支持基体としてＡｌ基板１００を貼りつける。次に、サファイア基板を研磨することによりサファイア基板を完全に除去する。最後にサファイア基板の除去により露出したｎ型ＧａＮ層１０４の表面に、たとえばＴｉとＡｕの合金層からなるｎ側電極１０５をパターンニング形成して作製される。
【０００４】
上記のような従来の窒化物系半導体発光素子においては、活性層１０３からＡｌ基板１００側に放射された光は、ｐ型ＧａＮ層１０２とｐ型オーミックコンタクト層１０１との界面Ｓで反射されてから素子外部へ取り出されることとなるが、支持基体となるＡｌ基板１００は透明ではないため、その外部取り出し効率はｐ型ＧａＮ層１０２とｐ型オーミックコンタクト層１０１との界面Ｓにおける反射率に大きく左右されることとなる。しかし、ｐ型オーミックコンタクト層１０１はＮｉとＡｕの合金層から構成されているためｐ型ＧａＮ層１０２との界面での反射率が悪く、ほとんどの光が吸収されてしまうという問題があった。
【０００５】
また、サファイア基板は研磨により完全に除去されるが、研磨されるサファイア基板の膜厚の面内揺らぎは高精度な研磨技術を用いても数μｍ程度あるため、ｎ型ＧａＮ層１０４が研磨により除去されてしまう部分が生じないように余裕を持ってｎ型ＧａＮ層１０４を数μｍ以上の膜厚を持たせて形成していなければならない等の理由から、歩留まりが悪く、製造コストも上昇することとなってしまうという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて本発明は、発光層から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、透光性基体上方に順次積層された第一導電型窒化物系半導体層と発光層と第二導電型窒化物系半導体層とを含み、上記第一導電型窒化物系半導体層には第一導電型用電極層が電気的に接続され、上記第二導電型窒化物系半導体層には第二導電型用電極層が電気的に接続されており、透光性基体は波長変換材料を含む透光性樹脂または波長変換材料を含むＳＯＧからなり、上記第一導電型用電極層は金属薄膜層および／または透明導電層を含み、上記透光性基体から白色の光が取り出される窒化物系半導体発光素子であることを特徴とする。
【０００８】
ここで、本発明の窒化物系半導体発光素子においては、透光性基体は波長変換材料を含む透光性樹脂または波長変換材料を含むＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）からなる。なお、ＳＯＧとは無機溶媒または有機溶媒中に溶かされた二酸化ケイ素をウエハ上に回転塗布することによって塗布されたシリコン酸化膜のことをいう。
【００１０】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子においては、第一導電型窒化物系半導体層はｐ型の窒化物系半導体層であり、第二導電型窒化物系半導体層はｎ型の窒化物系半導体層であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子においては、第一導電型用電極層の少なくとも一部が透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されていることが好ましい。
【００１２】
ここで、透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている上記第一導電型用電極層が第一導電型窒化物系半導体層のほぼ全面と接するように形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている上記第一導電型用電極層の少なくとも一部が網目状に形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子においては、第一導電型用電極層は第一導電型窒化物系半導体層とオーミック接触をとる導電体を含んでいることが好ましい。
【００１６】
ここで、上記金属薄膜層はパラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびバナジウム（Ｖ）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。
【００１７】
また、上記透明導電層は亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ガリウム（Ｇａ）および鉛（Ｐｂ）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含むことが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、上記窒化物系半導体発光素子の製造方法において、基板を用意し、基板上に第二導電型窒化物系半導体層、発光層および第一導電型窒化物系半導体層を順次積層する工程と、上記第一導電型窒化物系半導体層上に第一導電型用電極層を形成する工程と、上記第二導電型窒化物系半導体層上に第二導電型用電極層を形成する工程と、上記第一導電型用電極層上に透光性基体を形成する工程とを含む窒化物系半導体発光素子の製造方法であることを特徴とする。
【００１９】
ここで、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は上記基板の少なくとも一部を除去する工程を含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、上記基板はＳｉ基板であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、上記Ｓｉ基板をフッ化水素酸と硝酸とを含む混合液からなるエッチング液により除去し、上記Ｓｉ基板上に積層された第二導電型窒化物系半導体層をエッチストップ層として機能させることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、上記第一導電型窒化物系半導体層上に上記第一導電型用電極層を形成した後、これらの層を３００〜７００℃で熱処理を行なう工程を含むことが好ましい。
【００２３】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、上記第一導電型用電極層として、金属薄膜層および／または透明導電層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２４】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、上記第一導電型用電極層の少なくとも一部を網目状に形成する工程を含むことが好ましい。
【００２５】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、上記第一導電型用電極層上にパッド電極を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２６】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、前記第一導電型用電極層上に厚膜金属層を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２７】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、前記透光性基体は、透光性樹脂またはＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）を硬化させる方法、透光性樹脂フィルムを貼りつける方法および透光性樹脂板を貼りつける方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法により形成されることが好ましい。
【００２８】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、上記透光性樹脂を硬化させる方法には、透光性樹脂に硬化剤を混ぜて硬化させる方法、透光性樹脂として熱硬化型樹脂を用いて加熱する方法および透光性樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いて紫外線を照射する方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法が用いられることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
（透光性基体）
本発明の窒化物系半導体発光素子は透光性基体を用いることを特徴とする。透光性基体を用いた本発明の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドした場合には、発光層から透光性基体側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体に入射し、透光性基体底面で反射した後に透光性基体側面から取り出すことができるため、発光層から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる。ここで、透光性とは発光層から放射された光の一部または全部が透過する性質だけでなく、一度吸収された光が波長変換されてから放射される性質も含まれる。
【００３１】
本発明に用いられる透光性基体の材質としては、特に限定はされず従来から公知の透光性材料が用いられ得るが、なかでも透光性樹脂またはＳＯＧを用いることが好ましい。透光性樹脂やＳＯＧの形成手法は容易で安価であることから、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造コストを低減させることができる。また、透光性樹脂やＳＯＧ中にたとえば蛍光体等の波長変換材料を容易に混ぜ込むことができ様々な色の光を発光させ得ることができるため白色発光素子も作製し得る。ここで、透光性樹脂の材質としては、特に限定されず、上記透光性の性質を有する従来から公知の樹脂が用いられ得るが、熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂であることが好ましい。この場合には、透光性基体をより容易に作製することができるようになる。熱硬化型樹脂としては、たとえばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂またはエポキシ樹脂等が用いられ得る。また、紫外線硬化型樹脂としては、アクリレート、エポキシ化合物または不飽和化合物とチオールとの配合物等のオリゴマーやモノマーに、ベンゾフェノンまたはトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロフォスフィン等の光増感剤を加えたものに、水銀灯またはメタルハライドランプ等の光源から紫外線を照射して硬化させた樹脂等がある。
【００３２】
また、透光性基体は波長変換材料を含んでいることが好ましい。この場合には発光層から透光性基体に向けて放射された光が透光性基体中の波長変換材料によって波長が変換されることにより、赤色、青色、緑色またはそれらの混合色や白色の光を透光性基体側面から取り出すことができる。ここで、波長変換材料としては、たとえば赤色発光の蛍光体、橙色発光の蛍光体、緑色発光の蛍光体、青色発光の蛍光体、白色発光の蛍光体等を用いることができる。赤色発光の蛍光体としては、たとえばＺｎＳ：Ｃｕ、ＬｉＡｌＯ2：Ｆｅ3+、Ａｌ2Ｏ3：Ｃｒ、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ3+、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ3+、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ蛍光体、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ蛍光体とＹ2Ｏ3Ｓ：Ｅｕ蛍光体との混合体等を用いることができる。また、橙色発光の蛍光体としては、たとえばＺｎＳ：Ｃｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ）3（ＰＯ4）2等を用いることができる。また、緑色発光の蛍光体としては、たとえばＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＬａＰＯ4：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+、Ｓｒ（Ｓ，Ｓｅ）：Ｓｍ，Ｃｅ、ＺｎＳｉＯ4：Ｍｎ2+、βＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｆｅ（Ｃｏ）、ＺｎＳ：ＰｂＺｎＳ：Ｃｕ蛍光体、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体とＹ2Ａｌ5Ｏ12：Ｔｂ蛍光体の混合体等を用いることができる。また、青色発光の蛍光体としては、たとえばＣａＳ：Ｂｉ、（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃl2：Ｅｕ2+、ＳｒＳ：Ｓｍ，Ｃｅ、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ2+、βＺｎＳ：Ａｇ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃl2：Ｅｕ2+、３Ｓｒ3（ＰＯ4）2・ＣａＣｌ2：Ｅｕ2+蛍光体等を用いることができる。また、白色発光の蛍光体としては、たとえばＺｎＯ：Ｚｎ、ＺｎＳ：Ａｓ、ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ、Ｃａ2Ｐ2Ｏ7：Ｄｙ、Ｃａ3（ＰＯ4）2・ＣａＦ2：Ｓｂ、３Ｃａ3（ＰＯ4）2・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）2：Ｓｂ3+、３Ｃａ3（ＰＯ4）2・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）2：Ｓｂ3+，Ｍｎ2+、ＭｇＷＯ4、３Ｃａ3（ＰＯ4）2・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）2：Ｓｂ3+，Ｍｎ2+蛍光体等を用いることができる。なお、上記蛍光体の表記は通常の蛍光体の組成の表記方法の解釈に従って解釈される。これらの蛍光体は、単独で用いてもよいし複数を混合して用いてもよい。
【００３３】
（第一導電型窒化物系半導体層）
本発明に用いられる第一導電型窒化物系半導体層は透光性基体上方に積層される。第一導電型窒化物系半導体層の材質としては、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）で表わされる窒化物系半導体にｐ型またはｎ型のドーパントが注入されたものが用いられ得る。なかでも、第一導電型窒化物系半導体層はｐ型のドーパントが注入されたｐ型の窒化物系半導体層であることが好ましい。ここで、ｐ型のドーパントとしては、従来から公知の材料を用いることができ、たとえばＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）またはＢｅ（ベリリウム）等の１種類以上が用いられ得る。
【００３４】
なお、上記一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）においてｘはＩｎの組成比を示し、ｙはＡｌの組成比を示す。また、第一導電型窒化物系半導体層は１層であってもよく、材質の異なる層同士が接する２層以上であってもよい。また、第一導電型窒化物系半導体層は透光性基体と接していてもよく、接していなくともよい。
【００３５】
（発光層）
本発明に用いられる発光層は第一導電型窒化物系半導体層上に積層される。発光層の材質としては、たとえば上記一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）で表わされる窒化物系半導体が用いられ得る。また本発明に用いられる発光層は、ＭＱＷ（多重量子井戸）発光層またはＳＱＷ（単一量子井戸）発光層のいずれであってもよい。また発光層はＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＮＡｓまたはＧａＮＰ等の任意の４元または３元混晶としてもよい。
【００３６】
（第二導電型窒化物系半導体層）
本発明に用いられる第二導電型窒化物系半導体層は発光層上に１層以上積層される。第二導電型窒化物系半導体層の材質としては、たとえば上記一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙおよびｘ＋ｙ＜１）で表わされる窒化物系半導体にｐ型またはｎ型のドーパントが注入されたものが用いられ得る。なかでも、第二導電型窒化物系半導体層はｎ型のドーパントが注入されたｎ型の窒化物系半導体層であることが好ましい。ここで、ｎ型のドーパントには従来から公知の材料を用いることができ、たとえばＳｉ（ケイ素）、Ｏ（酸素）、Ｃｌ（塩素）、Ｓ（硫黄）、Ｃ（炭素）またはＧｅ（ゲルマニウム）等の１種類以上が用いられ得る。
【００３７】
（第一導電型用電極層）
本発明に用いられる第一導電型用電極層は第一導電型窒化物系半導体層に電気的に接続されている。ここで、第一導電型用電極層の少なくとも一部が、透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されていることが好ましい。また、透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている第一導電型用電極層は、第一導電型窒化物系半導体層のほぼ全面と接するように形成されていることがさらに好ましい。これらの場合には、第一導電型用電極層の面内で電流をより効率よく拡散させることができ、発光層により均一に電流を注入することができるようになる。
【００３８】
また、第一導電型用電極層の少なくとも一部が透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている場合には、その間に形成されている第一導電型用電極層の少なくとも一部が網目状に形成されていることが好ましい。この場合には、発光層から放射された光の透過率をより向上させることができる。
【００３９】
また、第一導電型用電極層の材質としては特に限定されないが、第一導電型窒化物系半導体層とオーミック接触をとる導電体を含んでいることが好ましい。この場合には、本発明の窒化物系半導体発光素子の駆動電圧をより低減させることができる。
【００４０】
また、第一導電型用電極層は、金属薄膜層および／または透明導電層を含んでいることが好ましい。この場合には、発光層から放射された光の透過率と良好なオーミック特性とのバランスをより向上させることができるようになる。
【００４１】
ここで、上記金属薄膜層は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｃ、ＺｒおよびＶよりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含んでいることがより好ましい。この場合には、第一導電型用電極層と第一導電型窒化物系半導体層との接触抵抗が低くなり得るため、本発明の窒化物系半導体発光素子の駆動電圧を低減させることができ得る。
【００４２】
また、上記透明導電層は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＧａおよびＰｂよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含んでいることがより好ましい。なかでも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ2Ｏ3（酸化インジウム）、ＳｎＯ2（酸化スズ）、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎの酸化物）およびＭｇＯ（酸化マグネシウム）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の酸化物からなる透明導電層を含んでいることがさらに好ましい。この場合には、発光層から放射された光のうち紫〜緑色波長領域の光の透過率がよいことから、本発明の窒化物系半導体発光素子の光の外部取り出し効率をより向上させることができる。
【００４３】
（第二導電型用電極層）
本発明に用いられる第二導電型用電極層は第二導電型窒化物系半導体層に電気的に接続されている。第二導電型用電極層の材質としては特に限定されないが、Ｐｄ（パラジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）およびＶ（バナジウム）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含んでいることがより好ましい。この場合には、第二導電型用電極層と第二導電型窒化物系半導体層との接触抵抗が低くなり得るため、本発明の窒化物系半導体発光素子の駆動電圧を低減させ得る。
【００４４】
（製造方法）
透光性基体上方に順次積層された第一導電型窒化物系半導体層、発光層および第二導電型窒化物系半導体層を含む本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。まず、基板を用意し、基板上に上記第二導電型窒化物系半導体層、上記発光層および上記第一導電型窒化物系半導体層を順次積層する。次に、上記第一導電型窒化物系半導体層上に上記第一導電型用電極層を形成する。次に、上記第二導電型窒化物系半導体層上に上記第二導電型用電極層を形成する。最後に上記第一導電型用電極層上に上記透光性基体を形成する。これらの工程を含む製造方法で窒化物系半導体発光素子を作製することにより、窒化物系半導体層の結晶成長が困難な透光性樹脂等からなる透光性基体を用いた場合でも透光性基体上に窒化物系半導体層を積層することができるようになる。なお、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は上記工程以外の工程を含んでいてもよい。
【００４５】
ここで、窒化物系半導体層の積層方法としては従来から公知の方法を用いることができ、たとえばＬＰＥ法（液相エピタキシー法）、ＶＰＥ法（気相エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ガスソースＭＢＥ法またはこれらの方法を組み合わせた方法等を用いることができる。さらに、四角形、円形やその他多角形等の形状のＳｉＯ2マスクを用いて基板をマスクし、選択的に窒化物系半導体層を積層することができる。また、基板上にたとえばＡｌＮ、ｎ型ＩｎＡｌＮまたはｐ型ＩｎＡｌＮ等からなるバッファ層を形成して窒化物系半導体層を積層することができる。特にバッファ層がｎ型またはｐ型窒化物系半導体層である場合にはドライエッチングでＡｌＮを除去する工程を省くことができ、製造コストをさらに低減させることができる。
【００４６】
また、第一導電型窒化物系半導体層上に第一導電型用電極層を形成する方法についても従来から公知の方法を用いることができ、たとえば真空蒸着法、スパッタリング法またはこれらの方法を組み合わせた方法等を用いることができる。
【００４７】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、基板の少なくとも一部を除去する工程を含むことが好ましい。この場合には、基板における光の吸収をより低減することができる。ここで、上記基板はＳｉ基板であることが好ましい。Ｓｉ基板は従来から用いられてきたサファイア基板と異なり研磨等をしなくとも化学エッチング等により除去することができるため、基板の除去がより容易となる。また、上記Ｓｉ基板をフッ化水素酸と硝酸とを含む混合液からなるエッチング液により除去し、このＳｉ基板上に積層された第二導電型窒化物系半導体層をエッチストップ層として機能させることが好ましい。この場合にはＳｉ基板を選択的にエッチングすることができ、第二導電型窒化物系半導体層がエッチストップ層となることから基板の除去がより容易となる。
【００４８】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型窒化物系半導体層上に第一導電型用電極層を形成した後、これらの層を３００〜７００℃で熱処理を行なう工程を含むことが好ましい。より好ましくは４００〜６００℃、さらに好ましくは４５０〜５５０℃で熱処理を行なう工程を含むことである。この場合には、より良好なオーミック特性が得られるだけでなく、第一導電型窒化物系半導体層と第一導電型用電極層との密着性がより良好となり窒化物系半導体層が透光性基体から剥がれにくくなるため発光素子の製造歩留まりをより向上させることができる。また、長時間の通電試験においても窒化物系半導体層が透光性基体から剥がれることがなく発光素子の信頼性をより向上させ得る。
【００４９】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型用電極層として、金属薄膜層および／または透明導電層を形成する工程を含むことが好ましい。金属薄膜層および透明導電層の形成は容易であることから、フォトリソプロセス等により第一導電型用電極層をより容易に任意の形状にすることができるようになる。
【００５０】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型用電極層の少なくとも一部を網目状に形成する工程を含むことが好ましい。この場合には、第一導電型用電極層における光の透過率をより向上させることができることから、光の外部取り出し効率により優れた発光素子を作製することができる。
【００５１】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型用電極層上にパッド電極を形成する工程を含むことが好ましい。この場合には、パッド電極からより効率的に電流を注入することができるようになる。
【００５２】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、第一導電型用電極層上に厚膜金属層を形成する工程を含むことが好ましい。この場合には、発光素子の上下電極構造を容易に作製することができることから、発光素子のコンパクト化をより容易に図ることができるようになる。ここで、厚膜金属層を形成する工程には、たとえば透光性基体の一部を除去して第一導電型用電極層を露出させ、この露出させた第一導電型用電極層上にメッキ法により厚膜メッキ層を形成する方法または第一導電型用電極層上に金属バンプを形成し、この形成した金属バンプを埋め込むように透光性基体を形成する方法等が用いられ得る。また、上記メッキ法としては、無電解メッキ法または電解メッキ法のいずれも用いることができる。また、金属バンプの形成方法としては、たとえばドライフィルムレジスト等の１００μｍ程度の厚さを形成できるメッキ用レジストを用いて、所望の領域にのみ電解メッキ等でメッキをする選択メッキ法等が用いられ得る。
【００５３】
また、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法においては、上記透光性基体は、透光性樹脂またはＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）を硬化させる方法、透光性樹脂フィルムを貼りつける方法および透光性樹脂板を貼りつける方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法により形成されることが好ましい。この場合には、透光性基体の作製がより容易となるため、発光素子の製造歩留まりが向上し発光素子の製造コストをより低減させることができるようになる。なお、透光性樹脂フィルムおよび透光性樹脂板はともに透光性樹脂の成形品であって、透光性樹脂フィルムはその厚さが２００μｍ以下のもの、透光性樹脂板はその厚さが２００μｍよりも大きいもののことをいう。透光性樹脂フィルムおよび透光性樹脂板は、たとえば透光性樹脂を射出成形、押出成形、圧縮成形、トランスファー成形、カレンダー成形等の従来から公知の成形法により成形する方法等により作製され得る。
【００５４】
ここで、上記透光性樹脂を硬化させる方法には、透光性樹脂に硬化剤を混ぜて硬化させる方法、透光性樹脂として熱硬化型樹脂を用いて加熱する方法および透光性樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いて紫外線を照射する方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法が用いられることが好ましい。この場合にも、透光性基体の作製がより容易となるため、発光素子の製造歩留まりが向上し発光素子の製造コストをより低減させることができるようになる。
【００５５】
なお、上記透光性樹脂に硬化剤を混ぜて硬化させる方法としては、たとえばエポキシ樹脂にトリエチレンテトラミン、イソフォロンジアミン、ｍ−キシリレンジアミン、ポリアミドアミン、ジアミノジフェニルメタン等のアミン系の硬化剤、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物系の硬化剤またはフェノールノボラック樹脂等のフェノール樹脂系の硬化剤を加えてエポキシ樹脂の分子鎖を延長して高分子化合物にするとともにこの分子鎖を加熱して熱硬化性樹脂としての性能をより発揮させて樹脂を硬化させる方法、または不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂にたとえばクメンハイドロパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド等の有機過酸化物の硬化剤を加えることにより分子鎖同士を共架橋して分子鎖間を固定することにより樹脂を硬化させる方法等が用いられ得る。
【００５６】
また、上記熱硬化型樹脂を用いて加熱する方法としては、たとえばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂またはエポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂を加熱する方法等が用いられ得る。
【００５７】
また、上記紫外線硬化型樹脂を用いて紫外線を照射する方法としては、たとえばアクリレート、エポキシ化合物、不飽和化合物とチオールとの配合物等のオリゴマーやモノマーに、たとえばベンゾフェノン、トリフェニルスルホニウムまたはヘキサフルオロフォスフィン等の光増感剤を加えて、たとえば水銀灯またはメタルハライドランプ等の光源から紫外線を照射して樹脂を硬化させる方法等が用いられ得る。
【００５８】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、これに限定されるものではない。
【００５９】
（実施例１）
図１に透光性基体に透光性樹脂を用いた本発明の窒化物系半導体発光素子の一実施例の模式的な断面図を示す。図１において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体１０上にＰｄからなるｐ型用電極層１１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層１４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層１５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層１６が順次積層されており、ｐ型用電極層１１上にはＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極１７が形成されている。
【００６０】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図２に示すようにＳｉ基板１８上にＡｌＮからなるバッファ層１９、ｎ型クラッド層１５、発光層１４、ｐ型クラッド層１３およびｐ型コンタクト層１２を順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層１２の表面上にｐ型用電極層１１として、Ｐｄを１０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層１１とｐ型コンタクト層１２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層１１とｐ型コンタクト層１２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層１１上に透光性基体１０として紫外線硬化型樹脂を塗布し、紫外線を照射して硬化させる。図２はこの段階でのウエハの状態を示している。
【００６１】
次に、このウエハの側面と透光性基体１０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板１８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層１９の表面を露出させる。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。次に、ＡｌＮからなるバッファ層１９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層１５の表面を露出させる。図３はこの段階でのウエハの状態を示している。このようにＳｉ基板１８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体１０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。
【００６２】
次に、図４に示すように、露出させたｎ型クラッド層１５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層１６を形成する。この蒸着中、８０℃程度に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。次に、フォトレジスト１１０をドライエッチング用のマスクとして形成した後、エッチングすることによりｐ型用電極層１１表面を露出させる。露出させたｐ型用電極層１１上にＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極１７を蒸着することにより形成する。フォトレジスト１１０を除去し、最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。図５に上記のようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図を示す。
【００６３】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層１４から透光性基体１０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体１０に入射し、透光性基体１０底面で反射した後に透光性基体１０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層１４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。なお、ｐ型用電極層１１は、たとえば図６（ａ）または図６（ｂ）に示すような網目状にも形成することができる。
【００６４】
（実施例２）
図７に透明導電層を用いた本発明の窒化物系半導体発光素子の実施例の模式的な断面図を示す。図７において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体２０上にＩＴＯからなる透明導電層２１１、Ｐｄからなるｐ型用電極層２１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層２４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層２５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層２６が順次積層されており、ｐ型用電極層２１上にはＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極２７が形成されている。
【００６５】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図８に示すようにＳｉ基板２８上にＡｌＮからなるバッファ層２９、ｎ型クラッド層２５、発光層２４、ｐ型クラッド層２３およびｐ型コンタクト層２２を順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層２２の表面上にｐ型用電極層２１として、Ｐｄを１０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層２１とｐ型コンタクト層２２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層２１とｐ型コンタクト層２２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層２１上に透明導電層２１１として膜厚１００ｎｍのＩＴＯをスパッタ法により形成する。この透明導電層２１１上に透光性基体２０として熱硬化性樹脂を塗布し、１３０℃で９０分間加熱して硬化させる。図８はこの段階でのウエハの状態を示している。
【００６６】
次に、このウエハの側面と透光性基体２０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板２８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層２９の表面を露出させる。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。次に、ＡｌＮからなるバッファ層２９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層２５の表面を露出させる。図９はこの段階でのウエハの状態を示している。このようにＳｉ基板２８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体２０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。
【００６７】
次に、図１０に示すように、露出させたｎ型クラッド層２５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層２６を形成する。この蒸着中、８０℃程度に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。次に、フォトレジスト２１０をドライエッチング用のマスクとして形成した後、エッチングすることによりｐ型用電極層２１表面を露出させる。露出させたｐ型用電極層２１上にＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極２７を蒸着することにより形成する。フォトレジスト２１０を除去し、最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。図１１に上記のようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図を示す。
【００６８】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層２４から透光性基体２０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体２０に入射し、透光性基体２０底面で反射した後に透光性基体２０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層２４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。
【００６９】
（実施例３）
図１２に基板上の窒化物系半導体層を選択的に成長させた本発明の窒化物系半導体発光素子の実施例の模式的な断面図を示す。図１２において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体３０上にＩＴＯからなる透明導電層３１１、Ｐｄからなるｐ型用電極層３１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層３２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層３３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層３４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層３５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層３６が順次積層されており、ｐ型用電極層３１上にはＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極３７が形成されている。
【００７０】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図１３に示すように、Ｓｉ基板３８上にＳｉＯ2マスク３１２を膜厚３００ｎｍで形成する。このとき、Ｓｉ基板３８の露出部が一辺２００μｍ角の正方形となり、その露出した正方形のＳｉ基板３８同士の間隔が３００μｍとなっている。
【００７１】
次に、図１４に示すように、露出したＳｉ基板３８上にＡｌＮからなるバッファ層３９、ｎ型クラッド層３５、発光層３４、ｐ型クラッド層３３およびｐ型コンタクト層３２を選択的に順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層３２の表面上にｐ型用電極層３１として、Ｐｄを５０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層３１とｐ型コンタクト層３２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層３１とｐ型コンタクト層３２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層３１上に透明導電層３１１として膜厚１００ｎｍのＩＴＯをスパッタ法により形成する。この透明導電層３１１上に透光性基体３０として熱硬化性樹脂を塗布し、１３０℃で９０分間加熱して硬化させる。図１４はこの段階でのウエハの状態を示している。
【００７２】
次に、このウエハの側面と透光性基体３０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板３８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層３９の表面を露出させる。このときＳｉＯ2マスク３１２もこのエッチング液により除去されて、ｐ型用電極層３１が露出する。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。このようにＳｉ基板３８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体３０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。次に、ＡｌＮからなるバッファ層３９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層３５の表面を露出させる。
【００７３】
次に、図１５に示すように、露出させたｎ型クラッド層３５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層３６を形成する。この蒸着中、８０℃程度に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。次に、露出させたｐ型用電極層３１上にＰｄとＡｕとからなるｐ型パッド電極３７を蒸着することにより形成する。この段階におけるウエハの状態を図１５に示す。最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。図１６に上記のようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図を示す。
【００７４】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層３４から透光性基体３０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体３０に入射し、透光性基体３０底面で反射した後に透光性基体３０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層３４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。
【００７５】
（実施例４）
図１７に透明導電層上にＡｌバンプを設けた本発明の窒化物系半導体発光素子の実施例の模式的な断面図を示す。図１７において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体４０上にＩＴＯからなる透明導電層４１１、Ｐｄからなるｐ型用電極層４１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層４３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層４４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層４５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層４６が順次積層されている。さらに透光性基体４０中にＡｌバンプ４１３が埋め込まれている。
【００７６】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図１８に示すようにＳｉ基板４８上にＡｌＮからなるバッファ層４９、ｎ型クラッド層４５、発光層４４、ｐ型クラッド層４３およびｐ型コンタクト層４２を選択的に順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層４２の表面上にｐ型用電極層４１として、Ｐｄを１０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層４１とｐ型コンタクト層４２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層４１とｐ型コンタクト層４２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層４１上に透明導電層４１１として膜厚１００ｎｍのＩＴＯをスパッタ法により形成する。
【００７７】
この透明導電層４１１上に径が７０μｍ、高さが１００μｍのＡｌバンプ４１３を形成する。その後、透明導電層４１１上にＡｌバンプ４１３を埋め込むようにして透光性基体４０として熱硬化型エポキシ樹脂を塗布し、１３０℃で９０分加熱し硬化させる。その後、透光性基体４０を研磨し、Ａｌバンプ４１３の表面を透光性基体４０から露出させる。図１８はこの段階での状態を示している。
【００７８】
次に、このウエハの側面と透光性基体４０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板４８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層４９の表面を露出させる。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。このようにＳｉ基板４８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体４０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。次に、ＡｌＮからなるバッファ層４９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層４５の表面を露出させる。
【００７９】
次に、図１９に示すように、露出させたｎ型クラッド層４５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層４６を形成する。図１９はこの段階での状態を示している。この蒸着中、８０℃に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。
【００８０】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層４４から透光性基体４０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体４０に入射し、透光性基体４０底面で反射した後に透光性基体４０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層４４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。
【００８１】
（実施例５）
図２０に透明導電層上にＮｉメッキ層を設けた本発明の窒化物系半導体発光素子のさらに別の実施例の模式的な断面図を示す。図２０において、本発明の窒化物系半導体発光素子は、透光性樹脂からなる透光性基体５０上にＩＴＯからなる透明導電層５１１、Ｐｄからなるｐ型用電極層５１、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層５２、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５３、ＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮからなる井戸層とからなる発光層５４、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型クラッド層５５およびＨｆとＡｌからなるｎ型用電極層５６が順次積層されている。さらに透光性基体５０中に厚膜Ｎｉメッキ層５１４が埋め込まれている。
【００８２】
以下に、本実施例の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図２１に示すようにＳｉ基板５８上にＡｌＮからなるバッファ層５９、ｎ型クラッド層５５、発光層５４、ｐ型クラッド層５３およびｐ型コンタクト層５２を選択的に順次積層形成する。次に、ｐ型コンタクト層５２の表面上にｐ型用電極層５１として、Ｐｄを１０ｎｍの膜厚で蒸着し、真空中において５００℃で３分間熱処理を行なうことにより、ｐ型用電極層５１とｐ型コンタクト層５２との合金化処理を行なう。この合金化処理によってｐ型用電極層５１とｐ型コンタクト層５２との密着力が増すこととなる。次に、ｐ型用電極層５１上に透明導電層５１１として膜厚１００ｎｍのＩＴＯをスパッタ法により形成する。
【００８３】
次に、この透明導電層５１１上に直径が１００μｍの開口部を有する透光性の厚膜メッキ用レジストを透光性基体５０として膜厚で１００μｍ形成する。次に無電解メッキ法によりこの開口部内に厚膜Ｎｉメッキ層５１４を１００μｍの厚さで形成する。図２１はこの段階での状態を示している。
【００８４】
次に、このウエハの側面と透光性基体５０の表面をエレクトロンワックスで覆い、７０％のフッ酸と６０％の硝酸と氷酢酸を５：２：２の比で混合したエッチング液によりＳｉ基板５８を除去し、ＡｌＮからなるバッファ層５９の表面を露出させる。その後、たとえばアセトン等の有機溶媒でエレクトロンワックスを除去する。このようにＳｉ基板５８を完全に除去しても、透光性樹脂からなる透光性基体５０が支持基体となるため、通常の発光素子ウエハとして取り扱うことができる。次に、ＡｌＮからなるバッファ層５９をドライエッチング法により除去しｎ型クラッド層５５の表面を露出させる。
【００８５】
次に、図２２に示すように、露出させたｎ型クラッド層５５の表面上にＨｆを５ｎｍ、Ａｌを２００ｎｍの膜厚で蒸着してｎ型用電極層５６を形成する。図２２はこの段階での状態を示している。この蒸着中、８０℃程度に加熱することで良好なオーミック接触を得ることができる。最後にダイシングにより３００μｍ角の大きさに分割する。
【００８６】
このようにして作製された本実施例の窒化物系半導体発光素子を反射率の良いＡｇペースト等でリードフレーム等にダイボンドすれば、発光層５４から透光性基体５０側に放射された光はほとんど吸収されることなく透光性基体５０に入射し、透光性基体５０底面で反射した後に透光性基体５０側面から素子外部に取り出すことができるため、発光層５４から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる窒化物系半導体発光素子を作製することができる。
【００８７】
上記各実施例で作製した窒化物系半導体発光素子の光の外部取り出し効率は、従来の窒化物系半導体発光素子の光の外部取り出し効率の約２〜２．５倍であった。
【００８８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８９】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、発光層から放射される光の外部取り出し効率を向上させることができる。また、透光性基体に波長変換材料を含めた場合には、たとえば赤色、青色、緑色またはこれらの混合色や白色の発光素子を作製し得る。さらに、透光性基体に透光性樹脂またはＳＯＧを用いた場合には、低コストの発光素子も作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２】 透光性基体形成後の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図３】 ｎ型クラッド層露出後の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図４】 フォトレジスト形成後の実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図５】 実施例１の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図６】 本発明の窒化物系半導体発光素子に用いられる網目状のｐ型用電極層の一例の模式的な上面図である。
【図７】 実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図８】 透光性基体形成後の実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図９】 ｎ型クラッド層露出後の実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１０】 フォトレジスト形成後の実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１１】 実施例２の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図１２】 実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１３】 ＳｉＯ2マスク形成後の実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図１４】 透光性基体形成後の実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１５】 ｐ型パッド電極蒸着後の実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１６】 実施例３の窒化物系半導体発光素子の模式的な上面図である。
【図１７】 実施例４の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１８】 Ａｌバンプ形成後の実施例４の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図１９】 ｎ型用電極層形成後の実施例４の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２０】 実施例５の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２１】 Ｎｉメッキ層形成後の実施例５の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２２】 ｎ型用電極層形成後の実施例５の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２３】 従来の窒化物系半導体発光素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０,２０,３０,４０,５０ 透光性基体、１１,２１,３１,４１,５１ ｐ型用電極層、１２,２２,３２,４２,５２ ｐ型コンタクト層、１３,２３,３３,４３,５３ ｐ型クラッド層、１４,２４,３４,４４,５４ 発光層、１５,２５,３５,４５,５５ ｎ型クラッド層、１６,２６,３６,４６,５６ ｎ型用電極層、１７,２７,３７ ｐ型パッド電極、１８,２８,３８,４８,５８ Ｓｉ基板、１９,２９,３９,４９,５９ バッファ層、１１０,２１０,３１０ フォトレジスト、２１１,３１１,４１１,５１１ 透明導電層、３１２ ＳｉＯ2マスク、４１３ Ａｌバンプ、５１４ Ｎｉメッキ層、１００ Ａｌ基板、１０１ ｐ型オーミックコンタクト層、１０２ ｐ型層、１０３ 活性層、１０４ ｎ型層、１０５ ｎ側電極。
Claims (19)
- 透光性基体上方に順次積層された第一導電型窒化物系半導体層と発光層と第二導電型窒化物系半導体層とを含み、前記第一導電型窒化物系半導体層には第一導電型用電極層が電気的に接続され、前記第二導電型窒化物系半導体層には第二導電型用電極層が電気的に接続されており、前記透光性基体は、波長変換材料を含む透光性樹脂または波長変換材料を含むＳＯＧからなり、前記第一導電型用電極層は金属薄膜層および／または透明導電層を含み、前記透光性基体から白色の光が取り出されることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
- 前記第一導電型窒化物系半導体層はｐ型の窒化物系半導体層であり、前記第二導電型窒化物系半導体層はｎ型の窒化物系半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記第一導電型用電極層の少なくとも一部が、前記透光性基体と前記第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている前記第一導電型用電極層が、前記第一導電型窒化物系半導体層のほぼ全面と接するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 透光性基体と第一導電型窒化物系半導体層との間に形成されている前記第一導電型用電極層の少なくとも一部が、網目状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記第一導電型用電極層は、前記第一導電型窒化物系半導体層とオーミック接触をとる導電体を含んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記金属薄膜層は、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびバナジウム（Ｖ）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記透明導電層は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ
）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ガリウム（Ｇａ）および鉛（Ｐｂ）よりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。 - 請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法であって、基板を用意し、前記基板上に前記第二導電型窒化物系半導体層、前記発光層および前記第一導電型窒化物系半導体層を順次積層する工程と、前記第一導電型窒化物系半導体層上に前記第一導電型用電極層を形成する工程と、前記第二導電型窒化物系半導体層上に前記第二導電型用電極層を形成する工程と、前記第一導電型用電極層上に前記透光性基体を形成する工程とを含むことを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記基板の少なくとも一部を除去する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記基板はＳｉ基板であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記Ｓｉ基板をフッ化水素酸と硝酸とを含む混合液からなるエッチング液により除去し、前記Ｓｉ基板上に積層された第二導電型窒化物系半導体層をエッチストップ層として機能させることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記第一導電型窒化物系半導体層上に前記第一導電型用電極層を形成した後、これらの層を３００〜７００℃で熱処理を行なう工程を含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記第一導電型用電極層として、金属薄膜層および／または透明導電層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記第一導電型用電極層の少なくとも一部を網目状に形成する工程を含むことを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記第一導電型用電極層上にパッド電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項９から１５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記第一導電型用電極層上に厚膜金属層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項９から１５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記透光性基体は、透光性樹脂またはＳＯＧを硬化させる方法、透光性樹脂フィルムを貼りつける方法および透光性樹脂板を貼りつける方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法により形成されることを特徴とする請求項９から１７のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
- 前記透光性樹脂を硬化させる方法には、透光性樹脂に硬化剤を混ぜて硬化させる方法、透光性樹脂として熱硬化型樹脂を用いて加熱する方法および透光性樹脂として紫外線硬化型樹脂を用いて紫外線を照射する方法よりなる群から選ばれる少なくとも１種類の方法が用いられることを特徴とする請求項１８に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
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