JP5729335B2 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、発光層のうち所望の領域を非発光領域としたIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法である。
フェイスアップ型のIII 族窒化物半導体発光素子では、ｐパッド電極直下からの発光層から放射された光はｐパッド電極によって反射・吸収されてしまう。これを抑制するための技術として、発光層のうち平面視（発光素子主面に垂直な方向から見る場合である。以下同様）においてｐパッド電極と重なる領域に電流を流さないようにして発光を抑制し、ｐパッド電極による光の反射・吸収を抑制して光取り出し効率を向上させる技術が知られている（特許文献１、２）。
特許文献１では、ｐパッド電極としてＣｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒなどの窒素に対して反応性を有する金属を含む材料とすることで、ｐパッド電極のアロイ処理の際に、ｐ型層と窒素に対して反応性を有する金属とを反応させ、ｐ型層内に窒素の空孔を生じさせることにより、ｐパッド電極下のｐ型層に高抵抗領域を形成し、ｐパッド電極下に電流を流さないようにしている。
特許文献２では、ｐ型層上のＩＴＯからなる透明電極上にＮｉ／Ａｕからなるｐパッド電極を形成し、５００〜６５０℃で熱処理を行うことにより、透明電極のうちｐパッド電極下の領域をコンタクト抵抗の高い領域として、ｐパッド電極下に電流を流さないようにしている。
一方、ｐ電極、ｎ電極を上下に設けて縦方向（基板主面に垂直な方向）に導通をとる構造であって、ｐ電極としてＡｇなどの高反射金属を用いてｎ電極側から光を取り出す構造のIII 族窒化物半導体発光素子（そのような素子は、たとえばレーザーリフトオフ技術を用いたり、ＧａＮ基板などの導電性基板を成長基板として用いることにより作製できる）においても、発光層のうち平面視においてｎ電極と重なる領域を発光しないようにして光取り出し効率を向上させる技術が知られている。この場合、ｐ型層とｐ電極との間に絶縁膜を設ける方法や、ｎ電極直下以外の領域にのみｐ電極を設け、ｎ電極直下の領域には絶縁膜を設けてｐ電極を設けないようにする方法により、発光層のうちｎ電極直下にあたる領域を発光しないようにしている。
特開平１０−２２９２１９ 特開２０１０−８０５４２
しかし、上記のように絶縁膜を形成して非発光領域を設ける従来方法では、工程が多くて製造コストを増大させてしまう問題があった。また、特許文献１、２の方法では電極材料が限定され、ｐ電極としてＡｇなどの高反射金属を用いる場合には適用することができなかった。
そこで本発明の目的は、簡易な方法により所望の領域を非発光領域とすることができるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第１の発明は、発光層の一部領域を非発光領域とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、成長基板上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層を順に積層する第１工程と、ｐ型層を熱処理によりｐ型活性化後、ｐ型層上にｐコンタクト電極を形成する第２工程と、ｐコンタクト電極上の所望の領域に、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕからなる金属粒子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または脂肪族高級アルコールからなる溶媒に分散させたものである金属ペーストを塗布する第３工程と、１〜５０Ｐａの圧力の酸素雰囲気中または真空中、温度３００〜６００℃、５〜３０分間熱処理して金属ペーストを固化させ、併せて、金属ペースト中の水素をｐ型層の一部領域中に拡散させ、ｐ型不純物をその拡散させた水素により不活性化することにより、ｐ型層の一部領域を高抵抗領域とすることで、発光層のうち平面視において金属ペーストを塗布した領域と重なる領域を非発光領域とする第４工程と、を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
非発光領域は、発光層のうち、ｐ電極、ｎ電極間に順方向電圧を印加しても発光しない領域である。
金属ペーストには、導電性の金属粒子を溶媒に混合して分散させたものを用いることができる。金属粒子の平均粒径は任意であるが、凝集の容易さなどから、平均粒径３０〜５００ｎｍの金属粒子を用いることが望ましい。金属粒子としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどを用いることができる。また、溶媒としては、構成元素として水素を含むものを用いることができ、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、脂肪族高級アルコール（たとえばテルピネオール、デカノール、ジオール）などを用いることができる。
金属ペーストを固化させるための熱処理は、真空中、酸素雰囲気、または不活性ガス雰囲気中で行うことが望ましい。不活性ガスは、たとえば窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンである。酸素と不活性ガスとの混合雰囲気中で行ってもよい。熱処理温度、時間は、金属ペーストが固化する範囲であればよいが、３００〜６００℃で５〜３０分間の熱処理を行うことが望ましい。この温度、時間の範囲であれば、金属ペーストをより確実に固化させることができる。熱処理時の雰囲気の圧力は１〜５０Ｐａとするのが望ましい。溶媒の蒸発を容易とすることができるためである。
金属ペーストの塗布方法は、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷などの各種印刷法や、ディスペンサー、スピンコート、スプレー法、などの方法を用いることができる。
金属ペーストは、０．５〜２．０μｍの厚さに塗布することが望ましい。この範囲であれば、ｐ型層のうち、金属ペースト塗布領域と重なる領域に、より確実に高抵抗領域を形成することができる。また、より確実かつ速やかに金属ペーストを固化させることができる。
非発光領域は、縦方向に導通をとる構造であってｎ電極側から光を取り出す構造のIII 族窒化物半導体発光素子において、ｎ電極による光の反射・吸収を抑制するために利用することができる。つまり、平面視においてｎ電極と重なる領域を非発光領域とすることで、ｎ電極による光の反射・吸収を抑制することができ、光取り出し効率を向上させることができる。縦方向に導通をとる構造であってｎ電極側から光を取り出す構造は、第２の発明のように、レーザーリフトオフやケミカルリフトオフなどの成長基板を除去する技術（基板リフトオフ）を用いたり、第３の発明のように成長基板として透明導電性基板を用いることで実現することができる。透明導電性基板には、ＧａＮなどのIII 族窒化物半導体基板や、ＺｎＯ基板、などを用いることができる。
また、非発光領域は、フェイスアップ型のIII 族窒化物半導体発光素子において、ｐパッド電極による光の反射・吸収を抑制するために利用することができる。同様に、光取り出し効率を向上させることができる。
ｐコンタクト電極は、ｐ型層と接する導電性材料からなるものであり、縦型の素子構造にあってはＡｇなどの高反射な金属からなる反射電極、フェイスアップ型の素子構造あってはＩＴＯなどの透明導電性材料からなる透明電極である。
第２の発明は、第１の発明において、ｐコンタクト電極は、ＡｇまたはＡｇ合金からなり、第４工程の後、支持体とｐコンタクト電極とを接合し、基板リフトオフ法を用いて成長基板を除去する第５工程と、第５工程の後、成長基板の除去により露出したｎ型層表面であって、平面視において金属ペーストを塗布した領域と重なる領域に、ｎ電極を形成する第６工程と、をさらに有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第３の発明は、第１の発明において、成長基板として透明導電性基板を用い、ｐコンタクト電極は、ＡｇまたはＡｇ合金からなり、第４工程の後、成長基板のｎ型層形成側とは反対側の面であって、平面視において金属ペーストを塗布した領域と重なる領域に、ｎ電極を形成する第７工程をさらに有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第４の発明は、第１の発明において、III 族窒化物半導体発光素子はフェイスアップ型であり、ｐコンタクト電極は、透明導電性材料からなる透明電極であり、第４工程により固化した金属ペースト固化体をｐパッド電極とする、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、金属ペーストの溶媒は、脂肪族高級アルコールであることを特徴とする。
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、第４工程の熱処理は、酸素雰囲気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５の発明において、第４工程の熱処理は、真空中であることを特徴とする。
第８の発明は、導電性の支持体と、支持体上に位置するＡｇまたはＡｇを含む合金からなる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、発光層、ｎ型層である半導体層と、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電極の支持体側表面であって、平面視においてｎ電極と重なる領域に、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕからなる金属粒子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または脂肪族高級アルコールからなる溶媒に分散させた金属ペーストを、焼成して固化した固化物である金属ペースト固化体を有し、ｐ型層のうち、平面視において金属ペースト固化体と重なる領域は、金属ペースト中の水素をｐ型層の一部領域中に拡散させ、ｐ型不純物をその拡散させた水素により不活性化することにより高抵抗化させた高抵抗領域である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
第９の発明は、透明導電性基板と、透明導電性基板上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層である半導体層と、ｐ型層上に位置するＡｇまたはＡｇを含む合金からなるｐ電極と、透明導電性基板のｎ型層側とは反対側の表面に位置する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電極上であって、平面視においてｎ電極と重なる領域に、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕからなる金属粒子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または脂肪族高級アルコールからなる溶媒に分散させた金属ペーストを、焼成して固化した固化物である金属ペースト固化体を有し、ｐ型層のうち、平面視において金属ペースト固化体と重なる領域は、金属ペースト中の水素をｐ型層の一部領域中に拡散させ、ｐ型不純物をその拡散させた水素により不活性化することにより高抵抗化させた高抵抗領域である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
第１０の発明は、成長基板と、成長基板上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層であり、その一部がｐ型層側からエッチングされてｎ型層表面が露出した半導体層と、その露出したｎ型層上に位置するｎ電極と、ｐ型層上に位置する透明電極と、透明電極上に位置するｐパッド電極と、を有するフェイスアップ型のIII 族窒化物半導体発光素子において、ｐパッド電極は、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕからなる金属粒子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または脂肪族高級アルコールからなる溶媒に分散させた金属ペーストを、焼成して固化した金属ペースト固化体であり、ｐ型層のうち、平面視においてｐパッド電極と重なる領域は、金属ペースト中の水素をｐ型層の一部領域中に拡散させ、ｐ型不純物をその拡散させた水素により不活性化することにより高抵抗化させた高抵抗領域である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
第１１の発明は、第８の発明から第９の発明において、金属ペーストの溶媒は、脂肪族高級アルコールである、ことを特徴とする。
本発明によれば、ｐ型層の所望の領域を簡易に高抵抗領域とすることができ、平面視において高抵抗領域と重なる領域を非発光領域とすることができる。これは、金属ペーストからＨ（水素）が拡散してｐ型層に取り込まれ、ｐ型不純物であるＭｇが不活性化し、高抵抗領域が形成されるためであると考えられる。
実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。 実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。 実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。 実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。 実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。
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III 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。III 族窒化物半導体発光素子は、図１のように、導電性の支持体１０と、支持体１０上に、接合層２０を介して接合されたｐ電極３０と、ｐ電極３０上に位置し、III 族窒化物半導体からなる半導体層４０と、を有している。半導体層４０は、ｐ電極３０側から順に、ｐ型層４１、発光層４２、ｎ型層４３の３層が順に積層された構造である。ｎ型層４３表面（発光層４２側とは反対側の面）には、透明電極６０が形成されている。ｎ電極５０は、ｎ型層４３表面上に形成されている。また、ｐ電極３０と接合層２０との間であって、平面視においてｎ電極５０と重なる領域には、固化したＡｇペーストであるＡｇペースト固化体７０を有している。
支持体１０は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｃｕ−Ｗなどからなる導電性基板を用いることができる。接合層２０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、接合層を用いて支持体１０とｐ電極３０とを接合するのではなく、ｐ電極３０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１０としてもよい。ｐ電極３０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、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）などの透明電極膜と高反射金属膜からなる複合層（半導体層４０と接触する側が透明電極膜）であってもよい。透明電極膜にはＩＴＯなどの透明導電性酸化物や、Ａｕなどの金属薄膜を用いることができる。
ｐ電極３０は、ｐ型層４１表面（発光層４２側とは反対側の面）のほぼ全面（素子外周部を除くすべての領域）に接して形成されている。ｐ電極３０の接合層２０側表面上であって、平面視においてｎ電極５０と重なる領域には、Ａｇペースト固化体７０が設けられている。Ａｇペースト固化体７０は、Ａｇペーストの焼成によってＡｇ粒子を凝集させて固化したものである。
半導体層４０を構成するｐ型層４１、発光層４２、ｎ型層４３は、いずれも従来のIII 族窒化物半導体発光素子の構成として知られている任意の構成を用いることができる。たとえば、ｐ型層４１は、支持体１０側から順に、ＭｇがドープされたＧａＮからなるｐコンタクト層、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮからなるｐクラッド層が積層された構造である。発光層４２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４３は、たとえば、発光層４２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。
後述のように、Ａｇペースト固化体７０の形成の際、ｐ型層４１のうち、平面視においてｎ電極５０およびＡｇペースト固化体７０と重なる領域には、高抵抗領域４１ａが形成される。そのため、発光層４２のうち、平面視において高抵抗領域４１ａと重なる領域には、ｐ電極３０とｎ電極５０間に順方向電圧を印加しても電流が流れず、発光しない非発光領域４２ａとなる。ここで、高抵抗領域４１ａは、発光層４２のうち平面視において高抵抗領域４１ａと重なる領域が非発光領域４２ａとなる程度に、ｐ型層４１の他の領域よりも高抵抗な領域である。
ｎ型層４３の表面（発光層４２側とは反対側の面）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凹凸形状４４が形成されている。凹凸形状４４は微細な角錐が多数形成されたものであり、その角錐の側面は、素子主面に対して約６０度の角を成している。この凹凸形状４４により、光取り出し効率の向上を図っている。なお、凹凸形状４４を形成することは必ずしも必要ではなく、凹凸形状４４を形成せずにｎ型層４３表面を平坦なままとしてもよい。
透明電極６０は、凹凸形状４４を有したｎ型層４３表面の全面に形成されている。透明電極６０には、透明導電性酸化物や金属薄膜、有機透明導電材料などを用いることができる。透明導電性酸化物は、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）などである。金属薄膜は、たとえば、Ａｕなどである。
ｎ電極５０は、透明電極６０上に位置している。また、ｎ電極５０は、平面視においてＡｇペースト固化体７０と重なる領域、つまり非発光領域４２ａと重なる領域に位置している。ｎ電極５０の材料には、III 族窒化物半導体発光素子のｎ電極の材料として従来用いられてきた材料を用いることができる。たとえば、Ｖ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕである。ここで記号「／」は積層であることを意味し、Ａ／ＢはＡを成膜したのちＢを成膜する意味する。以下において同じである。ここではｎ型層４３側から順に積層させた構造を示すものである。
この実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、支持体１０裏面（接合層２０側とは反対側の面）に設けられた裏面電極（図示しない）とｎ電極５０間に電圧を印加して素子主面に垂直な方向に導通させて発光させ、ｎ型層４３側から光を取り出す構造である。発光層４２から放射される光のうち、ｎ型層４３側へ放射される光はそのまま外部へ放射され、ｐ型層４１側へ放射される光はｐ電極３０によって反射させてｎ型層４３側から放射させる。ここで、発光層４２のうち、平面視においてｎ電極５０と重なる領域は、非発光領域４２ａとなっている。そのため、発光層４２から放射される光がｎ電極５０によって反射・吸収されてしまうことが抑制されている。よって、ｎ電極５０側から効率的に光を取り出すことができる構造となっている。
次に、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について、図２を参照に説明する。
（半導体層４０形成工程）
まず、サファイア基板９０を用意し、サーマルクリーニングを行ってサファイア基板９０表面の不純物を除去する。そして、サファイア基板９０上に、ＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を介してＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体からなるｎ型層４３、発光層４２、ｐ型層４１を順に積層させ、半導体層４０を形成する（図２．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 、Ｎ2 である。成長基板としてサファイア基板９０以外にも、ＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、などの基板を用いることができる。そして、半導体層４０の形成後、窒素雰囲気中で熱処理を行うことでＭｇを活性化させてｐ型層４１をｐ型化する。
（ｐ電極３０形成工程）
次に、ｐ型層４１上に、スパッタ法によってｐ電極３０を形成する（図２．Ｂ）。ｐ電極３０の形成には他に蒸着法を用いてもよい。
（Ａｇペースト塗布工程）
次に、ｐ電極３０上であって、後の工程で形成するｎ電極５０と平面視において重なる領域に、Ａｇペーストを塗布する。Ａｇペーストは、Ａｇ粒子を溶媒に混合し分散させたものである。溶媒には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、脂肪族高級アルコールなどの、構成元素として水素を含むものを用いることができる。特に脂肪族高級アルコールとして、テルピネオール、デカノール、ジオールなどを用いることができる。また、Ａｇ粒子の凝集を防止するための分散材がＡｇ粒子を被膜していてもよい。Ａｇ粒子の平均粒径は任意であるが、凝集の容易さの点などから、平均粒径３０〜５００ｎｍのＡｇ粒子を用いることが望ましい。Ａｇペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷などの各種印刷法や、ディスペンサー、スピンコート、スプレー法、などの方法を用いることができる。Ａｇペーストの厚さは０．５〜２．０μｍとすることが望ましい。
（Ａｇペースト焼成工程）
次に、真空中、または圧力１〜５０Ｐａの酸素雰囲気において、５００℃で１０分間、熱処理を行う。この熱処理により、Ａｇペースト中の溶媒を蒸発させ、Ａｇ粒子を凝集させることで固化させ、Ａｇペースト固化体７０を形成する（図２．Ｃ）。
なお、熱処理の条件は上記に限るものではなく、以下のような条件であってよい。熱処理の雰囲気は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、窒素などの不活性ガスであってもよい。また、酸素とそれら不活性ガスとの混合雰囲気でもよい。特に、製造プロセスとの整合性などから窒素を用いることが好ましい。また、熱処理の温度、時間は、Ａｇペーストが固化する範囲であればよい。その温度、時間はＡｇペーストの溶媒の材料等などに依存するが、たとえば３００〜６００℃、５〜３０分の範囲としてもよい。また、熱処理時の雰囲気の圧力は、上記１〜５０Ｐａの範囲に限るものではないが、この範囲とすることで溶媒の蒸発を容易とすることができる。
この熱処理によりＡｇペースト固化体７０を形成すると、ｐ型層４１のうち、Ａｇペースト固化体７０と平面視において重なる領域は高抵抗化し、高抵抗領域４１ａが形成される。そのため、発光層４２のうち、平面視において高抵抗領域４１ａと重なる領域は非発光領域４２ａとなる。高抵抗領域４１ａが形成される理由は、Ａｇペーストの溶媒に含まれるＨ（水素）が拡散してｐ型層４１に取り込まれ、ｐ型不純物であるＭｇを不活性化するためであると考えられる。
（支持体１０接合工程）
次に、ｐ電極３０上およびＡｇペースト固化体７０上の全面に接合層２０を形成する。なお、ｐ電極３０およびＡｇペースト固化体７０と接合層２０との間に、接合層２０を構成する金属元素がｐ電極３０やｐ型層４１に拡散するのを防止するために、拡散防止層を形成しておくことが望ましい。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を含む多層膜を用いることができる。そして、支持体１０を用意し、接合層２０を介して、支持体１０とｐ電極３０を接合する（図２．Ｄ）。この際、支持体１０の一方の表面にも接合層２０を形成し、支持体１０の接合層２０とｐ電極３０上の接合層２０とを合わせて加熱プレスすることで接合している。
（レーザーリフトオフ工程）
そして、レーザーリフトオフにより、サファイア基板９０を分離除去する（図２．Ｅ）。すなわち、サファイア基板９０側から、サファイアは透過しIII 族窒化物半導体では吸収される波長のレーザー光（たとえばＫｒＦなどのエキシマレーザ）を照射し、サファイア基板９０と半導体層４０との界面近傍の半導体層４０を分解することで、半導体層４０からサファイア基板９０を剥離して除去する。
（凹凸形状４４形成工程）
次に、ｎ型層４３表面をＴＭＡＨ水溶液によってウェットエッチングし、ｎ型層４３表面に凹凸形状４４を形成する（図２．Ｆ）。このウェットエッチングにはＴＭＡＨ以外にもＫＯＨやＮａＯＨ、リン酸などを用いることもできる。
（透明電極６０形成工程）
次に、凹凸形状４４の形成されたｎ型層４３表面の全面に、透明電極６０をスパッタによって形成する（図２．Ｇ）。なお、透明電極６０の形成にはスパッタ以外にも蒸着などによって形成してもよい。
（ｎ電極５０形成工程）
次に、スパッタまたは蒸着とリフトオフ法を用いて、透明電極６０上であって、平面視においてＡｇペースト固化体７０と重なる領域にｎ電極５０を形成する。つまり、ｎ電極５０は非発光領域４２ａの上部に形成する。そして、支持体１０を研磨して薄くし、支持体１０裏面に裏面電極（図示しない）を形成し、レーザーダイシング、スクライビング等による素子分離を行う。以上の工程によって、図１に示した実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。
この実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、発光層４２の所望の領域、つまり平面視においてｎ電極５０と重なる領域を、容易に非発光領域４２ａとすることができ、光取り出し効率を向上させることができる。
図３は、実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、ｎ型のＧａＮ基板２００と、ＧａＮ基板２００上に位置し、III 族窒化物半導体からなる半導体層２４０と、を有している。半導体層２４０は、ＧａＮ基板２００側から順に、ｎ型層２４３、発光層２４２、ｐ型層２４１の３層が積層された構造である。ＧａＮ基板２００裏面（半導体層２４０側とは反対側の面）には、ｎ電極２５０が設けられている。また、ｐ型層２４１表面（発光層２４２側とは反対側の面）のほぼ全面には、ｐ電極２３０が設けられている。ｐ電極２３０上であって、平面視においてｎ電極５０に重なる領域には、Ａｇペースト固化体２７０が設けられている。
半導体層２４０の構成は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の半導体層４０と同様の構成とすることができる。また、ｐ電極２３０、ｎ電極２５０の材料等についても実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子のｐ電極３０、ｎ電極５０と同様のものを用いることができる。また、ＧａＮ基板２００裏面とｎ電極２５０との間に透明電極を設け、電流拡散性を向上させるようにしてもよい。また、Ａｇペースト固化体２７０は、実施例１と同様のＡｇペーストを固化したものである。また、ＧａＮ基板２００以外にも、III 族窒化物半導体発光素子の発光波長に対して透明で、かつ導電性を有し、III 族窒化物半導体に格子定数が近い材料からなる基板を用いることができる。たとえば、ＧａＮ以外のIII 族窒化物半導体からなる基板や、ＺｎＯ、Ｇａ2 Ｏ3 、ＳｉＣなどからなる基板である。
ｐ型層２４１のうち、平面視においてｎ電極２５０およびＡｇペースト固化体２７０と重なる領域には、高抵抗領域２４１ａが形成されている。そのため、発光層２４２のうち、平面視において高抵抗領域２４１ａと重なる領域には、ｐ電極２３０とｎ電極２５０間に順方向電圧を印加しても電流が流れず、非発光領域２４２ａとなる。
この実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、ｐ電極２３０とｎ電極２５０間に電圧を印加して素子主面に垂直な方向に導通させて発光させ、ｎ型層２４３側から光を取り出す構造である。発光層２４２から放射される光のうち、ｎ型層２４３側へ放射される光はそのまま外部へ放射され、ｐ型層２４１側へ放射される光はｐ電極２３０によって反射させてｎ型層２４３側から放射させる。ここで、発光層２４２のうち、平面視においてｎ電極２５０と重なる領域が非発光領域２４２ａであるため、ｎ電極２５０によって光が反射・吸収されてしまうことが抑制されている。そのため、光取り出し効率が向上されている。
次に、実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について、図４を参照に説明する。
（半導体層２４０形成工程）
まず、ｎ型のＧａＮ基板２００を用意し、ＧａＮ基板２００上にＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体からなるｎ型層２４３、発光層２４２、ｐ型層２４１を順に積層させ、半導体層２４０を形成する（図４．Ａ）。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の半導体層４０形成時と同様である。半導体層２４０の形成後、窒素雰囲気中で熱処理を行ってｐ型層２４１を活性化する。
（ｐ電極２３０形成工程）
次に、ｐ型層２４１上のほぼ全面にスパッタ法によってｐ電極２３０を形成する（図４．Ｂ）。ｐ電極２３０の形成には他に蒸着法を用いてもよい。
（Ａｇペースト塗布工程）
次に、ｐ電極２３０上であって、平面視において後に形成するｎ電極２５０と重なる領域に、Ａｇペーストを塗布する。Ａｇペーストの材料、塗布方法については、実施例１のＡｇペーストと同様である。
（Ａｇペースト焼成工程）
次に、熱処理を行ってＡｇペーストを固化し、Ａｇペースト固化体２７０を形成する（図４．Ｃ）。熱処理の各種条件については、実施例１のＡｇペースト焼成工程における熱処理条件と同様である。
この熱処理によりＡｇペースト固化体２７０を形成すると、ｐ型層２４１のうち、Ａｇペースト固化体２７０と平面視において重なる領域は高抵抗化し、高抵抗領域２４１ａが形成される。そのため、発光層２４２のうち、平面視において高抵抗領域２４１ａと重なる領域は非発光領域２４２ａとなる。
（ｎ電極２５０形成工程）
次に、スパッタまたは蒸着とリフトオフ法を用いて、ＧａＮ基板２００裏面であって平面視においてＡｇペースト固化体２７０と重なる領域にｎ電極２５０を形成する。以上によって図３に示した実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。
この実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、発光層２４２のうち、平面視においてｎ電極２５０と重なる領域を容易に非発光領域２４２ａとすることができ、ｎ電極２５０による光の反射・吸収を抑制して光取り出し効率を向上させることができる。
図５は、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子はフェイスアップ型であり、成長基板であるサファイア基板３００と、サファイア基板３００上に位置するIII 族窒化物半導体からなる半導体層３１０と、を有している。半導体層３１０は、サファイア基板３００側から順に、ｎ型層３１１、発光層３１２、ｐ型層３１３の３層が積層された構造である。半導体層３１０の一部はエッチングにより除去されて溝が形成されており、溝の底面にはｎ型層３１１が露出する。その露出したｎ型層３１１上にはｎ電極３５０が形成されている。また、ｐ型層３１３表面（発光層３１２側とは反対側の面）のほぼ全面には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる透明電極３３０が設けられている。透明電極３３０上の一部領域には、Ａｕペースト固化体であるｐパッド電極３４０が形成されている。
ｐパッド電極３４０は、Ａｕペーストを熱処理によって固化したものである。Ａｕペーストは、Ａｕ粒子を実施例１、２のＡｇペーストと同様の溶媒に混合し分散させたものである。透明電極３３０には、ＩＴＯ以外にもＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム）などを用いることができる。
ｐ型層３１３のうち、平面視においてｐパッド電極３４０と重なる領域には、高抵抗領域３１３ａが形成されている。そのため、発光層３１２のうち、平面視において高抵抗領域３１３ａと重なる領域には、ｐパッド電極３４０とｎ電極３５０間に順方向電圧を印加しても電流が流れず、非発光領域３１２ａとなる。
この実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子は、ｐパッド電極３４０とｎ電極３５０間に電圧を印加して素子主面方向に導通させて発光させ、ｐパッド電極３４０、およびｎ電極３５０側から光を取り出す構造である。ここで、発光層３１２のうち、平面視においてｐパッド電極３４０と重なる領域が非発光領域３１２ａであるため、ｐパッド電極３４０によって光が反射・吸収されてしまうことが抑制されている。そのため、光取り出し効率が向上されている。
次に、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について、図６を参照に説明する。
（半導体層３１０形成工程）
まず、サファイア基板３００を用意し、サファイア基板３００上にＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体からなるｎ型層３１１、発光層３１２、ｐ型層３１３を順に積層させ、半導体層３１０を形成する（図６．Ａ）。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の半導体層４０形成時と同様である。半導体層３１０の形成後、窒素雰囲気中で熱処理を行ってｐ型層３１３を活性化する。
（透明電極３３０形成工程）
次に、ｐ型層３１３表面のほぼ全面に蒸着あるいはスパッタによってＩＴＯからなる透明電極３３０を形成する（図６．Ｂ）。
（ｎ電極３５０形成工程）
次に、ドライエッチングによって、透明電極３３０側からｎ型層３１１に達する溝を所定領域に形成する。そして、この溝の底面に露出したｎ型層３１１上に、蒸着またはスパッタとリフトオフ法を用いてｎ電極３５０を形成する（図６．Ｃ）。
（ｐパッド電極３４０形成工程）
次に、透明電極３３０上の所定の領域に、Ａｕペーストを塗布する。Ａｕペーストは、Ａｕ粒子を実施例１のＡｇペーストの溶媒と同様の溶媒に分散させたものである。Ａｕペーストの塗布方法については、実施例１のＡｇペーストと同様である。次に、熱処理を行ってＡｕペーストを固化し、その固化したＡｕペーストをｐパッド電極３４０とする（図６．Ｄ）。熱処理の各種条件については、実施例１のＡｇペースト焼成工程における熱処理条件と同様である。
この熱処理によりＡｕペーストを固化すると、ｐ型層３１３のうち、Ａｕペースト固化体であるｐパッド電極３４０と平面視において重なる領域は高抵抗化し、高抵抗領域３１３ａが形成される。そのため、発光層３１２のうち、平面視において高抵抗領域３１３ａと重なる領域は非発光領域３１２ａとなる。
以上、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法によると、ｐパッド電極３４０の形成とともに、ｐ型層３１３のうち、平面視においてｐパッド電極３４０と重なる領域に高抵抗領域３１３ａを形成することができる。そのため、絶縁膜などを形成して高抵抗領域を形成していた従来の製造方法に比べて工程数を削減することができ、製造コストを低減することができる。
なお、実施例１、２において、ｎ電極のすべての領域が、平面視において非発光領域と重なっている必要はなく、ｎ電極の一部領域が非発光領域と重なっているのみであってもよい。この場合も、重なる領域についてはｎ電極による光の反射・吸収が抑制されるため、光取り出し効率を向上させることができる。たとえば、ｎ電極５０が、ボンディングワイヤとの接続部であるパッド部と、パッド部から配線状に延びる配線状部と、で構成されている場合、パッド部のみが非発光領域４２ａと重なり、配線状部は発光領域と重なるようにしてもよい。ただし、より光取り出し効率を向上させるためには、ｎ電極のすべての領域を非発光領域と重なるようにすることが望ましい。
また、実施例１では、成長基板である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。
また、ｐ型層に高抵抗領域を形成するために、実施例１、２ではＡｇペースト、実施例３ではＡｕペーストを用いているが、導電性を有した任意の材料からなる金属粒子を溶媒に混合し分散させた金属ペーストであればよい。高抵抗領域の形成に寄与しているのは構成元素として水素を含む材料からなる溶媒であると考えられ、高抵抗領域形成後の金属ペースト固化体は導電性を有していれば十分だからである。たとえば、Ｃｕ粒子を混合し分散したＣｕペーストを用いてもよい。
本発明により製造される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利用することができる。
１０：支持体
２０：接合層
３０、２３０：ｐ電極
４０、２４０：半導体層
４１、２４１：ｐ型層
４２、２４２：発光層
４３、２４３：ｎ型層
５０、２５０：ｎ電極
６０：透明電極
７０、２７０：Ａｇペースト固化体
２００：ＧａＮ基板

Claims (11)

  1. 発光層の一部領域を非発光領域とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
    成長基板上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層を順に積層する第１工程と、
    前記ｐ型層を熱処理によりｐ型活性化後、前記ｐ型層上にｐコンタクト電極を形成する第２工程と、
    前記ｐコンタクト電極上の所望の領域に、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕからなる金属粒子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または脂肪族高級アルコールからなる溶媒に分散させたものである金属ペーストを塗布する第３工程と、
    １〜５０Ｐａの圧力の酸素雰囲気中または真空中、温度３００〜６００℃、５〜３０分間熱処理して前記金属ペーストを固化させ、併せて、前記金属ペースト中の水素を前記ｐ型層の一部領域中に拡散させ、ｐ型不純物をその拡散させた水素により不活性化することにより、前記ｐ型層の一部領域を高抵抗領域とすることで、前記発光層のうち平面視において前記金属ペーストを塗布した領域と重なる領域を前記非発光領域とする第４工程と、
    を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
  2. ｐコンタクト電極は、ＡｇまたはＡｇ合金からなり、
    前記第４工程の後、支持体と前記ｐコンタクト電極とを接合し、基板リフトオフ法を用いて前記成長基板を除去する第５工程と、
    前記第５工程の後、前記成長基板の除去により露出した前記ｎ型層表面であって、平面視において金属ペーストを塗布した領域と重なる領域に、ｎ電極を形成する第６工程と、
    をさらに有す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の製造方法。
  3. 前記成長基板として透明導電性基板を用い、
    ｐコンタクト電極は、ＡｇまたはＡｇ合金からなり、
    前記第４工程の後、前記成長基板のｎ型層形成側とは反対側の面であって、平面視において金属ペーストを塗布した領域と重なる領域に、ｎ電極を形成する第７工程をさらに有す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の製造方法。
  4. 前記III 族窒化物半導体発光素子はフェイスアップ型であり、
    前記ｐコンタクト電極は、透明導電性材料からなる透明電極であり、
    前記第４工程により固化した金属ペースト固化体をｐパッド電極とする、
    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の製造方法。
  5. 前記金属ペーストの前記溶媒は、脂肪族高級アルコールである、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
  6. 前記第４工程の熱処理は、酸素雰囲気で行う、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
  7. 前記第４工程の熱処理は、真空中で行う、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
  8. 導電性の支持体と、前記支持体上に位置するＡｇまたはＡｇを含む合金からなる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、発光層、ｎ型層である半導体層と、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電極の前記支持体側表面であって、平面視において前記ｎ電極と重なる領域に、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕからなる金属粒子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または脂肪族高級アルコールからなる溶媒に分散させた金属ペーストを、焼成して固化した固化物である金属ペースト固化体を有し、
    前記ｐ型層のうち、平面視において前記金属ペースト固化体と重なる領域は、前記金属ペースト中の水素を前記ｐ型層の一部領域中に拡散させ、ｐ型不純物をその拡散させた水素により不活性化することにより高抵抗化させた高抵抗領域である、
    ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  9. 透明導電性基板と、前記透明導電性基板上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層である半導体層と、前記ｐ型層上に位置するＡｇまたはＡｇを含む合金からなるｐ電極と、前記透明導電性基板の前記ｎ型層側とは反対側の表面に位置する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電極上であって、平面視において前記ｎ電極と重なる領域に、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕからなる金属粒子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または脂肪族高級アルコールからなる溶媒に分散させた金属ペーストを、焼成して固化した固化物である金属ペースト固化体を有し、
    前記ｐ型層のうち、平面視において前記金属ペースト固化体と重なる領域は、前記金属ペースト中の水素を前記ｐ型層の一部領域中に拡散させ、ｐ型不純物をその拡散させた水素により不活性化することにより高抵抗化させた高抵抗領域である、
    ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  10. 成長基板と、前記成長基板上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層であり、その一部がｐ型層側からエッチングされてｎ型層表面が露出した半導体層と、その露出したｎ型層上に位置するｎ電極と、前記ｐ型層上に位置する透明電極と、前記透明電極上に位置するｐパッド電極と、を有するフェイスアップ型のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記ｐパッド電極は、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｕからなる金属粒子を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、または脂肪族高級アルコールからなる溶媒に分散させた金属ペーストを、焼成して固化した金属ペースト固化体であり、
    前記ｐ型層のうち、平面視において前記ｐパッド電極と重なる領域は、前記金属ペースト中の水素を前記ｐ型層の一部領域中に拡散させ、ｐ型不純物をその拡散させた水素により不活性化することにより高抵抗化させた高抵抗領域である、
    ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  11. 前記金属ペーストの溶媒は、脂肪族高級アルコールである、ことを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
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