JP5776535B2

JP5776535B2 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子

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Publication number: JP5776535B2
Application number: JP2011275518A
Authority: JP
Inventors: 水谷　浩一; 浩一水谷; 良平稲沢; 由平池本; 伴之多井中
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-12-16
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Description

本発明は、基板リフトオフ法によって成長基板を除去され、支持体と接合されたIII 族窒化物半導体発光素子に関するものであり、特にｎ電極のパターンに特徴を有する。

III 族窒化物半導体の成長基板として、一般的にサファイア基板が用いられている。しかし、サファイアは導電性や熱伝導性に問題があり、明確な劈開面がなく加工が容易でない。そこで、これらの問題を解決する技術として、成長基板上にIII 族窒化物半導体を成長させた後に成長基板を除去する技術（基板リフトオフ）が開発されている。

その技術の１つがレーザーリフトオフ法である。これは、III 族窒化物半導体層と支持基板とを接合した後、成長基板とIII 族窒化物半導体との界面にレーザーを照射してIII 族窒化物半導体層を分解させて成長基板を分離除去する方法である。また、別の技術として、III 族窒化物半導体層の成長基板に近い層に薬液に溶解可能な層を導入し、III 族窒化物半導体層と支持基板とを接合した後に、所望の薬液により上記薬液に溶解可能な層を溶解して成長基板を除去する方法（ケミカルリフトオフ法）も知られている。

このような基板リフトオフによるIII 族窒化物半導体発光素子では、たとえば、基板の除去により露出したｎ型層表面にｎ電極を設け、支持基板として導電性材料を用いることで縦に導通をとる構造としている。このようなIII 族窒化物半導体発光素子において、素子全面に電流を拡散させるために、ｎ電極をパッド部と線状部とで構成することが知られている（たとえば特許文献１、２）。パッド部はボンディングワイヤが接続される部分であり、線状部は、パッド部から線状に延伸する部分である。

また、基板リフトオフによるIII 族窒化物半導体発光素子では、ｎ型層側から光を取り出すこととなるが、ｎ電極が光を反射・吸収してしまい、光取り出し効率を悪化させてしまうという問題がある。また、ｎ電極の面積を小さくして反射・吸収を抑制しようとすると、駆動電圧を上昇させてしまう。これらの問題を解決するべく、特許文献１、２ではｎ電極のパッド部、線状部に対して、さらに以下のような工夫をしている。

特許文献１では、線状部が外周に沿った枠状に形成された外周線路部を有することで、発光領域全体に電流を供給することができるようにしている。また、ｎ電極のパッド部の一部を絶縁膜上に形成することで、パッド部に電流が集中してしまうのを抑制し、電流を発光領域全体に拡散することができるとともに、パッド部がｎ型層と接する面積が小さくなるため、パッド部直下の発光を抑制し、光の反射・吸収を抑制することができる。

また、特許文献２には、２つのパッド部と、２つのパッド部から線状に延伸された互いに平行に離間した第１延伸部、第２延伸部と、第１延伸部と第２延伸部との間に位置し、それらに平行な線状に延伸されたの第３延伸部と、第１延伸部と第３延伸部、および第２延伸部と第３延伸部とを接続し、互いに平行に離間した線状の第１接続延伸部、第２接続延伸部と、を有した構造のｎ電極が示されている。また、ｎ電極は外周に沿って枠状に形成された外周部を有しないことが記載されている。このようなｎ電極とすることで、光取り出し効率を向上させつつ、駆動電圧上昇を抑制できることが記載されている。

特開２０１０−１５７５７９特開２０１１−１１４２４０

しかし、特許文献１、２のようなｎ電極の構造を採用しても、ｎ電極による光の反射・吸収の抑制効果は十分でなかった。そのため、光取り出し効率を十分に向上させることができなかった。

そこで本発明の目的は、ｎ電極による光の反射・吸収を低減し、光取り出し効率が向上されたIII 族窒化物半導体発光素子を実現することである。

第１の発明は、導電性の支持体と、支持体上に位置するｐ電極と、ｐ電極上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなるｐ型層、発光層、ｎ型層である半導体層と、ｎ型層に給電するためのｎ電極と、を有し、ｎ型層の長方形の表面から光を出力するIII 族窒化物半導体発光素子において、半導体層の外周を貫通し、半導体層をメサ状とする素子分離溝と、絶縁膜であって、ｎ型層の表面上の外周領域に形成された第１領域、素子分離溝の側面に形成された第２領域、および、素子分離溝の底面に形成された第３領域を有して連続して設けられ、素子分離溝の側面にｐ型層、発光層、ｎ型層が露出することによる電流のリーク又はショートを防止するための絶縁膜と、を有し、ｎ電極は、ボンディングワイヤと接続され、ｎ型層の表面上の外周領域であって長方形の短辺又は角部に位置し、その一部が絶縁膜上に位置し、残部がｎ型層の表面に接触するパッド部と、パッド部から離間して、ｎ型層の表面上の外周領域であってパッド部が配設された短辺又は角部と対向する短辺又は対角位置にある角部に位置し、その一部が絶縁膜上に位置し、残部がｎ型層の表面に接触するコンタクト部と、半導体層の外周に沿って線状に延伸してパッド部とコンタクト部とを接続し、外周を一周する閉じた枠状に形成された外周線状部であって、その外周線状部の全幅が全長に渡り絶縁膜上にのみ位置する外周線状部と、を有し、ｎ電極には、コンタクト部及びパッド部の他には、ｎ型層の表面と接触する部分が存在しないことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

ここで、「外周」とは平面視におけるIII 族窒化物半導体発光素子の外周またはその近傍の領域を意味する。

パッド部は、一部が絶縁膜上に位置していることが望ましい。パッド部による光の反射・吸収で光取り出し効率が低下してしまうのを抑制することができるからである。また、コンタクト部もまた、一部が絶縁膜上に位置していることが望ましい。コンタクト部による光の反射・吸収で光取り出し効率が低下してしまうのを抑制することができるからである。

パッド部およびコンタクト部と、外周線状部とでは、同一材料であってもよいし、材料が異なっていてもよい。パッド部およびコンタクト部にはｎ型層に対してオーミック接触する材料を用い、外周線状部にはパッド部よりも絶縁膜に対する密着性の高い材料を用いることができる。ｎ型層に対してオーミック接触する材料は、たとえば、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、またはそれらを含む合金である。絶縁膜に対する密着性の高い材料は、たとえば、Ｎｉやそれを含む合金である。パッド部やコンタクト部の平面視での形状は任意であり、正方形や長方形（矩形）、円、扇形、などである。

また、ｎ型層表面（ｎ電極形成側の面）には、凹凸形状を設けて光取り出し効率を向上させるようにしてもよい。

第２の発明は、第１の発明において、外周線状部は、絶縁膜の第３領域上にのみ位置する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

ｎ電極は、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、またはそれらを含む合金で構成しても良い。

第３の発明は、ｎ電極のうち、パッド部およびコンタクト部は、ｎ型層に対してオーミック接触する材料からなり、外周線状部は、パッド部よりも絶縁膜に対する密着性の高い材料からなる、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

第４の発明は、第３の発明において、パッド部およびコンタクト部は、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、またはそれらを含む合金からなり、外周線状部は、パッド部とは異なる材料であって、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、またはこれらを含む合金からなる、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

本発明では、ｎ電極がパッド部、コンタクト部、およびパッド部とコンタクト部とを接続する外周線状部とを有する構造とし、外周線状部の全部を、素子分離溝の底面、側面、ｎ型層上の外周領域に連続して形成された絶縁膜上に配置することで、光の反射・吸収を低減することができ、光取り出し効率を向上させることができる。特に本発明は、均一に電流を流しづらい形状のIII 族窒化物半導体発光素子、たとえば平面視でアスペクト比の大きい長方形などである場合に特に有効である。そのようなIII 族窒化物半導体発光素子であっても、発光領域全体に均一に電流を拡散させることができ、光出力を低下させることなく発光効率を向上させることができる。

実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した平面図。実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図。実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図。変形例のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図。実施例１およびその変形例におけるパッド部５１の位置を示した図。実施例１およびその変形例における外周線状部５２ａの位置を示した図。変形例１のｎ電極１５０のパターンを示した図。変形例２のｎ電極２５０のパターンを示した図。変形例３のｎ電極３５０のパターンを示した図。変形例４のｎ電極４５０のパターンを示した図。変形例５のｎ電極５５０のパターンを示した図。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平面図。

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。なお、以下において「外周」とは、特に断りのない限り、平面視における素子の外周あるいはその近傍の領域を示す。

図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子１の構成を示した平面図、図２は、図１におけるＡ−Ａでの断面図、図３はＢ−Ｂでの断面図である。図１のように、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、平面視で正方形である。

実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子１は、図２、３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電極上に位置し、III 族窒化物半導体からなる半導体層４０と、半導体層４０上に位置するｎ電極５０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層が積層された構造である。ｐ電極３０と半導体層４０との間であって、平面視においてｎ電極５０と対向する位置には、電流注入防止層６０が形成されている。また、半導体層４０の端部（平面視において素子の外周にあたる領域）には、素子分離溝７０が形成されている。素子分離溝７０は、半導体層４０を貫通している。また、その素子分離溝７０の底面、側面、ｎ型層４３上の端部に連続して、絶縁膜８０が形成されている。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。

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２０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。

電流注入防止層６０は、ｐ電極３０と半導体層４０との間であって、平面視においてｎ電極５０と同一の領域および半導体層４０の端部領域に位置している。発光しない半導体層４０の端部領域や、発光しても大部分がｎ電極５０に反射・吸収される領域にｐ電極３０が接触して電流が注入されるのを、電流注入防止層６０によって抑制することで、発光効率の向上を図っている。電流注入防止層６０には、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ_xＮ_y、ＳｉＯ_xＮ_yなどを用いることができる。また、電流注入防止層６０はこれらの材料からなる単層であってもよいし、複数の層であってもよい。電流注入防止層６０を誘電体多層膜による反射ミラーとして、光をｎ型層４３側へ反射させることで、光取り出し効率を向上させるようにしてもよい。

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。支持体１０及びその上の半導体層４０は、平面視で正方形をしている。

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。この凹凸形状４４は、ｎ型層４３表面のうちｎ電極５０を形成する領域には設けず、平坦なままとすることが望ましい。ｎ電極５０の裏面（ｎ型層４３側の面）と凹凸形状４４との間で光が多重反射して減衰してしまい、光取り出し効率が悪化してしまうのを防止するためである。

また、ｎ型層４３表面には、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＩＺＯなどの透明導電性酸化物や、Ａｕなどの金属薄膜からなる透明電極が形成されていてもよい。透明電極により素子面方向に電流を効率的に拡散させることができる。実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の変形例として、ｎ型層４３表面に透明電極５５を形成したIII 族窒化物半導体発光素子の断面図を図４に示す。この図４は、図２と同様に図１のＡ−Ａでの断面図に対応する部分の断面図である。図４のように、透明電極５５はｎ型層４３表面の凹凸形状４４に沿って膜上に形成されており、その透明電極５５上にｎ電極５０が形成されている。

素子分離溝７０は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程において、成長基板上に形成された半導体層４０を各素子ごとに分離するために設ける溝であり、素子製造後においては、図１〜３のように、半導体層４０をメサ状とするように素子の外周部に形成された溝である。この素子分離溝７０は、半導体層４０を貫通している。

絶縁膜８０は、素子分離溝７０の底面、側面、およびｎ型層４３表面の端部、に連続して膜状に形成されている。平面視では、図１のように、素子の外周Ｃと点線Ｄとによる正方形の枠状の領域が絶縁膜８０の領域である。この絶縁膜８０によって、素子分離溝７０の側面にｐ型層４１、発光層４２、ｎ型層４３が露出することによる電流のリークやショートを防止している。以下、図２、３に示すように、ｎ型層４３表面の端部に形成されている絶縁膜８０の領域を第１領域８０ａ、素子分離溝７０の側面に形成されている絶縁膜８０の領域を第２領域８０ｂ、素子分離溝７０の底面に形成されている絶縁膜８０の領域を第３領域８０ｃと呼ぶことにする。絶縁膜８０には、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ_xＮ_y、ＡｌＮ、ＳｉＯ_xＮ_yなどを用いることができる。また、絶縁膜８０はこれらの材料からなる単層であってもよいし、複数の層であってもよい。また、絶縁膜８０を誘電体多層膜による反射ミラーやＡＲ膜としてもよい。また、電流注入防止層６０と同一材料としてもよい。

ｎ電極５０は、図１、図２、図３に示すように、２つのパッド部５１と線状部５２とにより構成されていて、線状部５２はさらに外周線状部５２ａと分断部５２ｂにより構成されている。パッド部５１と線状部５２ともに同じ材料からなり、ｎ型層４３に対してオーミック接触する材料からなる。そのような材料は、たとえば、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒやそれらを含む合金などである。

２つのパッド部５１は、図１のように、平面視で正方形である素子の対角位置にそれぞれ離間して配置されている。パッド部５１の平面視における形状は矩形である。他にも円や円を１／４に分割した扇形など、ワイヤをボンディングできる面積を有していれば任意の形状でよい。外周線状部５２ａは、素子の外周部にその外周に沿って一周する枠状に形成されていて、２つのパッド部５１は外周線状部５２ａによって接続されている。分断部５２ｂは、平面視における素子の正方形の各辺に平行な２本の直線が直交した十字型の線状パターンを、その正方形の辺に平行な位置から少しずらして交差した十字型のパターンである。その十字型の交差する点は平面視における素子の中心部となる配置である。また、そして十字型のパターンを構成する２本の直線は、それぞれがその両端で外周線状部５２ａに接続している。そして、外周線状部５２ａと分断部５２ｂとによって分けられる４つの領域Ｓ１〜Ｓ４のうち、パッド部５１を含む領域Ｓ２、Ｓ３は、パッド部を含まない領域Ｓ１、Ｓ４に比べて面積が広くなっている。パッド部５１の近傍は、電流の分散効果が高いため、パッド部５１を含む領域Ｓ２、Ｓ３の面積を、パッド部５１を含まない領域Ｓ１、Ｓ４よりも広く取ることで、電流の拡散性を向上させている。

また、パッド部５１は、図２のように、一部はｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している。また、その絶縁膜８０上に位置している部分は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ、第２領域８０ｂ、第３領域８０ｃ上に連続して位置している。

また、外周線状部５２ａは、図２のように、一部はｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している。また、その絶縁膜８０上に位置している部分は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ、第２領域８０ｂ、第３領域８０ｃ上に連続して位置している。

以上に説明した実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子のｎ電極５０では、ボンディングワイヤが接続される２つのパッド部５１に電子が注入され、外周線状部５２ａを介して電子が外周部に拡散され、外周線状部５２ａに接続する分断部５２ｂに拡散される。その結果、パッド部５１のｎ型層４３と接触する部分、外周線状部５２ａのｎ型層４３と接触する部分、分断部５２ｂ、から電子がｎ型層４３へと注入され、ｎ型層４３中を素子面方向に電子が拡散され、均一な発光を得ることができる。ここで、素子の外周部は光があまり取り出されない領域である。そこで実施例１では、外周線状部５２ａの一部をｎ型層４３上に位置させて電流拡散機能を残しつつ、他の部を絶縁膜８０上に位置させることにより、外周線状部５２ａによる光の反射・吸収を低減し、光取り出し効率を向上させている。また同様に、パッド部５１の一部をｎ型層４３上に位置させ、他の部を絶縁膜８０上に位置させることにより、パッド部５１による光の反射・吸収を低減している。

なお、実施例１ではｎ電極５０は、２つのパッド部５１と、外周線状部５２ａ、分断部５２ｂとを有する構造としたが、ｎ電極５０は、少なくとも、１つのパッド部５１、１つのコンタクト部、パッド部５１とコンタクト部とを接続する外周線状部５２ａとを有する構造であればよい。パッド部５１は単数であっても複数であってもよく、コンタクト部もまた単数であっても複数であってもよい。コンタクト部は、パッド部５１を兼ねていてもよく、その場合にはｎ電極５０はコンタクト部を有しなくてもよい。実際、実施例１はコンタクト部がパッド部５１を兼ねることで２つのパッド部５１を有した例である。ここで、コンタクト部は、ｎ電極５０の大面積部（具体的には外周線状部５２ａの線幅を一辺とする正方形よりも広い面積を有した部分）であり、その一部ないし全部がｎ型層４３上に位置している。

また、外周線状部５２ａは、実施例１のように外周に沿って一周して閉じるように設けられている必要はなく、パッド部５１とコンタクト部とを接続するように外周に沿って設けられているのであれば、外周の一部にのみ設けられて閉じないようにされていてもよい。たとえば矩形の素子の１辺にのみ沿って設けられていてもよい。また、外周線状部５２ａによって、直接パッド部５１とコンタクト部とが接続されている必要はなく、分断部５２ｂなどの外周線状部５２ａ以外の線状部５２によって間接的に接続されていてもよい。

また、分断部５２ｂは、必要に応じて設ければよく、必ずしも必要ではない。つまり、素子の面積が小さい場合など、パッド部５１、コンタクト部、外周線状部５２ａで十分に素子面方向に電流を拡散することができるのであれば、分断部５２ｂは設ける必要はない。一方、素子の面積が大きい場合などには、分断部５２ｂを設けることで素子面方向への電流拡散性を向上させることが望ましい。分断部５２ｂを設ける場合、その分断部５２ｂのパターンとしては、実施例１に示したパターン以外にも、格子状、Ｘ字状などのパターンを用いることができる。

また、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子では、ｎ電極５０のパッド部５１は、一部がｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置しているが、本発明はこれに限るものではなく、パッド部５１全部がｎ型層４３上に位置していてもよいし（図５（ｊ）参照）、全部が絶縁膜８０上に位置していてもよい。ただし、パッド部５１全部をｎ型層上に位置させると、パッド部５１により光が反射・吸収されて光取り出し効率を悪化させてしまう場合がある。

また、パッド部５１の一部または全部を絶縁膜８０上に位置させる場合、その絶縁膜８０上におけるパッド部５１の位置は、実施例１の場合を含めて以下に説明する図５（ａ）〜（ｉ）の９通りの場合のいずれであってもよい。

図５（ａ）〜（ｃ）はパッド部５１の一部がｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している場合である。図５（ａ）は絶縁膜８０上に位置している部分が絶縁膜８０の第１領域８０ａ上にのみ位置している場合であり、図５（ｂ）は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ上および第２領域８０ｂ上に連続して位置している場合であり、図５（ｃ）は、実施例１の場合であり、絶縁膜８０の第１領域８０ａ上、第２領域８０ｂ上、第３領域８０ｃ上に連続して位置している場合である。図５（ａ）〜（ｃ）のようにパッド部５１が位置するよう形成すれば、パッド部５１の光の反射・吸収による光取り出し効率を低減しつつ、パッド部５１とｎ型層４３とのコンタクトをとることができる。

図５（ｄ）〜（ｉ）はパッド部５１の全部が絶縁膜８０上に位置している場合である。図５（ｄ）は、パッド部５１の全部が絶縁膜８０の第１領域８０ａ上にのみ位置している場合であり、図５（ｅ）は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ上および第２領域８０ｂ上に連続して位置している場合であり、図５（ｆ）は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ上、第２領域８０ｂ上、第３領域８０ｃ上に連続して位置している場合である。また、図５（ｇ）は、パッド部５１の全部が絶縁膜８０の第２領域８０ｂ上にのみ位置している場合であり、図５（ｈ）は、絶縁膜８０の第２領域８０ｂ上および第３領域８０ｃ上に連続して位置している場合である。また、図５（ｉ）は、パッド部５１の全部が絶縁膜８０の第３領域８０ｃ上にのみ位置している場合である。図５（ｄ）〜（ｉ）のように、パッド部５１が全部絶縁膜８０上に位置するように形成すれば、パッド部５１の光の反射・吸収による光取り出し効率をより低減することができる。特に図５（ｉ）の場合、パッド部５１を平坦な面上に形成することができるため、パッド部５１表面に段差が生じず望ましい。

このように、ｎ電極５０のパッド部５１の位置は、図５（ａ）〜（ｊ）の１０通りのパターンのいずれであってもよく、特に図５（ａ）〜（ｉ）の９通りのパターンのいずれかであることが望ましい。なお、ｎ電極５０にコンタクト部を設ける場合には、コンタクト部は全部ないし一部がｎ型層４３上に位置する必要があるため、コンタクト部の位置は、図５（ａ）〜（ｃ）、（ｊ）の４通りのパターンのいずれかであることが必要であり、望ましくは図５（ａ）〜（ｃ）の３通りのパターンである。

また、外周線状部５２ａについても、一部または全部を絶縁膜８０上に位置させる場合に、絶縁膜８０上における外周線状部５２ａの位置は図５（ａ）〜（ｉ）と同様に、図６（ａ）〜（ｉ）の９通りの場合のいずれであってもよい。図６（ａ）〜（ｉ）は、それぞれ図５（ａ）〜（ｉ）に対応している。すなわち、図６（ａ）〜（ｃ）は外周線状部５２ａの一部がｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している場合である。図６（ａ）は外周線状部５２ａのうち絶縁膜８０上に位置している部分が絶縁膜８０の第１領域８０ａ上にのみ位置している場合（実施例１の場合）であり、図６（ｂ）は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ上および第２領域８０ｂ上に連続して位置している場合であり、図６（ｃ）は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ上、第２領域８０ｂ上、第３領域８０ｃ上に連続して位置している場合である。また、図６（ｄ）〜（ｉ）は外周線状部５２ａの全部が絶縁膜８０上に位置している場合である。図６（ｄ）は、外周線状部５２ａの全部が絶縁膜８０の第１領域８０ａ上にのみ位置している場合であり、図６（ｅ）は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ上および第２領域８０ｂ上に連続して位置している場合であり、図６（ｆ）は、絶縁膜８０の第１領域８０ａ上、第２領域８０ｂ上、第３領域８０ｃ上に連続して位置している場合である。また、図６（ｇ）は、外周線状部５２ａの全部が絶縁膜８０の第２領域８０ｂ上にのみ位置している場合であり、図６（ｈ）は、絶縁膜８０の第２領域８０ｂ上および第３領域８０ｃ上に連続して位置している場合である。また、図６（ｉ）は、外周線状部５２ａの全部が絶縁膜８０の第３領域８０ｃ上にのみ位置している場合である。図６（ａ）〜（ｉ）のいずれの場合であっても、外周線状部５２ａの光の反射・吸収を低減することができる。なお、図５（ｊ）に対応するような、外周線状部５２ａを全部ｎ型層４３上に位置させてしまうことはしない。そうすると外周線状部５２ａによって光が反射・吸収されてしまい光取り出し効率を悪化させてしまうからである。

また、パッド部５１ないしコンタクト部を２つ以上設ける場合、それらのパッド部５１、コンタクト部は図５（ａ）〜（ｊ）の１０パターンのうち１つのパターンが選択された同一パターンであってもよいし、互いに異なるパターンであってもよい。外周線状部５２ａについても、場所によって図６（ａ）〜（ｉ）の９パターンの範囲内でパターンが異なっていてもよい。たとえば、外周線状部５１のうち、パッド部５１に近い部分は図６（ｄ）〜（ｉ）のように絶縁膜８０上にのみ配置されたパターンとし、パッド部５１から離れた部分は図６（ａ）〜（ｃ）のようにｎ型層４３上と絶縁膜８０上に配置されたパターンとしてもよい。

以下、ｎ電極５０のパターンの各種変形例を図を用いて説明する。なお、実施例１と同様の構成部分については説明を省略している。

［変形例１］
図７は、変形例１のIII 族窒化物半導体発光素子のｎ電極１５０のパターンを示した平面図である。図７のように、変形例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、平面視で正方形である。ｎ電極１５０は、１つのパッド部１５１と、外周線状部１５２ａと、３つのコンタクト部１５３を有している。

パッド部１５１は、平面視で正方形である素子の角部に配置されている。コンタクト部１５３は、残りの３つの角部にそれぞれ配置されている。外周線状部１５２ａは、素子の外周部に沿って一周する枠状に形成されていて、パッド部１５１とコンタクト部１５３との間、およびコンタクト部１５３間を接続している。実施例１の場合と異なり分断部は有していない。パッド部１５１の平面視における形状は矩形である。コンタクト部１５３の平面視における形状は、矩形の外周線状部１５２ａで囲われた内側の角部に矩形の切り欠きを設けた形状である。このような切り欠きを設けることにより、コンタクト部１５３のｎ型層４３上に位置する領域を少なくすることで、コンタクト部１５３による光の反射・吸収を低減し、光取り出し効率の向上を図っている。

また、パッド部１５１、コンタクト部１５３は、一部はｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している。つまり、図５（ａ）〜（ｃ）の３つのパターンのいずれかである。また、外周線状部１５２ａは、全部が絶縁膜８０上に位置している。つまり、図６（ｄ）〜（ｉ）の６つのパターンのいずれかである。

このｎ電極１５０によると、ボンディングワイヤからパッド部１５１に注入された電子は、外周線状部１５２ａを介してコンタクト部１５３にも拡散される。そして、パッド部１５１のｎ型層４３と接触する領域、およびコンタクト部１５３のｎ型層４３と接触する領域の２つの領域からｎ型層４３中へ電子が注入され、素子面方向に電子が拡散される。その結果、発光の均一性を高めることができる。また、外周線状部１５２ａを素子分離溝７０に形成された絶縁膜８０上に配置しているため、外周線状部１５２ａによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。

［変形例２］
図８は、変形例２のIII 族窒化物半導体発光素子のｎ電極２５０のパターンを示した平面図である。変形例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、図８のように平面視で長方形である。ｎ電極２５０は、１つのパッド部２５１と、１つのコンタクト部２５３と、外周線状部２５２ａとを有している。パッド部２５１は長方形の角部に配置され、コンタクト部２５３はその対角の角部に配置されている。外周線状部２５２ａは、素子の外周部に沿って１周する枠状に形成されていて、パッド部２５１とコンタクト部２５３とを接続している。パッド部２５１、コンタクト部２５３の平面視における形状は変形例１と同様である。また、パッド部２５１、コンタクト部２５３は、一部はｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している。また、外周線状部２５２ａは、全部が絶縁膜８０上に位置している。このように外周線状部２５２ａを素子分離溝７０に形成された絶縁膜８０上に配置しているため、外周線状部２５２ａによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。

［変形例３］
図９は、変形例３のIII 族窒化物半導体発光素子のｎ電極３５０のパターンを示した平面図である。変形例３のIII 族窒化物半導体発光素子は、図９のように、平面視で長方形である。ｎ電極３５０は、１つのパッド部３５１と、１つのコンタクト部３５３と、外周線状部３５２ａを有している。パッド部３５１は、平面視で長方形である素子の一方の短辺近傍に位置している。コンタクト部３５３は、パッド部３５１側とは対向する側の短辺近傍に位置している。外周線状部３５２ａは、素子の外周部に沿って一周する枠状に形成されていて、パッド部３５１とコンタクト部３５３とを接続している。パッド部３５１の平面視における形状は変形例１と同様である。コンタクト部３５３の平面視における形状は矩形である。また、パッド部３５１、コンタクト部３５３は、一部はｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している。また、外周線状部３５２ａは、全部が絶縁膜８０上に位置している。このように外周線状部３５２ａを素子分離溝７０に形成された絶縁膜８０上に配置しているため、外周線状部３５２ａによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。

［変形例４］
図１０は、変形例４のIII 族窒化物半導体発光素子のｎ電極４５０のパターンを示した平面図である。変形例４のIII 族窒化物半導体発光素子は、図１０のように、平面視で長方形である。ｎ電極４５０は、１つのパッド部４５１と、２つのコンタクト部４５３と、線状部４５２とを有している。線状部４５２は、外周線状部４５２ａと分断部４５２ｂを有している。パッド部４５１は、平面視で長方形である素子の中央部に配置されている。コンタクト部４５３は、素子の２つの短辺近傍にそれぞれ位置している。外周線状部４５２ａは、素子の外周部に沿って一周する枠状に形成されていて、コンタクト部４５３間を接続している。分断部は、素子中央部を通る短辺に平行な直線状に形成されており、その中央部でパッド部４５１に接続し、両端で外周線状部４５２ａに接続している。パッド部４５１、コンタクト部４５３の平面視における形状は変形例３と同様である。また、パッド部４５１、コンタクト部４５３は、一部はｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している。また、外周線状部４５２ａは、全部が絶縁膜８０上に位置している。このように外周線状部４５２ａを素子分離溝７０に形成された絶縁膜８０上に配置しているため、外周線状部４５２ａによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。

なお、以上に述べた実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子における、ｎ電極の外周線状部の一部をｎ型層上に配置し、他の部を絶縁膜上に配置することで、光の反射・吸収を低減するという思想は、ｎ型層上に位置する外周線状部の線幅を従来よりも狭くして光の反射・吸収を低減しようとする思想と一見類似しているように思えるかもしれない。しかし、外周線状部の線幅を狭くしてしまうと、外周線状部の密着性が劣化してしまい、またパッド部からコンタクト部あるいは分断部へ良好に電子が拡散しなくなってしまう。一方、実施例１では外周線状部の線幅を従来と同様とすることができ、その結果、外周線状部の密着性を劣化させず、またパッド部からコンタクト部あるいは分断部へと良好に電子を拡散させることができる。図６では外周線状部の線幅を変えているように見えるが、これは絶縁膜およびｎ型層と外周線状部との位置関係を明確にするためのものであり、実際には従来と同様の線幅で外周線状部を構成できる。このように、本願発明の思想は、外周線状部の線幅を狭くするという思想とは作用・効果が異なるものである。

［変形例５］
図１１は、変形例５のIII 族窒化物半導体発光素子のｎ電極５５０のパターンを示した平面図である。変形例５のIII 族窒化物半導体発光素子は、図１１のように、平面視で長方形である。ｎ電極５５０は、１つのパッド部５５１と、１つのコンタクト部５５３と、外周線状部５５２ａとを有している。平面視で長方形である素子のある長辺側の２つの角部のうち、一方の角部にパッド部５５１が配置され、他方の角部にコンタクト部５５３が配置されている。外周線状部５５２ａは、その長辺に沿った一本の直線状に形成されており、パッド部５５１とコンタクト部５５３とを接続している。パッド部５５１、コンタクト部５５３の平面視における形状は変形例３と同様である。また、パッド部５５１、コンタクト部５５３は、一部はｎ型層４３上に位置し、他の部は絶縁膜８０上に位置している。また、外周線状部５５２ａは、全部が絶縁膜８０上に位置している。このように外周線状部５５２ａを素子分離溝７０に形成された絶縁膜８０上に配置しているため、外周線状部５５２ａによる光の反射・吸収が低減され、光取り出し効率が向上されている。

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１２．Ａ〜Ｉを参照に説明する。なお、図１２．Ａ〜Ｉは実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子における図１でのＡ−Ａ断面図に対応する部分を示している。

（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、活性層４２、ｐ型層４１を順に積層させ、半導体層４０を形成する（図１２．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（Ｃ₅Ｈ₅）₂）、キャリアガスとしてＨ₂またはＮ₂である。サファイア基板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。

（電流注入防止層６０形成工程）
次に、ｐ型層４１上であって、平面視において後に形成するｎ電極５０のパターンと一致する領域、および端部に、ＣＶＤ法やスパッタによって電流注入防止層６０を形成する（図１２．Ｂ）。

（ｐ電極形成工程）
次に、ｐ型層４１上、および、電流注入防止層６０上の端部を除いた領域に、スパッタ法によってｐ電極３０を形成する。他に蒸着法を用いてもよい。さらにｐ電極３０上に接合層２０を形成する（図１２．Ｃ）。なお、ｐ電極３０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（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。ここではｐ電極３０側から接合層に向かってこの順に積層した構造である）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。

（支持体１０接合工程）
次に、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１２．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１２．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。

（素子分離溝７０形成工程）
次に、ｎ型層４３表面側（発光層４２側とは反対側の面）から、そのｎ型層４３表面の素子分離する領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングによってエッチングし、半導体層４０を貫通して電流注入防止層６０に達する深さの素子分離溝７０を形成する（図１２．Ｆ）。素子分離溝７０は、ドライエッチングの他、ＫＯＨなどによるウェットエッチングやレーザー光照射によって形成してもよい。

なお、素子分離溝７０は、以下のような２段階の工程によって形成してもよい。まず、半導体層４０形成工程の後、ｐ型層４１表面（サファイア基板９０とは反対側の面）側から素子分離領域をエッチングして、ｎ型層４３に達する深さの溝を形成する。その後、レーザーリフトオフ工程までは上記と同一の工程を経て、レーザーリフトオフ工程後、ｎ型層４３表面側から、素子分離する領域をエッチングして溝を形成し、ｐ型層４１表面側から素子分離領域をエッチングした溝と、ｎ型層４３表面側から素子分離領域をエッチングした溝とを連結させることにより、半導体層４０を貫通する素子分離溝７０を形成する。

（絶縁膜８０形成工程）
次に、ＣＶＤ法やスパッタを用いて、素子分離溝７０底面、側面、およびｎ型層４３表面の端部に連続する膜状の絶縁膜８０を形成する（図１２．Ｇ）。

（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１２．Ｈ）。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。

なお、これら、素子分離溝７０形成工程、絶縁膜８０形成工程、凹凸形状４４形成工程は、上記順番に限るものではなく、以下のように順番が前後していてもよい。まず先に凹凸形状４４を形成し、次に素子分離溝７０を形成した後、絶縁膜８０を形成してもよい。また、素子分離溝７０を形成し、凹凸形状４４を形成した後、絶縁膜８０を形成してもよい。

（ｎ電極５０形成工程）
次に、ｎ型層４３上の所定の領域に、スパッタまたは蒸着とリフトオフ法を用いて、２つのパッド部５１と線状部５２とを有した図１に示すパターンのｎ電極５０を形成する（図１２．Ｉ）。

次に、ｎ電極５０のパッド部のボンディングワイヤ取り付け領域を除いてパシベーション膜を形成し（図示しない）、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による素子分離を行う。以上によって、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。レーザーダイシング以外にも、スクライビングなどによって素子分離を行ってもよい。

図１３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平面図である。実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子におけるｎ電極５０を、以下に説明するｎ電極６５０に置き替えたものであり、それ以外は実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子と同一の構成である。

実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子におけるｎ電極６５０は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子のｎ電極５０と同様に、パッド部６５１と、線状部６５２とを有し、線状部６５２は外周線状部６５２ａと分断部６５２ｂとを有している。そのうち、パッド部６５１および分断部６５２ｂと外周線状部６５２ａとでは、異なる材料を用いて構成されている。パッド部６５１および分断部６５２ｂの材料には、ｎ型層４３に対してオーミック接触する材料が用いられており、たとえば、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒやそれらを含む合金などである。外周配線状部６５２ａの材料には、パッド部６５１よりも絶縁膜８０との密着性の高い材料が用いられており、たとえば、パッド部６５１と異なる材料であってＮｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌやこれらを含む合金などである。なお、パッド部６５１、分断部６５２ｂ、外周配線状部６５２ａは、ｎ型層４３あるいは絶縁膜８０と接触する層が上記材料であれば、複数の層で構成されていてもよい。たとえば上記材料からなるパッド部６５１、分断部６５２ｂ、外周配線状部６５２ａの上層の全面にＡｕをさらに積層させてもよい。

このようにｎ電極６５０として、パッド部６５１と外周線状部６５２ａとで異なる材料を用いることで、外周線状部６５２ａの絶縁膜８０との密着性が改善されるため、素子の信頼性を向上させることができる。特に、外周線状部６５２ａの全部を絶縁膜８０上に配置する場合（図６（ｄ）〜（ｉ）に相当する場合）に、実施例２は有効である。外周線状部６５２ａはｎ型層４３にオーミック接触する必要がないからである。

なお、実施例１、２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。

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

１０：支持体
２０：接合層
３０：ｐ電極
４０：半導体層
４１：ｐ型層
４２：発光層
４３：ｎ型層
５０：ｎ電極
５１：パッド部
５２ａ：外周線状部
５２ｂ：分断部
６０：電流注入防止層
７０：素子分離溝
８０：絶縁膜
８０ａ：第１領域
８０ｂ：第２領域
８０ｃ：第３領域

Claims

導電性の支持体と、前記支持体上に位置するｐ電極と、前記ｐ電極上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなるｐ型層、発光層、ｎ型層である半導体層と、前記ｎ型層に給電するためのｎ電極と、を有し、前記ｎ型層の長方形の表面から光を出力するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記半導体層の外周を貫通し、前記半導体層をメサ状とする素子分離溝と、
絶縁膜であって、前記ｎ型層の前記表面上の外周領域に形成された第１領域、前記素子分離溝の側面に形成された第２領域、および、前記素子分離溝の底面に形成された第３領域を有して連続して設けられ、前記素子分離溝の前記側面に前記ｐ型層、前記発光層、前記ｎ型層が露出することによる電流のリーク又はショートを防止するための絶縁膜と、
を有し、
前記ｎ電極は、
ボンディングワイヤと接続され、前記ｎ型層の前記表面上の外周領域であって前記長方形の短辺又は角部に位置し、その一部が前記絶縁膜上に位置し、残部が前記ｎ型層の前記表面に接触するパッド部と、
前記パッド部から離間して、前記ｎ型層の前記表面上の外周領域であって前記パッド部が配設された前記短辺又は前記角部と対向する短辺又は対角位置にある角部に位置し、その一部が前記絶縁膜上に位置し、残部が前記ｎ型層の前記表面に接触するコンタクト部と、
前記半導体層の前記外周に沿って線状に延伸して前記パッド部と前記コンタクト部とを接続し、前記外周を一周する閉じた枠状に形成された外周線状部であって、その外周線状部の全幅が全長に渡り前記絶縁膜上にのみ位置する外周線状部と、
を有し、
前記ｎ電極には、前記コンタクト部及び前記パッド部の他には、前記ｎ型層の前記表面と接触する部分が存在しない
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
前記外周線状部は、前記絶縁膜の前記第３領域上にのみ位置する、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。
前記ｎ電極のうち、前記パッド部および前記コンタクト部は、前記ｎ型層に対してオーミック接触する材料からなり、前記外周線状部は、前記パッド部よりも前記絶縁膜に対する密着性の高い材料からなる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
前記パッド部および前記コンタクト部は、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、またはそれらを含む合金からなり、前記外周線状部は、前記パッド部とは異なる材料であって、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、またはこれらを含む合金からなる、ことを特徴とする請求項３に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。