JP6431013B2 - 窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子 - Google Patents

窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子 Download PDF

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Description

本発明は、窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子に関する。
発光層が、ＡｌＧａＮからなる窒化アルミニウム系半導体は、その発光層のＡｌ組成を調整することによって、主に近紫外線の領域での発光が可能な化合物半導体である。紫外線は、１０ｎｍから４００ｎｍまでの波長の電磁波であり、特に、波長が２００ｎｍから４００ｎｍまでの紫外線は、近紫外線（ＮＵＶ）と呼ばれる。近紫外線は、さらに、ＵＶＡ（３１５ｎｍ以上４００ｎｍ以下）、ＵＶＢ（２８０ｎｍ以上３１５ｎｍ未満）、ＵＶＣ（２８０ｎｍ未満）と分類されることもある。また、波長３００ｎｍ以下の紫外線は、深紫外線（ＤＵＶ）と呼ばれることもある。発光層がＡｌＧａＮからなる窒化アルミニウム系半導体では、そのＡｌ組成の増減により、原理的には、波長１９２ｎｍから３６５ｎｍの近紫外線を発光する半導体発光素子を作製することが可能である。なお、これまでには、半導体を用いた半導体発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザダイオード（半導体ＬＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などが知られている。
窒化アルミニウム系半導体を利用した半導体発光素子では、その紫外線領域（特に、波長３００ｎｍ以下の深紫外線領域）において、従来の紫外線ランプや紫外光源などの代替や、殺菌、樹脂硬化、医療などの分野での応用が期待され、現在、活発な研究開発が行われており、深紫外ＬＥＤについては、小規模の量産も開始されている。
しかしながら、現在開発されている波長３００ｎｍ以下の深紫外ＬＥＤは、発光効率が数％程度と、すでに実用化された青色ＬＥＤの効率の数１０％と比較して、著しく低い。この原因として、深紫外ＬＥＤに用いられる窒化アルミニウム系半導体に特有の物理定数などに起因する要因と、結晶成長などの素子作製技術の要因と、それらの複合的な要因が挙げられる。
物理定数に起因する要因としては、窒化アルミニウム系半導体は、屈折率が低いため、発光層で発生した紫外光を、半導体外部へ取り出す光取り出し効率が著しく低いこと、また、発光波長が紫外領域であり短波長であるため、素子構造内外の物質からの吸収を受けやすいことなどがあげられる。素子作製技術の要因としては、窒化アルミニウム系半導体は、１０００℃以上という高温で形成され、良質な結晶を歩留りよく、高い再現性をもって形成するためには、高度な技術が必要であること、などがあげられる。また、これらの複合的な要因として、Ａｌ組成が２５％よりも高いＡｌＧａＮは、高濃度にｐ型化のためのドーピングを行ったとしても、アクセプタの活性化エネルギーが高いため、ｐ型化することが困難であるほか、ＡｌＧａＮの結晶成長も難しいため、ＡｌＧａＮの結晶性の不完全さや、意図しないＯなどの不純分の混入に起因した、残留ドナーなどの影響を受けて、高濃度のｐ型キャリア密度を得ることが難しいことなども、挙げられる。
窒化アルミニウム系半導体発光素子は、一般的にはサファイア基板などの下地基板上に、ＭＯＣＶＤ装置などの結晶成長装置を用いて、多数層の半導体層を積層することで形成されている。なお、下地基板として、バルクのＡｌＮ基板を用いる場合もある。
窒化アルミニウム系半導体層の結晶成長用の下地基板として、サファイア基板を用いた場合、サファイア基板と窒化アルミニウム系半導体層との格子定数差に基づいて、窒化アルミニウム系半導体層には、多数の結晶欠陥、クラック等が導入され、高品質な半導体層を形成することが困難である。このため、サファイア基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層を形成した後に、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層、発光層、ｐ型コンタクト層などを順次積層して、高品質な成長層を得る方法が、公開されている。また、結晶性を高品質化するために、発光層であるＡｌＧａＮ層と格子定数の近いＡｌＮを基板として用いることで、高品質な成長層を得る方法も公開されている。また、光取り出し効率を高める方法についても、各研究機関で様々な研究開発が行われている。
窒化アルミニウム系半導体層の結晶成長用の下地基板として、サファイア基板を用いた場合、サファイア基板には導電性がないため、ｎ型層までドライエッチング除去してｎ型電極を形成した平行電極構造の横型電極構造を形成する必要がある。しかしながら、平行電極構造では、電流集中による発光効率の大幅な低下が引き起こされる。この電流集中による発光効率の低下は、ＩｎＧａＮ系半導体を用いる青色ＬＥＤなどの発光素子においても発生するが、窒化アルミニウム系半導体においては、ｐ型、ｎ型とも、その抵抗率がＩｎＧａＮ系半導体と比較して、著しく高いため、発光効率の低下に及ぼす電流集中の影響は、青色ＬＥＤの場合よりもさらに大きいものとなる。
この横型構造に起因する、これらの問題を解決するために、導電性を有する支持基板に、窒化アルミニウム系半導体層構造体を貼り付けた後に、サファイア基板などの下地基板を剥離する方法が試みられている。
ここで、青色ＬＥＤにおいては、特開２００９−２３１５６０号公報（特許文献１）および特開２０１４−３８９２０号公報（特許文献２）に示すように、下地基板上に成長させた半導体層に支持基板を接合した後に下地基板であるサファイア基板などを除去することにより半導体発光素子を製造する技術が確立されている。
特開２００９−２３１５６０号公報 特開２０１４−３８９２０号公報
本発明者らは、縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を作製するために、導電性を有する支持基板上に、各種接合層を形成するなどの方法で、窒化アルミニウム系半導体層構造体と導電性支持基板の接合と、サファイア基板の剥離などの工程からなる縦型構造の開発を行ってきた。
しかしながら、支持基板から、窒化アルミニウム系半導体層構造体が剥離したり、窒化アルミニウム系半導体層構造体に多量のクラックが発生することによる電気的特性の不良が発生したりするなど、歩留りが低いという課題が発生していた。これらの歩留り低下の原因は、以下の通りである。
窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子では、結晶性の不完全性、および、そのキャリア密度の低さなどに起因して、ｐ型およびｎ型の双方において、良好なオーミック特性を有する電極を形成することが困難である。良好なオーミック電極を得るためには、接合温度よりも高い５００℃以上の高温での電極アロイ処理が必要であり、支持基板と窒化アルミニウム系半導体層構造体を接合する接合層にも、高温耐性が必要となる。
また、上記のオーミック化のための５００℃以上の高温での熱処理によって、支持基板と接合層、窒化アルミニウム系半導体層構造体、および下地基板のそれぞれの熱膨張係数の違いにより、支持基板と接合層、窒化アルミニウム系半導体層構造体、および下地基板のそれぞれの接合界面および内部に発生した応力によって、支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラックの発生、接合層でのクラックの発生等が引き起こされ、歩留りの低下を引き起こしているのである。特に、下地基板と熱膨張係数差の大きい支持基板を用いた場合、支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れが多発し、支持基板より熱膨張係数が大きい接合層を用いた場合は、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラックの発生および／または接合層でのクラックの発生が引き起こされる。
上記の支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラックの発生、接合層でのクラックの発生を防止するために、５００℃以上の高温でのｎ型電極アロイ処理を実施しなかった場合は、良好なオーミック特性を持つｎ型電極を得ることができず、窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の電圧特性、および、光出力特性、発光効率の低下を引き起こす。
上記のように、良好な特性を有する縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を、歩留りよく作製することは困難であった。
ここで、従来の青色ＬＥＤなどの発光素子の製造方法においては、一般的に、３００℃程度以下の温度で共晶を形成するＡｕＳｎなどの合金などの嵩密度の高い連続膜を用いて、窒化アルミニウム系半導体層構造体と支持基板の接合を行っている。これは、青色ＬＥＤにおいては、成長基板を剥離した後に、ｎ型ＧａＮ上にｎ型オーミック電極を形成することが容易であるため、ｎ型電極形成後において、窒化アルミニウム系半導体層構造体の接合温度以上の熱処理を行うことが不要であるためである。
しかしながら、窒化アルミニウム系半導体を用いた深紫外発光素子においては、ｎ型電極形成後において、窒化アルミニウム系半導体層構造体接合温度以上の熱処理を行うことが必要であり、３００℃程度以下の温度で共晶を形成するＡｕＳｎなどの合金は、ｎ型オーミック電極を形成するための５００℃以上の高温での熱処理によって融解し、窒化アルミニウム系半導体層構造体と支持基板との剥れを引き起こすため、従来の技術をそのまま適用することが困難である。
また、このｎ型オーミック電極を形成する熱処理工程において、窒化アルミニウム系半導体層構造体と支持基板とを固定するなどして、剥れを防止したとしても、支持基板、接合層、および窒化アルミニウム系半導体層構造体のそれぞれの熱膨張係数の違いにより、支持基板、接合層、および窒化アルミニウム系半導体層構造体のそれぞれの接合界面および内部に応力が発生する。これらの熱膨張係数の違いにより発生した応力によって、熱処理後において、窒化アルミニウム系半導体層構造体内で多数のクラックが発生したり、接合層でのクラックの発生などが引き起こされたり、あるいは、支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れが発生したりするなどして、歩留りの著しい低下を引き起こす。
そこで、本発明は、上記の問題を解決して、発光効率が高く、歩留りが高い窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することを目的とする。
本発明のある態様は、導電性支持基板と、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜と、発光層を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体と、を含み、導電性支持基板と、窒化アルミニウム系半導体層構造体とが、多孔質金属膜を介在して、電気的に接続するように接合されている、発光ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子である。本態様にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、支持基板、窒化アルミニウム系半導体層構造体、および支持基板と窒化アルミニウム系半導体層構造体との接合層である多孔質金属膜のそれぞれの熱膨張係数の違いによる、熱処理後の支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラック発生、多孔質金属膜でのクラックの発生を抑制することが可能となり、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
本態様にかかる窒化アルミニウム系紫外発光素子において、窒化アルミニウム系半導体層構造体は、第１導電型コンタクト層と、発光層と、第２導電型コンタクト層と、をこの順に含み、第２導電型コンタクト層は、多孔質金属膜を介在して、導電性支持基板と電気的に接続するように接合され、第１導電型コンタクト層の少なくとも一部に電気的に接続するように接合されている第１導電側電極をさらに含むことができる。かかる窒化アルミニウム系紫外発光素子は、支持基板、窒化アルミニウム系半導体層構造体、および支持基板と窒化アルミニウム系半導体層構造体との接合層である多孔質金属膜のそれぞれの熱膨張係数の違いによる、熱処理後の支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラック発生、多孔質金属膜でのクラックの発生を抑制することが可能となり、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
本発明によれば、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
本発明の実施形態１にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子のある例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態１にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の別の例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態１〜４にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の製造における窒化アルミニウム系半導体ウェハ形成後の状態のある例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態１〜４にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の製造における下地基板除去時の状態のある例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態１〜４にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の製造における下地基板除去後の状態のある例を示す概略断面図である。 本発明のある実施形態にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の光取り出し構造の一例を示す概略斜視図である。 本発明のある実施形態にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の光取り出し構造の一例を示す概略平面図である。 本発明の実施形態２にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子のある例を示す概略断面図である。 本発明の別の実施形態にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の製造における下地基板除去後の状態のある例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態３にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子のある例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態３にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の別の例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態４にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子のある例を示す概略断面図である。 本発明の実施形態４にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の別の例を示す概略断面図である。 本発明の実施例１にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の多孔質金属膜の断面の一例を示すＳＥＭ写真である。 本発明の実施例１にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の多孔質金属膜の断面の一例を示す拡大ＳＥＭ写真である。 本発明の比較例１にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の多孔質金属膜の断面の一例を示す拡大ＳＥＭ写真である。 本発明の比較例２にかかる窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の多孔質金属膜の断面の一例を示す拡大ＳＥＭ写真である。
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
＜実施形態１＞
［窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の構成］
図１および図２を参照して、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子（発光層１０４を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を有する発光素子をいう、以下同じ。）は、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の形成に用いられる下地基板がすべて除去された縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子である。すなわち、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、導電性支持基板２０５と、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４と、発光層１０４を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３と、を含み、導電性支持基板２０５と、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３とが、多孔質金属膜２０４を介在して、電気的に接続するように接合されている、発光ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子である。ここで、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３は、第１導電型コンタクト層１０３と、発光層１０４と、第２導電型コンタクト層１０７と、をこの順に含み、第２導電型コンタクト層１０７は、多孔質金属膜２０４を介在して、導電性支持基板２０５と電気的に接続するように接合され、第１導電型コンタクト層１０３の少なくとも一部（図１の第１導電型コンタクト層１０３の一主面である表面の一部、あるいは図２の第１導電型コンタクト層１０３の一主面である表面の全部）に電気的に接続するように接合されている第１導電側電極（図１の第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２、あるいは図２の第１導電側透光性導電膜３０４および第１導電側パッド電極３０２）をさらに含む。
本実施形態の窒化アルミニウム系紫外発光素子は、導電性支持基板２０５、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３、および導電性支持基板２０５と窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３との接合層である多孔質金属膜２０４のそれぞれの熱膨張係数の違いによる、熱処理後の導電性支持基板２０５からの窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３内でのクラック発生、多孔質金属膜２０４でのクラックの発生を抑制することが可能となり、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
本実施形態の窒化アルミニウム系発光素子は、具体的には、導電性支持基板２０５上に、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４を介在して、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３として第２導電型コンタクト層１０７、第２導電型層１０６、第２導電型ブロック層１０５、発光層１０４、および第１導電型コンタクト層１０３がこの順に配置され、第１導電型コンタクト層１０３の少なくとも一部に電気的に接続するように接合して第１導電側コンタクト電極３０１（図１）または第１導電側透光性導電膜３０４（図２）が配置されている、縦型構造の発光素子である。
（導電性支持基板）
導電性支持基板２０５は、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を支持する導電性基板をいい、導電性支持基板２０５の導電性が高く縦型構造の窒化アルミニウム系発光素子のオン抵抗を低減できる観点から、導電性支持基板２０５はシリコン基板であることが好ましい。また、かかるシリコン基板は、実用されている半導体材料の中で最も加工が容易であり、その技術が洗練され、かつ材料および加工のコストも安価である観点からも好ましい。
（窒化アルミニウム系半導体層構造体）
窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含有する半導体層（たとえば、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）半導体層）を少なくとも１層含む構造体をいい、少なくとも第１導電型コンタクト層１０３と、発光層１０４と、第２導電型コンタクト層１０７と、をこの順に含み、発光素子としての機能を発現する。ここで、第１導電型コンタクト層１０３は、発光層１０４から発する光を透過し、発光効率を低下させない観点から、第１導電型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１かつｘ≧（発光層１０４の平均Ａｌ組成））コンタクト層であることが好ましい。発光層１０４は、発光波長の温度に対する安定性および内部量子効率を高める観点から、複数周期のＡｌsＧａ1-sＮ（０＜ｓ≦１）バリア層とＡｌtＧａ1-tＮ（０＜ｔ≦１）井戸層とで構成される多重量子井戸構造を有することが好ましい。第２導電型コンタクト層１０７は、発光層１０４から発する光の大部分を透過し、発光効率を低下させず、かつコンタクト抵抗を低減する観点から、第２導電型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．２５≦ｙ≦１）コンタクト層であることが好ましい。
（多孔質金属膜）
多孔質金属膜２０４は、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の金属膜をいう。ここで、空孔率は、以下の方法により算出する。多孔質金属膜２０４の任意に特定される断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察において、断面積全体に対する空孔断面積の百分率（空孔面積率）を算出し、かかる空孔面積率を３／２乗することにより、空孔率を算出する。断面の空孔面積率は、測定場所によるムラもあるため、複数の断面の空孔の面積率の測定を行ってその平均を取るなどして、空孔面積率および空孔率を算出することが好ましい。空孔率は、窒化アルミニウム系半導体層構造体を接合する際、多孔質金属膜中で応力を低減させる観点から、１０％以上であり、１５％以上が好ましく、２０％以上がより好ましい。また、空孔率は、窒化アルミニウム系半導体層構造体を接合する際、接合面積を確保し十分な接合強度を得る観点から、５０％以下であり、４５％以下が好ましく、４０％以下がより好ましい。
ここで、マクロポーラス構造とは、空孔の孔径分布が５０ｎｍより大きい構造をいう。多孔質金属膜２０４のマクロポーラス構造により、導電性支持基板２０５、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３および多孔質金属膜２０４のそれぞれの熱膨張係数の違いにより発生する導電性支持基板２０５、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３および多孔質金属膜２０４のそれぞれの接合界面および内部に応力を緩和して、熱処理後の導電性支持基板２０５からの窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３内でのクラック発生、多孔質金属膜２０４でのクラックの発生を抑制することができる。
また、多孔質金属膜２０４は、その導電性が高く縦型構造の窒化アルミニウム系発光素子のオン抵抗を低減できる観点から、銀を含む多孔質金属膜であることが好ましい。また、銀は深紫外光に対する反射率が高い観点からも、銀を含む多孔質金属膜であることが好ましい。
（発光ピーク波長）
本実施形態の窒化アルミニウム系発光素子の発光ピーク波長は、２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の深紫外線領域にある。また、発光ピークの半幅は、概ね数十ｎｍ以下である。
［窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の製造方法］
本実施形態の窒化アルミニウム系発光素子の製造方法は、特に制限はないが、効率よく製造する観点から、下地基板上における窒化アルミニウム系半導体層構造体の形成工程、第２導電型の層（具体的には、第２導電型ブロック層１０５、第２導電型層１０６および第２導電型コンタクト層１０７）の活性化工程、第２導電側電極および反射電極の形成工程、多孔質金属膜による導電性支持基板の接合工程、下地基板の除去工程、光取出し構造の形成工程、および第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極および第１導電側パッド電極）の形成工程を含むことが好ましい。
（下地基板上における窒化アルミニウム系半導体層構造体の形成工程）
図３を参照して、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を形成するための下地基板１０１は、高品質の窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を形成する観点から、サファイア基板が好適に用いられる。下地基板１０１としては、サファイア基板以外に、シリコン基板、窒化シリコン基板、窒化ガリウム基板などを用いることもできる。下地基板１０１上に窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を形成するための窒化アルミニウム系半導体層を成長させる方法は、高品質の窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を厚さの精度よくかつ効率よく成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線気相成長）法などが好適に用いられる。
具体的には、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ装置内において、下地基板１０１としてのサファイア基板の一主面上に、バッファ層１０２として厚さ５〜５００ｎｍ（たとえば３００ｎｍ）のＡｌＮバッファ層、第１導電型コンタクト層１０３として厚さ１〜５μｍ（たとえば３μｍ）のｎ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎコンタクト層、第１導電型層１０８としてｎ型Ａｌ0.60Ｇａ0.40Ｎ層、Ａｌ0.80Ｇａ0.20Ｎバリア層／Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ｎ井戸層の６周期の多重量子井戸構造からなる発光層１０４、第２導電型ブロック層１０５として厚さ５〜３００ｎｍ（たとえば１５ｎｍ）のｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ｎブロック層、第２導電型層１０６として厚さ５０〜１０００ｎｍ（たとえば１５０ｎｍ）のｐ型Ａｌ0.60Ｇａ0.40Ｎ層、および第２導電型コンタクト層１０７として厚さ２０〜５００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）のｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎコンタクト層が、この順にエピタキシャル成長されることにより積層されて、下地基板１０１の一主面側に窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３が形成された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１が得られる。
ここで、第１導電型層１０８ならびに第２導電型層１０６は、それぞれ、発光素子の種類に応じて、ｎ型クラッド層および／またはｎ型ガイド層ならびにｐ型クラッド層および／またはｐ型ガイド層などと呼ばれ、それらの層のＡｌ組成およびＧａ組成とそれらの層の厚さとを適宜調整することができる。クラッド層およびガイド層の両方が必要な場合は、第１導電型層１０８および第２導電型層１０６のそれぞれは、Ａｌ組成の異なるｎ型およびｐ型の窒化アルミニウム系半導体層からなる２層以上の多層構造でもよい。
また、窒化アルミニウム系深紫外ＬＥＤの場合は、第１導電型層１０８および第２導電型層１０６のいずれかは無くてもよい。図１および図２には、第１導電型層１０８が省略された窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子が記載されている。
なお、発光層に関して、本実施形態では８０％のＡｌ組成からなるＡｌ0.80Ｇａ0.20Ｎバリア層１２０ｎｍと５５％のＡｌ組成からなるＡｌ0.55Ｇａ0.45Ｎ井戸層６０ｎｍが交互に、６周期ずつ形成され、最終バリア層として、Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ｎ層が４０ｎｍ積層された構造としているが、これ以外にも、ＡｌＮ層などをバリア層などとして用いてもよい。また、１層の層厚が、１００ｎｍ以内であれば、ＡｌＮ層を含む任意のＡｌ組成を有するノンドープあるいはｎ型のＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）層を、バリア層、井戸層の周期構造の最初あるいは最後に、隣接して複数層にわたって形成してもよく、これらの層も発光層の一部とみなす。また、井戸層のＡｌ組成を２５〜７５％に適宜調整することで、発光ピーク波長を、３００〜２２０ｎｍ程度まで、調整することが可能である。
（第２導電型の層の活性化工程）
次に、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１は、ＭＯＣＶＤ装置から取り出され、第２導電型の層（第２導電型ブロック層１０５、第２導電型層１０６および第２導電型コンタクト層１０７）であるｐ型層（ｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ｎブロック層、ｐ型Ａｌ0.60Ｇａ0.40Ｎ層およびｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎコンタクト層）を活性化するための熱処理が行われる。すなわち、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１が熱処理装置内に導入され、６５０〜１３５０℃（たとえば９００℃）の高温で１〜３０分間（たとえば５分間）熱処理される。熱処理の雰囲気としては、たとえば、窒素雰囲気、または窒素と０．１〜１００％（たとえば３％）の酸素を含む窒素／酸素混合雰囲気もしくは純酸素雰囲気を利用することができる。本実施形態では、純酸素雰囲気で熱処理を実施する。この熱処理によって、ｐ型層の活性化が促進されて、ｐ型層が低抵抗化される。この低抵抗化は、ｐ型層中に不純物として添加されたマグネシウムに結合していた水素が熱処理の効果によって離脱し、マグネシウムがアクセプタとして活性化されることによる。
（第２導電側電極および反射電極の形成工程）
次に、図４に示すように、熱処理により第２導電型であるｐ型層が活性化された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の第２導電型コンタクト層１０７側に第２導電側コンタクト電極２０１（ｐ型コンタクト電極）および反射電極２０２が形成される。より具体的には、熱処理により第２導電型であるｐ型層が活性化された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１が、真空蒸着装置内へ導入され、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の第２導電型コンタクト層１０７上に、ＮｉおよびＡｕの薄膜からなる第２導電側コンタクト電極２０１が形成される。このとき、第２導電側コンタクト電極２０１による光吸収を抑制するために、その透過率は７５％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。このために、第２導電側コンタクト電極２０１の厚さは、０．５〜５０ｎｍであることが好ましい。ＮｉとＡｕのそれぞれの層厚は、２層の合計の厚さが上記の０．５〜５０ｎｍの範囲内であれば、それぞれ０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で任意に変更することができ、かつそれらの層の総厚さが０．５〜５０ｎｍの範囲であれば、それぞれ交互に複数層積層するなど、３層以上の構造であってもよいし、ＮｉあるいはＡｕのみの単層構造であってもよい。なお、発明者らは、第１層Ｎｉ２．５ｎｍ、第２層Ａｕ２．５ｎｍの計５．０ｎｍの時において、続いて行う、電極アロイ後において、第２導電側コンタクト電極２０１の透過率９６％（波長２８０ｎｍでの測定）が得られることを確認した。Ｎｉ、Ａｕからなる第２導電側コンタクト電極２０１の形成後、第２導電側コンタクト電極２０１の合金化およびオーミック電極化のために、電極アロイ処理を行った。電極アロイ処理は、熱処理炉に、第２導電側コンタクト電極２０１が形成された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を導入し、１００％酸素の雰囲気中で、１気圧、５００℃の条件で、５分間実施される。次いで、第２導電側コンタクト電極２０１上に、Ａｌからなる反射電極２０２が形成されることが好ましい。反射電極２０２の形成は、真空蒸着装置にてＡｌを蒸着することで行われる。反射電極２０２は、発光層１０４で発した光を損失を小さく反射させる必要から、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１全面に均一に形成することが望ましい。
（多孔質金属膜による導電性支持基板の接合工程）
次に、図４に示すように、第２導電側コンタクト電極２０１および反射電極２０２が形成された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１は、多孔質金属膜２０４により、導電性支持基板２０５に接合される。窒化アルミニウム系発光素子は、かかる接合により、発光層１０４から導電性支持基板２０５の方向へ発せられた２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長の紫外光は、第２導電側コンタクト電極２０１を透過し、反射電極２０２およびマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４で反射され、再び第２導電側コンタクト電極２０１を透過して、導電性支持基板２０５の反対方向へと放射される。
多孔質金属膜による導電性支持基板の接合は、金属粒子が配合された導電性ペーストを高温高圧下で焼結することで、マクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４を形成することにより行った。具体的には、多孔質金属膜２０４と導電性支持基板２０５の電気的コンタクトを取るため、第１層としてＮｉ２０ｎｍ、第２層としてＡｕ２５０ｎｍが形成された導電性支持基板２０５であるシリコン基板上に、スクリーン印刷機を用いて、銀（Ａｇ）含有導電性ペーストを塗布したのちに、第２導電側コンタクト電極２０１が形成された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の第２導電側コンタクト電極２０１側を、上記導電性ペースト上にマウントする。かかるマウントウェハを、加熱圧着装置に導入し、５０気圧３５０℃の条件で６０分間圧着することで、導電性支持基板２０５（シリコン基板）と、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１とを、マクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４を介在して接合することができた。なお、銀含有導電性ペーストは、本実施形態のウェハ接合条件において、焼結後にマクロポーラス構造となるよう、銀含有量、密度、粘土、組成などが調整されたものであり、本ウェハ接合条件下において接合後、強固なウェハ接合強度と、高い電気伝導率を有する。
本ウェハの接合条件については、圧力１気圧から１００気圧までおよび温度２００℃から３５０℃までの範囲について、圧力１気圧（加圧なし）のとき温度に関わらず多孔質金属膜の空孔率は５０％をより高く、圧力５気圧および温度２２５℃のとき多孔質金属膜２０４の空孔率は５０％であり、圧力７５気圧および温度３５０℃のとき多孔質金属膜２０４の空孔率は５％である。これらのいずれの接合条件下においても、ウェハの接合を行うことができた。
（下地基板の除去工程）
次に、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１からの下地基板１０１の除去を行う。かかる下地基板１０１（たとえばサファイア基板）の除去は、レーザリフトオフ法を用いて行うことができる。たとえば、図４中の矢印で示されているように、波長１９３ｎｍのレーザ光が下地基板１０１側から窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１内へ照射される。このレーザ光は、バッファ層１０２で吸収される。これは、バッファ層１０２のバンドギャップが、波長１９３ｎｍの光が有するエネルギーよりも小さいため、波長１９３ｎｍの光について、吸収機能を有するからである。この時、バッファ層１０２で吸収されたレーザ光のエネルギーの大部分が、熱エネルギーに変換され、発生した熱によってバッファ層１０２自体が熱分解される。これにより、下地基板１０１と、バッファ層１０２から導電性支持基板２０５までの部分とに分離されることで、下地基板１０１が剥離されて除去される。なお、下地基板１０１の除去の際に、照射されるレーザ光の波長１９３ｎｍに比べて発光層１０４の発光ピーク波長は、２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下と長いため、レーザ光の強度が強すぎて、バッファ層１０２および第１導電型コンタクト層１０３で、レーザ光をすべて吸収できない場合、あるいは、バッファ層１０２および第１導電型コンタクト層１０３で、多量の熱エネルギーが発生し、その熱エネルギーが発光領域まで、伝搬するような場合は、発光層１０４にダメージを与える可能性がある。このため、照射されるレーザ光がすべて、バッファ層１０２で吸収され、過度な熱エネルギーが発生しないよう、照射するレーザ光の強度および、バッファ層１０２の層厚を適切に調整することが必要である。なお、下地基板１０１の除去には、波長１９３ｎｍのレーザ光以外でも、バッファ層１０２で吸収する任意の波長のレーザ光を用いることができる。
（光取り出し構造の形成工程）
上述の下地基板１０１の除去によって、図５に示すような窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を含むウェハが得られる。レーザの照射によって下地基板が剥離された分離面には、レーザ照射によって分解したバッファ層に起因する残留層４０２が付着している。したがって、塩酸などの酸によるウェットエッチングで分離面を清浄化した後に、さらにドライエッチングを行って、第１導電型コンタクト層１０３の清浄な表面を露出させることが望ましい。たとえば、上記ウェハを塩酸溶液に３分間浸漬した後に、そのウェハをＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に導入して厚さ０．５μｍ程度だけドライエッチングすればよい。なお、ドライエッチング時において、電子線描画装置等を利用して、第１導電型コンタクト層１０３の表面に、光取り出しの効率を高める構造（光取り出し構造）としてのテクスチャ構造の形成のための電子線レジストパターンを形成したのちに、ドライエッチングを行うことで、テクスチャ構造を形成することもできる。光取り出し構造であるテクスチャ構造の一例が、図６の概略斜視図に示されている。
図６に示されたテクスチャ構造に含まれる円錐台状の凸部の各々は、たとえば直径２５０ｎｍの底面、直径２２５ｎｍの上面、および２５０ｎｍの高さを有し、図７の概略平面図に示されているように一辺３５０ｎｍの正三角形の頂点に円錐台の中心が来るように周期的に配置され得る。このようなテクスチャ構造は必ずしも形成されることを要しないが、かかるテクスチャ構造の形成によって、第１導電型コンタクト層１０３からの光取り出し効率を向上させることができる。また、テクスチャ構造以外でも、光取り出し効率向上のために、モスアイ構造などの他の低反射率構造をｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層の表面に形成してもよい。
（第１導電側電極の形成工程）
次に、図１に示すように、光取り出し構造としてテクスチャ構造が表面に形成された第１導電型コンタクト層１０３のその表面の一部に、第１導電側コンタクト電極３０１が形成される。第１導電側コンタクト電極３０１形成用のレジストパターンがフォトリソグラフィで形成された後に、上記ウェハを蒸着装置内へ導入して、Ｔｉ／Ａｌの積層構造からなる第１導電側コンタクト電極層が蒸着される。こうして第１導電側コンタクト電極層が形成された後に、上記ウェハが蒸着装置から取り出されて、第１導電側コンタクト電極層のリフトオフ処理を行って、第１導電側コンタクト電極３０１が形成される。第１導電側コンタクト電極３０１の形成後、必要に応じて、オーミック電極化および合金化の熱処理を行うことができる。
なお、第１導電型コンタクト層１０３である第１導電型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）コンタクト層のＡｌ組成が０％より大きく２５％未満の場合は、比較的容易に第１導電側コンタクト電極３０１のオーミック化が可能であるため熱処理は必要なくともよいが、Ａｌ組成が２５％以上の場合は、第１導電側コンタクト電極３０１のオーミック化には、５００℃以上の高温での熱処理が必要であり、さらに、Ａｌ組成が５０％以上の場合には、７００℃以上の高温での熱処理が必要である。本実施の形態においては、第１導電型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）コンタクト層のＡｌ組成は６５％と高いため、９００℃の条件で第１導電側コンタクト電極のオーミック化熱処理を実施した。
また、第１導電型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）コンタクト層のＡｌ組成は、発光層１０４からの光を透過する必要があるため、発光層１０４における井戸層のＡｌ組成よりも高いことが好ましい。本発明のある実施形態にかかる発光ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の深紫外発光素子においては、井戸層のＡｌ組成が最も少ないとき（発光ピーク波長３００ｎｍ）でも、井戸層のＡｌ組成は概ね２５％程度であることから、第１導電型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）コンタクト層のＡｌ組成については、最低でも２５％以上となるため、５００℃以上の高温での第１導電側コンタクト電極のオーミック化処理が必要となる。ここで、発光ピーク波長が２６５ｎｍのときの井戸層のＡｌ組成は概ね４５％程度、発光ピーク波長が２２０ｎｍの時の井戸層のＡｌ組成は概ね７５％程度である。なお、図２に示すように、第１導電側コンタクト電極として、発光される光を透過する第１導電側透光性導電膜３０４を第１導電型コンタクト層１０３の大部分の領域に形成することもできる。
次いで、第１導電側コンタクト電極３０１上に第１導電側パッド電極３０２が形成される。第１導電側パッド電極３０２形成用のレジストパターンがフォトリソグラフィを利用して形成された後に、上記ウェハを蒸着装置内へ導入して、Ｔｉ／Ａｕの積層からなる第１導電側パッド電極層が蒸着される。こうしてパッド電極層が形成された後に、上記ウェハが蒸着装置から取り出されて、第１導電側パッド電極層のリフトオフ処理を行って、図１のように、第１導電側パッド電極３０２が形成される。なお、図２のように発光光を透過する第１導電側透光性導電膜３０４上の一部領域に第１導電側パッド電極３０２（ｎ側パッド電極）を形成してもよい。
（マウント）
次に、第１導電側パッド電極３０２が形成された上記ウェハは必要に応じて、ＳｉＯ2などの絶縁体からなる分割保護膜および／または電流阻止層などを形成したのちに、ダイシングによって適切なサイズ（本実施の形態では１ｍｍ×１ｍｍ）の複数のチップに分割される。チップ分割によって得られた各紫外ＬＥＤチップは、ステムまたはＳＭＤ（表面実装デバイス）としてマウントされ、第１導電側パッド電極３０２などに配線が行われ、さらに、紫外線透過樹脂などで封止されて、紫外ＬＥＤ素子となる。このとき、ステムまたはＳＭＤなどのいずれのパッケージング形態であっても、発光光の出射面は、第１導電側電極側の面となる。
［作用効果］
本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、空孔率が１０％以上５０％以下のマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４で、導電性支持基板２０５と窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３が接合されていることから、導電性支持基板、窒化アルミニウム系半導体層構造体、多孔質金属膜および下地基板のそれぞれの熱膨張係数の違いによって発生した応力が、マクロポーラス構造の多孔質金属膜で吸収されることによって、導電性支持基板からのウェハの剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラック発生、多孔質金属膜でのクラックの発生を抑制することが可能となり、窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の歩留りの向上が可能となる。また、マクロポーラス構造の多孔質金属膜は、高温耐性を有することから、５００℃以上の条件での第１導電側コンタクト電極のオーミック化熱処理を実施することが可能となるため、良好なオーミック特性を有する、第１導電側コンタクト電極の形成が可能となり、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
＜実施形態２＞
［窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の構成］
図８を参照して、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子（発光層１０４を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を有する発光素子をいう、以下同じ。）は、実施形態１の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子と同様の縦型構造であって、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の第１導電型コンタクト層１０３側の主面の一部上に接合されている別の基板として下地基板１０１をさらに有する縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子である。すなわち、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、導電性支持基板２０５と、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４と、発光層１０４を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３と、を含み、導電性支持基板２０５と、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３とが、多孔質金属膜２０４を介在して、電気的に接続するように接合されている、発光ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子である。ここで、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３は、第１導電型コンタクト層１０３と、発光層１０４と、第２導電型コンタクト層１０７と、をこの順に含み、第２導電型コンタクト層１０７は、多孔質金属膜２０４を介在して、導電性支持基板２０５と電気的に接続するように接合され、第１導電型コンタクト層１０３側の一部に接合されている別の基板である下地基板１０１と、第１導電型コンタクト層１０３の他の一部に電気的に接続するように接合されている第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２）をさらに含む。すなわち、本実施形態においても、第１導電側電極は、第１導電型コンタクト層１０３の少なくとも一部に電気的に接続するように接合されている。
本実施形態の窒化アルミニウム系紫外発光素子は、導電性支持基板２０５、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３、および導電性支持基板２０５と窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３との接合層である多孔質金属膜２０４のそれぞれの熱膨張係数の違いによる、熱処理後の導電性支持基板２０５からの窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３内でのクラック発生、多孔質金属膜２０４でのクラックの発生を抑制することが可能となり、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
本実施形態の窒化アルミニウム系発光素子は、具体的には、導電性支持基板２０５上に、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４を介在して、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３として第２導電型コンタクト層１０７、第２導電型層１０６、第２導電型ブロック層１０５、発光層１０４、および第１導電型コンタクト層１０３がこの順に配置され、第１導電型コンタクト層１０３側の一部に接合して下地基板１０１が配置され、第１導電型コンタクト層１０３の他の一部に電気的に接続するように接合して第１導電側コンタクト電極３０１が配置されている、縦型構造の発光素子である。
本実施形態の窒化アルミニウム系紫外発光素子における導電性支持基板２０５、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３および多孔質金属膜２０４については、実施形態１の窒化アルミニウム系紫外発光素子における導電性支持基板２０５、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３および多孔質金属膜２０４と同じである。
（下地基板）
本実施形態の窒化アルミニウム系紫外発光素子における下地基板１０１は、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の形成に用いられる基板であり、高品質の窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を形成する観点および波長２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の深紫外線を透過する観点から、サファイア基板が好ましい。
［窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の製造方法］
本実施形態の窒化アルミニウム系発光素子の製造方法は、特に制限はないが、効率よく製造する観点から、下地基板上における窒化アルミニウム系半導体層構造体の形成工程、第２導電型の層（具体的には、第２導電型ブロック層１０５、第２導電型層１０６および第２導電型コンタクト層１０７）の活性化工程、第２導電側電極および反射電極の形成工程、多孔質金属膜による導電性支持基板の接合工程、下地基板の一部の除去工程、第１導電型コンタクト層の露出工程、第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極および第１導電側パッド電極）の形成工程、および光取出し構造の形成工程を含むことが好ましい。
（下地基板上における窒化アルミニウム系半導体層構造体の形成工程から多孔質金属膜による導電性支持基板の接合工程まで）
下地基板上における窒化アルミニウム系半導体層構造体の形成工程、第２導電型の層（具体的には、第２導電型ブロック層１０５、第２導電型層１０６および第２導電型コンタクト層１０７）の活性化工程、第２導電側電極および反射電極の形成工程、および多孔質金属膜による導電性支持基板の接合工程は、実施形態１の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の場合と同じである。
（下地基板の一部の除去工程）
多孔質金属膜２０４による窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１と導電性支持基板２０５との接合の後、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１からの下地基板１０１の一部の除去を行う。かかる下地基板１０１の剥離は、第一の実施の形態と同様にレーザリフトオフ法を用いて行うことができる。本実施形態では、波長１９３ｎｍのレーザ光は、下地基板１０１の除去したい部分にのみ窒化アルミニウム系半導体ウェハ内へ照射される。これにより、レーザが照射された部分のサファイア基板が剥離される。レーザの照射条件などは、レーザ照射エリア等が異なるのみで、第一の実施の形態と同様である。
（第１導電型コンタクト層の露出工程）
上記の下地基板の一部除去により、図９に示すように、レーザの照射によって下地基板１０１が剥離された部分には、レーザ照射によって分解したバッファ層１０２に起因する残留層４０２が付着している。したがって、塩酸などの酸によるウェットエッチングで分離面を清浄化した後に、さらにドライエッチングを行って、第１導電型コンタクト層１０３の清浄な表面を露出させることが望ましい。たとえば、このウェハを塩酸溶液に３分間浸漬した後に、そのウェハをＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に導入して厚さ０．５μｍ程度だけドライエッチングすればよい。
続いて、図８に示すように、下地基板１０１が剥離された部分について、第１導電型領域を形成するために、第１導電型コンタクト層１０３であるｎ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎコンタクト層をドライエッチングにより露出させる。まず、フォトリソグラフィ技術を用いて、レジストで、第１導電型領域形成のためのパターニングを行なう。次いで、このウェハを、ＩＣＰドライエッチング装置に導入し、第１導電型コンタクト層１０３の表面からおおよそ１．０μｍ程度の深さが露出するまで、ドライエッチングを行なう。このように第１導電型コンタクト層１０３を露出した後、ドライエッチングのためのレジストマスクなどを除去し、有機洗浄により、ウェハの清浄化を行なう。
（第１導電側電極の形成工程）
上記で露出され洗浄された第１導電型コンタクト層１０３上に第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２）を形成する。第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２の形成方法は、実施形態１の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の場合と同じである。なお、本実施形態においても、第１導電型コンタクト層１０３のＡｌ組成は０．６５と高いため、９００℃の条件で第１導電側コンタクト電極３０１のオーミック化熱処理を第１導電側パッド電極３０２の形成前に実施している。
（光取り出し構造の形成工程）
次に、電子線描画装置あるいはナノインプリント装置などを利用して、下地基板１０１の表面にテクスチャ構造形成のための電子線レジストパターン、あるいは、樹脂モールドを利用した樹脂パターンを形成したのちに、ドライエッチングを行うことで、テクスチャ構造を形成することもできる。テクスチャ構造の一例が、第一の実施の形態と同様、図５の模式的斜視図に示されている。このようなテクスチャ構造は必ずしも形成されることを要しないが、テクスチャ構造の形成によって、下地基板１０１からの光取り出し効率を向上させることができる。また、テクスチャ構造以外でも、光取り出し効率向上のために、モスアイ構造などの他の低反射率構造を成長基板の表面に形成してもよい。
（マウント）
次に、実施形態１の場合と同様に、上記ウェハはダイシングによって適切なサイズ（本実施の形態では１ｍｍ×１ｍｍ）の複数のチップに分割され、ステムまたはＳＭＤ（表面実装デバイス）としてマウントされ、第１導電側パッド電極３０２などに配線が行われ、さらに、紫外線透過樹脂などで封止されて、紫外ＬＥＤ素子となる。発光光の出射面は、第１導電側電極側の第１導電型コンタクト層１０３の主面となる。
本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の上記説明においては、上記別の基板として下地基板を有する場合について説明した。しかしながら、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の上記別の基板は、絶縁性透明基板であれば特に制限はなく、下地基板でなくてもよい。たとえば、実施形態１の場合と同様に、第１導電型コンタクト層側から下地基板をすべて除去した後、第１導電型コンタクト層の一部に第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極および第１導電側パッド電極）を形成し、第１導電型コンタクト層側の他の一部上に別の基板として絶縁性透明基板を接合してもよい。ここで、絶縁性透明基板は、波長２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の深紫外光を透過する観点から、サファイア基板が好ましい。
［作用効果］
本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、実施形態１の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子と同様の縦型構造であって、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の第１導電型コンタクト層１０３側の主面の一部上に接合している別の基板をさらに有する縦型構造であり、実施形態１の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子と同様の作用効果を有し、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
＜実施形態３＞
図１０および図１１を参照して、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、実施形態１と同様に、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の形成に用いられる下地基板がすべて除去された縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子であって、端面から発光する発光素子である。端面発光の素子としては、レーザダイオード（ＬＤ）や、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の誘導放出型の発光素子があげられる。
したがって、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、実施形態１と同様に、導電性支持基板２０５と、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４と、発光層１０４を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３と、を含み、導電性支持基板２０５と、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３とが、多孔質金属膜２０４を介在して、電気的に接続するように接合されている、発光ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子である。ここで、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３は、第１導電型コンタクト層１０３と、発光層１０４と、第２導電型コンタクト層１０７と、をこの順に含み、第２導電型コンタクト層１０７は、多孔質金属膜２０４を介在して、導電性支持基板２０５と電気的に接続するように接合され、第１導電型コンタクト層１０３の少なくとも一部（図１０および図１１の第１導電型コンタクト層１０３の一主面である表面の全部）に電気的に接続するように接合されている第１導電側電極（図１０および図１１の第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２）をさらに含む。
本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、実施形態１と同様の上記の構成に加えて、適切な光閉じ込め効果を得るために、ガイド層および／またはクラッド層としての第１導電型層１０８および第２導電型層１０６をそれぞれ、Ａｌ組成の異なる多層構造としておくことが好ましく、また、誘導放出を生じやすくするために、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の導電性支持基板２０５への接合の前に、第２導電側であるｐ側の電流経路を制限する構造を作りこんでおくことが好ましい。具体的には、図１０に示すように、第２導電側コンタクト電極２０１が一部のみに形成され、第２導電側コンタクト電極２０１が形成されない部分は絶縁層２０６を形成した電極ストライプ構造とすることができる。または、図１１に示すように、エッチングによって第２導電型コンタクト層１０７の一部領域を、第２導電型層１０６の一部まで除去した後に、絶縁層２０６を形成したリッジストライプ構造とすることができる。
上記の電極ストライプ構造またはリッジストライプ構造を形成した後は、実施形態１と同様に、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の導電性支持基板２０５への接合から、第１導電側パッド電極３０２の形成までを行なう。第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２）に関しては、図１０および図１１に示すように露出した第１導電型コンタクト層１０３の全面に形成してもよいし、実施形態１と同様にパターニングにより露出した第１導電型コンタクト層の一部面に形成してもよい。
（マウント）
次に、第１導電側パッド電極３０２が形成されたウェハは、劈開および／またはダイシングによってバー状に分割される。半導体レーザの場合は、劈開面の一方に高反射コーティングを施して光反射面とし、他方の面は、用途に応じて、低反射コーティング、保護コーティングなどを施して、レーザ出射面とする。スーパールミネッセントダイオードの場合は、レーザ発振が起こらないように、端面に低反射コーティング、凹凸形状の形成、および／または斜面化処理などの端面反射の低減化構造を形成する。端面処理を行ったのち、適切なサイズ（本実施の形態では０．８ｍｍ×０．４ｍｍ）の複数のチップに分割される。チップ分割によって得られた端面出射型発光素子チップは、ステムにマウントされ、第１導電側パッド電極などに配線が行われ、そして紫外線透過樹脂などで封止されて端面出射型紫外発光素子となる。
［作用効果］
本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、一部電流経路が制限され誘導放出を容易に起こすことが可能な構造であり、かつ、下地基板がすべて除去された縦型構造の端面出射型の発光素子であり、実施形態１と同様の作用効果で、発光効率が高く歩留りが高く縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
＜実施形態４＞
図１２および図１３を参照して、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、実施形態３の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子と同様の縦型構造であって、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の第１導電型コンタクト層１０３側の主面の一部上に接合されている別の基板として下地基板１０１をさらに有する縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子であり、実施形態３と同様に端面から発光する発光素子である。端面発光の素子としては、レーザダイオード（ＬＤ）や、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の誘導放出型の発光素子があげられる。
したがって、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、実施形態２と同様に、導電性支持基板２０５と、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４と、発光層１０４を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３と、を含み、導電性支持基板２０５と、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３とが、多孔質金属膜２０４を介在して、電気的に接続するように接合されている、発光ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子である。ここで、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３は、第１導電型コンタクト層１０３と、発光層１０４と、第２導電型コンタクト層１０７と、をこの順に含み、第２導電型コンタクト層１０７は、多孔質金属膜２０４を介在して、導電性支持基板２０５と電気的に接続するように接合され、第１導電型コンタクト層１０３側の一部に接合されている下地基板１０１と、第１導電型コンタクト層１０３の他の一部に電気的に接続するように接合されている第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２）をさらに含む。すなわち、本実施形態においても、第１導電側電極は、第１導電型コンタクト層１０３の少なくとも一部に電気的に接続するように接合されている。
本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、実施形態２と同様の上記の構成に加えて、適切な光閉じ込め効果を得るために、ガイド層および／またはクラッド層としての第１導電型層１０８および第２導電型層１０６をそれぞれ、Ａｌ組成の異なる多層構造としておくことが好ましく、また、誘導放出を生じやすくするために、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の導電性支持基板２０５への接合の前に、第２導電側であるｐ側の電流経路を制限する構造を作りこんでおくことが好ましい。具体的には、図１２に示すように、第２導電側コンタクト電極２０１が一部のみに形成され、第２導電側コンタクト電極２０１が形成されない部分は絶縁層２０６を形成した電極ストライプ構造とすることができる。または、図１３に示すように、エッチングによって第２導電型コンタクト層１０７の一部領域を、第２導電型層１０６の一部まで除去したのちに、絶縁層２０６を形成したリッジストライプ構造とすることができる。
本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の上記説明においては、上記別の基板として下地基板を有する場合について説明した。しかしながら、本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の上記別の基板は、絶縁性基板であれば特に制限はなく、下地基板でなくてもよい。たとえば、実施形態３の場合と同様に、第１導電型コンタクト層側から下地基板をすべて除去した後、第１導電型コンタクト層の一部に第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極および第１導電側パッド電極）を形成し、第１導電型コンタクト層側の他の一部上に別の基板として絶縁性基板を接合してもよい。ここで、絶縁性基板は、適切な光閉じ込め効果を得る観点および電流リークを抑制する観点から、サファイア基板が好ましい。
上記の電極ストライプ構造またはリッジストライプ構造を形成した後は、実施形態３と同様に、上記ウェハは劈開および／またはダイシングによってバー状に分割し、適切な端面処理を実施した後に、チップ分割され、ステムにマウントされ、第１導電側パッド電極などに配線が行われ、紫外線透過樹脂などで封止されて端面出射型紫外発光素子となる。
［作用効果］
本実施形態の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、実施形態３の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子と同様の縦型構造であって、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の第１導電型コンタクト層１０３側の主面の一部上に接合している別の基板をさらに有する縦型構造であり、実施形態３と同様の作用効果、すなわち、実施形態１と同様の作用効果で、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となる。
（実施例１）
図３を参照して、下地基板１０１としてサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置に導入し、サファイア基板の一主面上に、厚さ３００ｎｍのＡｌＮ層からなるバッファ層１０２、厚さ３μｍのｎ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ層からなる第１導電型コンタクト層１０３、厚さ３ｎｍのＡｌ0.80Ｇａ0.20Ｎバリア層／厚さ２ｎｍのＡｌ0.55Ｇａ0.45Ｎ井戸層の６周期の多重量子井戸構造からなる発光層１０４、厚さ１５ｎｍのｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ｎブロック層からなる第２導電型ブロック層１０５、厚さ１５０ｎｍのｐ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ層からなる第２導電型層１０６、および厚さ５０ｎｍのｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎコンタクト層からなる第２導電型コンタクト層１０７をこの順に積層して、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を得た。なお、図３には、第１導電型層１０８が記載されているが、本実施例においては省略した。
本実施例においては、ＡｌＮ系半導体層の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法を用いて行ったが、ＭＯＣＶＤ法以外にも、ＭＢＥ法やスパッタ法など、既知の結晶成長方法を一部、または、全部に適用することも可能である。バッファ層１０２としては、ノンドープＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）層、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）層などを用いることも可能であるが、下地基板１０１を除去するためのレーザリフトオフ工程において、レーザ光を十分吸収する層であることが好ましい。
ＭＯＣＶＤ装置内での結晶成長の終了後、積層した窒化アルミニウム系半導体層を含むウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出して、ｐ型層である第２導電型の層（第２導電型ブロック層１０５、第２導電型層１０６および第２導電型コンタクト層１０７）を活性化するための熱処理を行った。熱処理は、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を熱処理装置内に導入し、１００％の酸素雰囲気中において、９００℃の高温で１０分間保持することで行った。なお、熱処理の温度、雰囲気については、この限りではない。
続いて、第２導電側電極であるｐ側電極の形成を行った。上記ウェハを蒸着装置内に導入し、図４を参照して、第２導電型コンタクト層１０７であるｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎコンタクト層上に厚さ１５ｎｍのＮｉ層および１５ｎｍのＡｕ層のｐ型コンタクト電極からなる第２導電側コンタクト電極２０１を形成した。なお、図４には、第１導電型層１０８が記載されているが、上記のように本実施例においては省略した。このとき、第２導電側コンタクト電極２０１による光吸収を抑制するためには、発光波長における第２導電側コンタクト電極２０１の透過率を可能な限り高くすることが必要であり、７５％以上の透過率であることが望ましい。本実施例においては、この条件を満たすため、第２導電側コンタクト電極２０１を、厚さ１５ｎｍのＮｉ層および厚さ１５ｎｍのＡｕ層からなる厚さ３０ｎｍの金属層とした。なお、本実施例においては、厚さ１５ｎｍのＮｉ層および厚さ１５ｎｍのＡｕ層の２層を形成後、４５０℃の酸素含有雰囲気において、熱処理を行い、第２導電側コンタクト電極２０１の合金化処理を行った。この熱処理により、第２導電側コンタクト電極２０１の透過率の向上と第２導電型コンタクト層１０７とのオーミック性の向上が可能となった。
続いて、第２導電側コンタクト電極２０１が形成された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１と導電性支持基板２０５との接合を行う。導電性支持基板２０５としては、導電性を有するためドーピングが行われた導電性シリコン基板を使用した。シリコン基板の接合側の面にはあらかじめ、金属電極を形成しておくことが望ましいが、この限りではなく、直接シリコン基板面に第２導電側コンタクト電極２０１が形成された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を接合してもよい。本実施例では、シリコン基板の接合側の面は、シリコン基板／Ｎｉ層（２５ｎｍ）／Ａｕ層（２５０ｎｍ）であり、Ｎｉ／Ａｕ金属膜の形成を行った。
続いて、上記Ｎｉ／Ａｕ金属膜が形成された導電性支持基板２０５の接合面に、金属粒子が配合された導電性ペーストの塗布を行なった。本実施例においては、スクリーン印刷機を用いて、Ａｇ含有導電性ペーストを塗布した。なお、本実施例で使用したＡｇ含有導電性ペーストは、本実施例におけるウェハ接合条件において、焼結後にマクロポーラス構造となるよう、Ａｇ含有量、密度、粘土、組成等が調整されたものであり、本ウェハ接合条件下において接合後、強固なウェハ接合強度と、高い電気伝導率を有した。なお、塗布時のＡｇ含有導電性ペーストの厚さは概ね数十μｍであるが、焼結後の厚さは、温度、圧力等の焼結条件により、大きく変動した。
続いて、図４を参照して、第２導電側コンタクト電極２０１（ｐ型コンタクト電極）が形成された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の第２導電側コンタクト電極２０１側の面を、Ａｇ含有導電性ペーストが塗布された導電性支持基板２０５の接合面にマウントして、接合した。接合は、加熱圧着装置で行った。本実施例では、窒素雰囲気中で、５０気圧３５０℃の条件で６０分間圧着することで、導電性支持基板２０５と窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１とをマクロポーラス構造の多孔質金属膜２０４を介在して接合できた。接合後の多孔質金属膜２０４の空孔率は、その３か所の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察において、断面積全体に対する空孔断面積の百分率（空孔面積率）を算出し、かかる空孔面積率を３／２乗した３つの数値の平均を算出した。空孔率は、概ね１０％〜２５％であり、それらの平均値は２０％であった。
なお、上記接合条件については、圧力が１気圧〜１００気圧、温度が２００℃〜３５０℃の範囲で検討を実施した。圧力５気圧、温度２２５℃の接合条件下では、多孔質金属膜２０４の空孔率は５０％であった。圧力７５気圧、温度３５０℃の接合条件下では、多孔質金属膜２０４の空孔率は５％であった。これらの接合条件下においても、ウェハの接合を行うことができた。また、常圧（圧力が１気圧）下の条件でも、接合条件の検討を行っており、このときの多孔質金属膜２０４の空孔率は、温度に関わらず、５０％より高かった。なお、この条件下でも、ウェハの接合は行うことができた。また、圧力が８０気圧以上１００気圧以下の場合においては、多孔質金属膜２０４の空孔率は、ほぼ０％となり、ＳＥＭ画像においても、マクロポーラス構造が確認できない状態であった。なお、この条件下でも、ウェハの接合は行うことができた。
また、接合後の多孔質金属膜について、反射率測定を実施したところ、マクロポーラス構造の形成の有無にかかわらず、３６０ｎｍ以下の波長の光に対して、概ね７５％以上の反射率を有しており、紫外光に対する反射膜として機能することを確認した。
このため、本実施例では、第２導電側コンタクト電極２０１に多孔質金属膜２０４を直接接合し、多孔質金属膜２０４を、反射電極２０２兼導電性接合層としている。しかしながら、第２導電側コンタクト電極２０１上に、アルミニウム、Ａｇなどの紫外光に対して高い反射特性を有する金属からなる反射電極２０２を形成した後に、多孔質金属膜２０４を形成して、導電性接合層としてもよい。
上記接合後、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１から下地基板１０１を除去した。本実施例においては、下地基板１０１の除去は、レーザリフトオフ法を用いて行った。図４を参照して、波長１９３ｎｍのレーザ光を下地基板１０１側から窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１内へ照射した。照射されたレーザ光は、バッファ層１０２内ですべて吸収された。吸収されたレーザ光の光エネルギーが熱エネルギーに変換されて、その熱エネルギーによって、バッファ層１０２が分解された。これによって下地基板１０１が剥離されて除去され、第１導電型コンタクト層１０３から導電性支持基板２０５までの部分が分離できた。
図５を参照して、レーザ照射によって基板を除去した剥離面には、レーザ照射によって分解したバッファ層１０２に起因する残留層４０２が付着していたので、その剥離面の清浄化を行った。なお、図５には、第１導電型層１０８が記載されているが、上記のように本実施例においては省略した。具体的には、塩酸と水が１：１の割合で混合された溶液中に分離された上記ウェハを３分間浸漬した。その後、水洗と乾燥を行った後に、第１導電型コンタクト層１０３の表面層を厚さ０．５０μｍ程度、ドライエッチングによって除去した。これは、第１導電型コンタクト層１０３の清浄な表面を露出させるためであった。
なお、上記ドライエッチング時において、電子線描画装置などを利用して、第１導電型コンタクト層１０３の表面にテクスチャ構造形成のための電子線レジストパターンを形成した後に、ドライエッチングを行うことで、テクスチャ構造を形成することもできる。テクスチャ構造の一例が、図６の概略斜視図に示されている。図６に示されたテクスチャ構造に含まれる円錐台状の凸部の各々は、たとえば直径２５０ｎｍの底面、直径２２５ｎｍの上面および２５０ｎｍの高さを有し、図７の概略平面図に示されているように一辺３５０ｎｍの正三角形の頂点に円錐台の中心が位置するように周期的に配置され得る。このようなテクスチャ構造は必ずしも形成されることを要しないが、テクスチャ構造の形成によって、第１導電型コンタクト層１０３からの光取り出し効率を向上させることができる。また、テクスチャ構造以外でも、光取り出し効率向上のために、モスアイ構造などの他の低反射率構造を第１導電型コンタクト層１０３の表面に形成してもよい。
続いて、図１を参照して、第１導電側コンタクト電極３０１（ｎ側コンタクト電極）を形成した。具体的には、フォトリソグラフィを利用して、第１導電側コンタクト電極３０１形成用のレジストパターンを形成した後に、上記ウェハを蒸着装置内へ導入し、Ｔｉ／Ａｌ多層膜の第１導電側コンタクト電極層を堆積した。その後、蒸着装置から上記ウェハを取り出して、リフトオフ処理を行うことで、パターニングされた第１導電側コンタクト電極３０１が形成された。このリフトオフ処理後に、第１導電側コンタクト電極３０１の合金化、オーミック電極化を行うために、８５０℃で３分間の熱処理を行った。
続いて、第１導電側パッド電極３０２（ｎ側パッド電極）の形成を行った。第１導電側コンタクト電極３０１の形成の場合と同様に、フォトリソグラフィを利用して第１導電側パッド電極３０２形成用のレジストパターンを形成した後に、ウェハを蒸着装置内へ導入し、Ｔｉ／Ａｕ多層膜からなる第１導電側パッド電極層を堆積した。その後、蒸着装置からウェハを取り出して、リフトオフ処理を行うことで、パターニングされた第１導電側パッド電極３０２が形成された。
第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２からなる第１導電側電極（ｎ型電極）が形成されたウェハは、続いて、ＳｉＯ2などの絶縁体からなる分割保護膜および／または電流阻止層などを形成した。
続いて、保護膜および／または電流阻止層などが形成されたウェハを、１ｍｍ×１ｍｍサイズの複数のチップに分割して、半導体チップの形成を行った。本実施例においては、チップの分割には、ダイシング装置を用いたが、レーザスクライブ装置、スクライブ装置などを用いてもチップ化を行うことが可能である。
チップ分割によって得られた深紫外ＬＥＤチップは、第２導電側（ｐ側）の導電性支持基板２０５を、熱伝導率の高い多結晶のＡｌＮからなるサブマウントを介してＡｌコーティングされたステム上にマウントしたり、あるいは、Ａｌからなる表面実装用基体に実装した後に、第１導電側パッド電極３０２（ｎ側パッド電極）と、Ａｌワイヤを用いて、電気的に接続した。最後に、石英ガラスで封止し、深紫外ＬＥＤ素子を得た。
なお、本実施例においては、深紫外ＬＥＤ素子において、支持基板としてはＡｌコーティングされたステムあるいはＡｌからなる表面実装用基体を、配線としてはＡｌワイヤを、封止材としては石英ガラスを使用しているが、これら以外にも、それぞれ、深紫外光を十分反射する金属からなる支持基板を使用してもよく、ワイヤおよび封止材としては深紫外光を十分透過しかつ深紫外光で劣化の少ない樹脂等を使用してもよい。
本実施例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子において、接合条件を圧力５気圧で温度２２５℃としたときの多孔質金属膜の断面図を図１４および図１５に示した。図１５から、多孔質金属膜の空孔面積率は６３％であり、かかる値を３／２乗することにより空孔率は５０％と算出された。また、発光効率は、積分球により測定された光出力から算出したところ、１２％と高かった。また、歩留りは、チップ特性を全数検査し素子定格値を満足する割合を算出したところ、９５％と高かった。接合条件を圧力７５気圧で温度２２５℃としたとき、多孔質金属膜の空孔率は１０％であり、発光効率は１２％と高く、歩留りは９５％と高かった。このことから、多孔質金属膜の空孔率は１０％以上５０％以下が適正であることがわかった。また、上記のいずれもの窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の発光ピーク波長は、分光光度計により測定したところ、２５０ｎｍであった。結果を表１にまとめた。
本実施例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子は、空孔率が１０％以上５０％以下のマクロポーラス構造の多孔質金属膜で、支持基板と窒化アルミニウム系半導体層構造体とが接合されていることから、支持基板、多孔質金属膜、窒化アルミニウム系半導体層構造体および下地基板のそれぞれの熱膨張係数の違いによって発生した応力が、マクロポーラス構造の多孔質金属部分で吸収されることによって、支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れや、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラック発生、多孔質金属膜でのクラックの発生を抑制することが可能となり、窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子の歩留りが高くなった。
また、マクロポーラス構造の多孔質金属膜が高温耐性を有することから、５００℃以上の条件での第１導電側コンタクト電極（ｎ側コンタクト電極）のオーミック化熱処理を実施することが可能となったため、良好なオーミック特性を有する第１導電側コンタクト電極の形成が可能となった。このため、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子を提供することが可能となった。
また、良好なオーミック特性を有する、ｎ側コンタクト電極の形成が可能となったため、素子の動作電圧の低下と、発光効率の向上が認められた。
（比較例１）
本比較例は、実施例１において、ウェハ接合条件を、圧力１気圧で温度２００℃〜３５０℃とした場合である。なお、かかるウェハ接合条件の場合、多孔質金属膜の空孔率は５０％より高かった。実施例１で記載のように、これらの条件下でも、ウェハの接合は行うことができた。
なお、ウェハ接合条件を圧力１気圧で温度２５０℃としたときの多孔質金属膜の断面図を図１６に示した。図１６から、多孔質金属膜の空孔面積率は７１％であり、かかる値を３／２乗することにより空孔率は６０％と算出された。
本比較例において、接合条件を圧力１気圧で温度２５０℃として空孔率６０％の多孔質金属膜で接合したウェハについて、実施例１と同様の方法で、下地基板の除去、第１導電側電極（ｎ側電極）の形成、チップ化、およびマウントまで行った。本比較例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子について、多孔質金属膜の空孔率は６０％であり、発光ピーク波長は２５０ｎｍであり、発光効率は５％と低く、歩留りは６０％と著しく低かった。結果を表１にまとめた。この原因として、９００℃での第１導電側電極（ｎ側電極）のオーミック化熱処理の前後で、マクロポーラス構造の多孔質金属膜の架橋部が熱処理による応力変化に耐えられず、破壊されたため、導電性が著しく低下したことが原因として考えられた。
（比較例２）
本比較例においては、実施例１において、ウェハ接合条件を、圧力８０気圧以上１００気圧以下で温度２００℃〜３５０℃とした場合である。なお、かかるウェハ接合条件の場合、多孔質金属膜の空孔率は１０％より低かった。実施例１で記載のように、これらの条件下でも、ウェハの接合は行うことができた。
なお、ウェハ接合条件を圧力１００気圧で温度３５０℃としたときの多孔質金属膜の断面図を図１７に示した。図１７から、多孔質金属膜の空孔面積率は１４％であり、かかる値を３／２乗することにより空孔率は５％と算出された。
本比較例において、接合条件を圧力１００気圧で温度３５０℃として空孔率５％の多孔質金属膜で接合したウェハについて、実施例１と同様の方法で、下地基板の除去、第１導電側電極（ｎ側電極）の形成、チップ化、およびマウントを試みた。しかしながら、下地基板の除去の際、および／または、９００℃での第２導電側電極（ｐ側電極）のオーミック化熱処理の後に、支持基板であるシリコン基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥離が多発した。本比較例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子について、多孔質金属膜の空孔率は５％であり、発光ピーク波長は２５０ｎｍであり、発光効率は４％と低く、歩留りは７０％と著しく低かった。結果を表１にまとめた。この原因としては、支持基板、多孔質金属膜、窒化アルミニウム系半導体層構造体、および下地基板などの熱膨張係数の差による応力変化の影響が考えられた。すなわち、下地基板の除去後は、応力が解放されて銀膜が収縮しようとするため、剥れが発生したものと考えられた。
一方、実施例１のように、多孔質金属膜が空孔率１０％以上５０％以下のマクロポーラス構造であった場合、上記応力が空孔部で吸収されて、窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥離が抑制されるものと考えられた。９００℃での第２導電側電極（ｐ側電極）のオーミック化熱処理後の支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥離についても、同様の原因が考えられ、より高い９００℃での熱処理によって、多孔質金属膜中に蓄積した応力によって、半導体ウェハのシリコン基板からの剥離が引き起こされているものと考えられた。
（実施例２）
図８を参照して、本実施例は、実施例１において、下地基板であるサファイア基板をすべて除去せず、サファイア基板の一部のみ剥離した場合の実施例である。波長３００〜２２０ｎｍの深紫外光に対して、ＡｌＮおよびＧａＮの屈折率は２を超える値であり、これらの屈折率はサファイアの屈折率約１．６と比較して大きい。このため、下地基板であるサファイア基板をすべて除去して第１導電型コンタクト層であるｎ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ層から光を取り出すよりも、下地基板を通して、光を取り出した方が、光取り出し効率の点で有利となる場合がある。光取り出し効率については、組み立て工程における、発光素子チップの構造以外でも、モールド樹脂などの形状、屈折率の影響でも変化するため、最適となるよう、素子設計が必要である。
実施例１と同様に、図３を参照して、下地基板１０１であるサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置に導入して窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を得た。さらに、実施例１と同様に、第２導電型の層（ｐ型層）の活性化のための熱処理、第２導電側電極（ｐ側電極）の形成、第２導電側コンタクト電極２０１（ｐ型コンタクト電極）が形成された窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１と導電性支持基板２０５との多孔質金属膜２０４を介在した接合までを実施した。接合条件は、実施例１において空孔率２５％の多孔質金属膜が得られた実施例１の標準接合条件である圧力５０気圧で温度３００℃とした。なお、接合条件は、空孔率が１０％以上５０％以下の多孔質金属膜が得られる圧力５気圧以上７５気圧以下で温度２００℃以上３５０℃以下の範囲内であってもよい。
上記ウェハの接合後、実施例１と同様に、波長１９３ｎｍのレーザ光を下地基板１０１側から窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１内へ照射して、サファイア基板の剥離を行った。ただし、本実施例においては、レーザの照射は下地基板の除去を行いたい部分のみとした。図９にレーザ照射後の概略断面図を示した。実施例１の場合と同様、図９のように、レーザ照射によって分解したバッファ層１０２に起因する残留層４０２がレーザ照射部には、形成されていたので、剥離面の清浄化を行なった。続いて、実施例１と同様に、この清浄化された下地基板剥離面に対して、パターニングされた、第１導電側コンタクト電極３０１（ｎ側コンタクト電極）および第１導電側パッド電極３０２（ｎ側パッド電極）の形成を行なった。
なお、上記の第１導電側電極（ｎ型電極）の形成後、電子線描画装置あるいはナノインプリント装置等を利用して、下地基板１０１であるサファイア基板の表面にテクスチャ構造形成のための電子線レジストパターン、あるいは、樹脂モールドを利用した樹脂パターンを形成した後、ドライエッチングを行うことで、テクスチャ構造を形成することもできる。テクスチャ構造の１例を、実施形態１と同様に、図６の概略斜視図に示した。このようなテクスチャ構造は必ずしも形成されることを要しないが、テクスチャ構造の形成によって、下地基板からの光取り出し効率を向上させることができる。また、テクスチャ構造以外でも、光取り出し効率向上のために、モスアイ構造などの他の低反射率構造を成長基板の表面に形成してもよい。
上記の光取り出し構造の形成後、実施形態１と同様に、上記ウェハに必要に応じて、ＳｉＯ2などの絶縁体からなる分割保護膜、電流阻止層などを形成した後に、ウェハはダイシングによって適切なサイズ（本実施の形態では１ｍｍ×１ｍｍ）の複数のチップに分割され、ステムまたはＳＭＤ（表面実装デバイス）としてマウントされ、第１導電側パッド電極（ｎ側パッド電極）などに配線が行われ、そして紫外線透過樹脂などで封止されて紫外ＬＥＤ素子を形成した。
本実施例においては、支持基板からの窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れ、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラックの発生、および多孔質金属膜でのクラックの発生などを原因とするプロセス歩留りの低下は発生しなかった。また、良好なオーミック特性を有する、ｎ側コンタクト電極の形成が可能となったため、素子の動作電圧の低下と、発光効率の向上が認められた。本実施例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子について、多孔質金属膜の空孔率は１５％であり、発光ピーク波長は２５０ｎｍであり、発光効率は１１％と高く、歩留りは９６％と高かった。結果を表１にまとめた。
（実施例３）
図１０を参照して、本実施例は、実施例１において、端面放出型の発光デバイスである半導体レーザおよび／またはスーパールミネッセントダイオードなどを形成した場合の実施例である。
図３を参照して、下地基板１０１としてサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置に導入し、サファイア基板の一主面上に、厚さ３００ｎｍのＡｌＮ層からなるバッファ層１０２、厚さ３μｍのｎ型Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ層からなる第１導電型コンタクト層１０３、第１導電型層、厚さ３ｎｍのＡｌ0.80Ｇａ0.20Ｎバリア層／厚さ２ｎｍのＡｌ0.26Ｇａ0.74Ｎ井戸層の６周期の多重量子井戸構造からなる発光層１０４、厚さ１５ｎｍのｐ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ｎブロック層からなる第２導電型ブロック層１０５、第２導電型層１０６、および厚さ５０ｎｍのｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎコンタクト層からなる第２導電型コンタクト層１０７をこの順に積層して、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を形成することにより、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を得た。
図１０を参照して、本実施例では、端面出射の発光デバイスを作製するために、発光層１０４からの発光光を、層構造中に屈折率的に閉じ込める構造が必要であった。そのため、第１導電型層１０８（ｎ型層）および第２導電型層１０６（ｐ型層）は、発光層１０４と適切な屈折率差を生じる発光層の井戸層よりも組成が高いＡｌ組成を有するそれぞれ第１導電型（ｎ型）および第２導電型（ｐ型）のクラッド層であることが必要であった。また、光導波層である光ガイド層を挿入した複数層構造としてもよい。そこで、本実施例では、第１導電型層１０８は発光層１０４に近い側から厚さ７５ｎｍのｎ型Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎガイド層および厚さ７５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.78Ｇａ0.22Ｎクラッド層の２層構造とし、第２導電型層１０６は発光層１０４に近い側からｐ型Ａｌ0.68Ｇａ0.32Ｎガイド層およびｐ型Ａｌ0.78Ｇａ0.22Ｎクラッド層の２層構造とした。また、発光層の井戸層はＡｌ0.26Ｇａ0.74Ｎとした。
窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３の形成後、実施例１と同様に、第２導電型の層（ｐ型層）の活性化のための熱処理を行なった。
続いて、第２導電側電極（ｐ側電極）の形成を行なった。本実施例においては、誘導放出を利用した端面発光型の発光素子を作製するため、誘導放出の条件であるキャリアの反転分布が容易に得られるため、電流経路を制限した電極ストライプ構造のｐ側電極を形成した。具体的には、図１０に示すように、電流が流れる発光領域にのみ、フォトリソグラフィ技術を用いて、第１層として厚さ２．５ｎｍのＮｉ層および第２層として厚さ２．５ｎｍのＡｕ層からなるパターニングされた厚さ５．０ｎｍの第２導電側コンタクト電極２０１（ｐ側コンタクト電極）を形成した。それ以外の部分に関しては、絶縁層２０６を形成し、半導体領域への電流注入を阻止する電流阻止層を形成した。本実施例においては、絶縁層２０６は厚さ２５０ｎｍのＳｉＯ2層とした。
上記電極ストライプ構造の形成後、実施例１と同様に、導電性支持基板２０５への窒化アルミニウム系半導体ウェハの接合、支持基板の除去、第１導電側電極（ｎ側電極）の形成を行なった。なお、本実施例の発光素子は、端面発光型であるため、光取り出し構造を形成することは必要ない。
（マウント）
第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極３０１であるｎ側コンタクト電極および第１導電側パッド電極３０２であるｎ側パッド電極）の形成後、上記ウェハは必要に応じて、ＳｉＯ2などの絶縁体からなる分割保護膜、電流阻止層などを形成した後に、劈開によって出射面の形成を行い、多数のバー状に分割した。本実施例では、幅８００μｍのバー状に分割した。
続いて、発光素子が半導体レーザの場合は、劈開面の一方に高反射コーティングを施して光反射面とし、他方の面は、用途に応じて、低反射コーティング、保護コーティングなどを施して、レーザ出射面とした。発光素子がスーパールミネッセントダイオードの場合は、レーザ発振が起こらないよう、端面に低反射コーティング、凹凸形状の形成、斜面化処理など、端面反射の低減化構造を形成した。
上記の端面処理を行った後、適切なサイズ（本実施例では０．８ｍｍ×０．４ｍｍ）の複数のチップに分割された。チップ分割によって得られた端面出射型発光素子チップは、ステムにマウントされ、第１導電側パッド電極（ｎ側パッド電極）などに配線が行われ、そして紫外線透過樹脂などで封止されて端面出射型紫外発光素子となった。
本実施例において、窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れ、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラックの発生、および多孔質金属膜でのクラックの発生などを原因とする歩留りの低下は発生しなかった。また、良好なオーミック特性を有する第１導電側コンタクト層（ｎ側コンタクト電極）の形成が可能となったため、素子の動作電圧の低下と、発光効率の向上が認められた。本実施例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子について、多孔質金属膜の空孔率は１７％であり、発光ピーク波長は２６５ｎｍであり、発光効率は１４％と高く、歩留りは９６％と高かった。結果を表１にまとめた。
（実施例４）
図１１を参照して、本実施例は、実施例３と同様に、端面放出型の発光デバイスである半導体レーザや、スーパールミネッセントダイオードなどを形成した場合の実施例である。本実施例は、実施例３の電極ストライプ構造よりも、さらに、誘導放出を生じさせやすい、リッジストライプ構造が形成された端面放出型の発光デバイスについての実施例である。
実施例３と同様にして、下地基板１０１としてサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置に挿入して、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を形成することにより、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を得た。次いで、実施例３と同様にして、第２導電型の層（ｐ型層）の活性化のための熱処理を実施した。
続いて、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、図１１に示すように、第２導電型コンタクト層１０７（ｐ型コンタクト層）の一部領域を第２導電型層１０６（ｐ型層）の一部まで（すなわち、一部領域において第２導電型コンタクト層１０７の全部と第２導電型層１０６の途中まで）除去して、リッジストライプ構造の形成を行った。
続いて、第２導電側電極（ｐ型電極）の形成を行なった。図１１に示すように、ドライエッチングが行われなかった部分に、第２導電側コンタクト電極２０１（ｐ側コンタクト電極）の形成を行った。また、ドライエッチングで除去された部分については、電流阻止のため、絶縁層２０６の形成を行った。本実施例においては、リッジ幅は４μｍとし、ドライエッチングは７００ｎｍの深さとした。電流素子層である絶縁層２０６は厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2層とした。
上記のリッジストライプ構造の形成後、実施例３と同様に、導電性支持基板２０５への窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の接合、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１からの下地基板１０１の除去、および第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２）の形成を順次行なった。なお、本実施例の素子は、端面発光型であるため、光取り出し構造を形成することは、必要ない。
続いて、実施例３と同様に、上記ウェハに必要に応じてＳｉＯ2などの絶縁体からなる分割保護膜および／または電流阻止層などを形成した後に、劈開によって出射面の形成を行い、多数のバー状に分割した。本実施例では、幅８００μｍのバー状に分割した。
続いて、発光素子が半導体レーザの場合は、劈開面の一方に高反射コーティングを施して光反射面とし、他方の面は、用途に応じて、低反射コーティング、保護コーティングなどを施して、レーザ出射面とした。発光素子がスーパールミネッセントダイオードの場合は、レーザ発振が起こらないよう、端面に低反射コーティングや、凹凸形状の形成、斜面化処理など、端面反射の低減化構造を形成した。
上記の端面処理を行った後、適切なサイズ（本実施例では０．８ｍｍ×０．４ｍｍ）の複数のチップに分割された。チップ分割によって得られた端面出射型発光素子チップは、ステムにマウントされ、第１導電側パッド電極３０２（ｎ側パッド電極）などに配線が行われ、そして紫外線透過樹脂などで封止されて端面出射型紫外発光素子となった。
本実施例において、窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れ、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラックの発生、および多孔質金属膜でのクラックの発生などを原因とする、歩留りの低下は発生しなかった。また、良好なオーミック特性を有する、第１導電側コンタクト層（ｎ側コンタクト電極）の形成が可能となったため、素子の動作電圧の低下と、発光効率の向上が認められた。本実施例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子について、多孔質金属膜の空孔率は１５％であり、発光ピーク波長は２６０ｎｍであり、発光効率は１０％と高く、歩留りは９６％と高かった。結果を表１にまとめた。
（実施例５）
図１２を参照して、本実施例は、実施例３と同様に、ストライプ電極構造の端面放出型の発光デバイスである半導体レーザ、スーパールミネッセントダイオードなどを形成した場合の実施例である。実施例３と異なり、本実施例においては、下地基板は、一部領域のみ、剥離されている。
実施例３と同様にして、下地基板１０１としてサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置に挿入して、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を形成することにより、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を得た。次いで、実施例３と同様にして、第２導電型の層（ｐ型層）の活性化のための熱処理を実施した後、電極ストライプ構造を形成した。
電極ストライプ構造の形成後、実施例３と同様にして、導電性支持基板２０５への窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の接合、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１からの下地基板１０１（サファイア基板）の除去、および第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２）の形成を順次行なった。ただし、本実施例においては、サファイア基板は全面除去せず、一部のみ除去した。すなわち、レーザの照射はサファイア基板の除去を行いたい部分のみとした。除去するサファイア基板については、図１２に示すように、電極ストライプ直上部分とすることが好ましい。なお、本実施例の素子は、端面発光型であるため、光取り出し構造を形成することは必要ない。
続いて、実施例３と同様に、上記ウェハに必要に応じて、ＳｉＯ2などの絶縁体からなる分割保護膜および／または電流阻止層などを形成した後に、劈開によって出射面の形成を行い、多数のバー状に分割した。本実施例では、幅８００μｍのバー状に分割した。
続いて、発光素子が半導体レーザの場合は、劈開面の一方に高反射コーティングを施して光反射面とし、他方の面は、用途に応じて、低反射コーティング、保護コーティングなどを施して、レーザ出射面とした。発光素子がスーパールミネッセントダイオードの場合は、レーザ発振が起こらないように、端面に低反射コーティング、凹凸形状の形成、斜面化処理などの端面反射の低減化構造を形成した。
上記の端面処理を行った後、適切なサイズ（本実施例では０．８ｍｍ×０．４ｍｍ）の複数のチップに分割された。チップ分割によって得られた端面出射型発光素子チップは、ステムにマウントされ、第１導電側パッド電極３０２（ｎ側パッド電極）などに配線が行われ、そして紫外線透過樹脂などで封止されて端面出射型紫外発光素子となった。
本実施例において、窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れ、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラックの発生、および多孔質金属膜でのクラックの発生などを原因とする、歩留りの低下は発生しなかった。また、良好なオーミック特性を有する、ｎ側コンタクト電極の形成が可能となったため、素子の動作電圧の低下と、発光効率の向上が認められた。本実施例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子について、多孔質金属膜の空孔率は１６％であり、発光ピーク波長は２６０ｎｍであり、発光効率は１３％と高く、歩留りは９６％と高かった。結果を表１にまとめた。
（実施例６）
図１３を参照して、本実施例は、実施例４と同様に、リッジストライプ構造の端面放出型の発光デバイスである半導体レーザ、スーパールミネッセントダイオードなどを形成した場合の実施例である。実施例４と異なり、本実施例においては、下地基板は、一部領域のみ、剥離されている。
実施例４と同様にして、下地基板１０１としてサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置に挿入して、窒化アルミニウム系半導体層構造体４０３を形成することにより、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１を得た。次いで、実施例４と同様にして、第２導電型の層（ｐ型層）の活性化のための熱処理を実施した後、リッジストライプ構造を形成した。
リッジストライプ構造の形成後、実施例４と同様にして、導電性支持基板２０５への窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１の接合、窒化アルミニウム系半導体ウェハ４０１からの下地基板１０１（サファイア基板）の除去、および第１導電側電極（第１導電側コンタクト電極３０１および第１導電側パッド電極３０２）の形成を順次行なった。ただし、本実施例においては、サファイア基板は全面除去せず、一部のみ除去した。すなわち、レーザの照射はサファイア基板の除去を行いたい部分のみとした。除去するサファイア基板については、図１３に示すように、電極ストライプ直上部分とすることが好ましい。なお、本実施例の素子は、端面発光型であるため、光取り出し構造を形成することは、必要ない。
続いて、実施例４と同様に、上記ウェハに必要に応じて、ＳｉＯ2などの絶縁体からなる分割保護膜および／または電流阻止層などを形成した後に、劈開によって出射面の形成を行い、多数のバー状に分割した。本実施例では、幅８００μｍのバー状に分割した。
続いて、発光素子が半導体レーザの場合は、劈開面の一方に高反射コーティングを施して光反射面とし、他方の面は、用途に応じて、低反射コーティング、保護コーティングなどを施して、レーザ出射面とした。発光素子がスーパールミネッセントダイオードの場合は、レーザ発振が起こらないように、端面に低反射コーティング、凹凸形状の形成、斜面化処理などの端面反射の低減化構造を形成した。
上記の端面処理を行った後、適切なサイズ（本実施例では０．８ｍｍ×０．４ｍｍ）の複数のチップに分割された。チップ分割によって得られた端面出射型発光素子チップは、ステムにマウントされ、第１導電側パッド電極３０２（ｎ側パッド電極）などに配線が行われ、そして紫外線透過樹脂などで封止されて端面出射型深紫外発光素子となった。
本実施例において、窒化アルミニウム系半導体層構造体の剥れ、窒化アルミニウム系半導体層構造体内でのクラックの発生、および多孔質金属膜でのクラックの発生などを原因とする、歩留りの低下は発生しなかった。また、良好なオーミック特性を有する、ｎ側コンタクト電極の形成が可能となったため、素子の動作電圧の低下と、発光効率の向上が認められた。本実施例の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子について、多孔質金属膜の空孔率は１５％であり、発光ピーク波長は２６５ｎｍであり、発光効率は１４％と高く、歩留りは９６％と高かった。結果を表１にまとめた。
上記表１を参照して、導電性支持基板と、導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜と、発光層を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体と、を含み、導電性支持基板と、窒化アルミニウム系半導体層構造体とが、多孔質金属膜を介在して、電気的に接続するように接合されている、発光ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子において、多孔質金属膜の空孔率を１０％以上５０％以下とすることにより、発光効率が高く歩留りが高い縦型構造の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子が得られた。
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実施の形態および実施例ではなく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。
１０１ 下地基板
１０２ バッファ層
１０３ 第１導電型コンタクト層
１０４ 発光層
１０５ 第２導電型ブロック層
１０６ 第２導電型層
１０７ 第２導電型コンタクト層
１０８ 第１導電型層
２０１ 第２導電側コンタクト電極
２０２ 反射電極
２０４ 多孔質金属膜
２０５ 導電性支持基板
２０６ 絶縁層
３０１ 第１導電側コンタクト電極
３０２ 第１導電側パッド電極
３０４ 第１導電側透光性導電膜
４０１ 窒化アルミニウム系半導体ウェハ
４０２ 残留層
４０３ 窒化アルミニウム系半導体層構造体

Claims (5)

  1. 導電性支持基板と、空孔率が１０％以上５０％以下であり導電性を有するマクロポーラス構造の多孔質金属膜と、発光層を含む窒化アルミニウム系半導体層構造体と、第２導電側コンタクト電極と、を含み、
    前記窒化アルミニウム系半導体層構造体は、第１導電型コンタクト層と、第１導電型層と、前記発光層と、第２導電型層と、第２導電型コンタクト層とをこの順に含み、
    前記導電性支持基板と、前記窒化アルミニウム系半導体層構造体の前記第２導電型コンタクト層とが、前記多孔質金属膜および前記第２導電側コンタクト電極を介在して、電気的に接続するように接合されており、
    第２導電側の電流経路を制限する構造を有し、
    前記構造は、前記第２導電型コンタクト層の一部のみに前記第２導電側コンタクト電極が形成され、前記第２導電側コンタクト電極が形成されていない部分には絶縁層が形成されている電極ストライプ構造、または、前記第２導電型コンタクト層の一部領域が除去されて絶縁層が形成されているリッジストライプ構造であり、
    発光ピーク波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子。
  2. 前記第１導電型層および前記第２導電型層は、それぞれＡｌ組成の異なるＡｌＧａＮ層の多層構造を有する請求項１に記載の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子。
  3. 前記第１導電型コンタクト層は第１導電型ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）コンタクト層であり、前記第２導電型コンタクト層は第２導電型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．２５≦ｙ≦１）コンタクト層である請求項１または請求項２に記載の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子。
  4. 前記多孔質金属膜は銀を含む金属膜である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子。
  5. 前記導電性支持基板はシリコン基板である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子。
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