WO2005043633A1 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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WO2005043633A1
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Mamoru Miyachi
Hiroyuki Ota
Yoshinori Kimura
Kiyofumi Chikuma
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Pioneer Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor light emitting device formed using, for example, a nitride semiconductor or the like, and a method for manufacturing the same.
  • LEDs Green to blue light emitting diodes formed of a nitride semiconductor have been realized, and LEDs for shorter wavelengths have recently been developed for application to white LEDs.
  • GaN gallium nitride
  • a nitride semiconductor is crystal-grown on the base layer to form an active layer or the like.
  • the formation of a GaN-based underlayer on a sapphire substrate is indispensable for forming a growth layer with good crystallinity.
  • gallium nitride absorbs light having a wavelength shorter than 360 nm, so that the light generated in the active layer in the growth layer is not absorbed by the underlying layer when the light is emitted outside the device. Therefore, the underlayer is removed from the growth layer.
  • the sapphire substrate and the underlayer are removed from the growth layer by mechanical polishing, or the sapphire substrate is removed by laser lift-off, and then the underlayer is etched from the growth layer.
  • a method of removing by mechanical polishing has been proposed.
  • LEDs made of nitride semiconductors have a structure in which light generated in an active layer is provided on a light extraction surface (P-type layer) of a growth layer as a P electrode for supplying a drive current.
  • the structure is such that light is transmitted through a flat transparent electrode or translucent electrode, or is emitted from the flat sapphire substrate side.
  • the nitride semiconductor has a refractive index of about 2.5, for example, a transparent semiconductor. Since ITO used as a bright electrode also has a high refractive index, much of the light generated in the active layer is reflected at a planar semiconductor-resin interface, and it is difficult to improve the light extraction efficiency.
  • GaP-based LEDs are subjected to wet etching as disclosed in JP-A-2000-299494 and JP-A-43438424. It is difficult to make the light extraction surface rough, and the light extraction efficiency cannot be easily improved.
  • the workability of a sapphire substrate is worse than that of a nitride semiconductor. Therefore, when light is extracted from the sapphire substrate side in order to avoid light absorption by a translucent electrode or a transparent electrode, the surface becomes rough. However, it is not possible to improve the light extraction efficiency.
  • the present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to provide a semiconductor light emitting device in which an underlayer is efficiently removed from a growth layer, and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device.
  • a semiconductor light emitting device that improves light extraction efficiency and a method for manufacturing the semiconductor light emitting device It is intended to provide a manufacturing method.
  • the invention according to claim 1 is a semiconductor light-emitting device including a light-emitting structure layer having a stacked structure composed of a nitride semiconductor and including at least an active layer that generates light.
  • the invention according to claim 2 is the semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the fine unevenness is constituted by a plurality of minute planes inclined with respect to the main surface. I do.
  • the invention described in claim 3 is the semiconductor light-emitting device according to claim 2, wherein the fine unevenness comprises an inverted hexagonal pyramid-shaped recess.
  • the invention according to claim 4 is the semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the first main surface is a ⁇ 0001 ⁇ or ⁇ 000-1 ⁇ plane of a nitride semiconductor crystal, Each of the inverted hexagonal pyramid-shaped concave portions is substantially constituted by a ⁇ 1-101 ⁇ plane of the nitride semiconductor crystal.
  • the invention according to claim 5 is the semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the first main surface is a ⁇ 0001 ⁇ or ⁇ 000-1 ⁇ plane of a nitride semiconductor crystal,
  • the fine irregularities are characterized by being substantially constituted by the ⁇ 1122 ⁇ plane of the nitride semiconductor crystal.
  • the invention according to claim 6 is the semiconductor light emitting device according to any one of claims 115, wherein the semiconductor layer is formed of an n-type nitride semiconductor, and The layer is formed by the multilayer structure starting from the p-type nitride semiconductor and ending with the n-type nitride semiconductor from the back side.
  • the invention according to claim 11 is a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein an underlayer is provided on a substrate.
  • a first step of forming a layer a second step of forming a mask having a large number of fine openings on the underlayer, selective growth in each of the openings, and a lateral direction on the mask.
  • a third step of forming an uneven transfer layer having a large number of convex portions formed by a plurality of minute planes inclined with respect to the substrate plane by growth; and forming the underlayer on the uneven transfer layer.
  • the flattening layer is formed of an n-type nitride semiconductor in the fifth step
  • the light emitting structure layer is formed of a multilayer structure starting from an n-type nitride semiconductor and ending with a p-type nitride semiconductor from the planarization layer side.
  • the invention according to claim 13 is the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 11 or 12, wherein the underlayer, the transfer layer, the light absorption layer, the planarization layer, and the light emission layer.
  • the structural layer is a nitride III-V compound semiconductor in which the group V element is nitrogen (N).
  • the invention according to claim 14 is the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 13, wherein the light absorption layer is made of InGaN.
  • An invention according to claim 15 is the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 11 to 14, wherein the substrate has sapphire or GaN whose principal surface is a ⁇ 0001 ⁇ plane. , A1N, or SiC.
  • the invention according to claim 16 is the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 11 to 15, wherein the opening of the mask is formed in the second step by the step of:
  • the contact openings are located in the ⁇ 1-100> direction of the underlayer, and the centers of all the openings are hexagonal It is characterized in that it is formed so as to be a center of symmetry.
  • An invention according to claim 17 is the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 15, wherein, in the second step, an opening of the mask is formed by: It is characterized in that it is formed in a stripe shape parallel to the crystal axis ⁇ 1100> or ⁇ 1120> of the underlayer.
  • the invention according to claim 18 is the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to any one of claims 11 to 17, wherein the light-absorbing layer includes a non-light-emitting recombination center. Characterized by being a semiconductor containing an impurity or an indirect transition semiconductor.
  • the invention according to claim 19 is the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 11 to 18, wherein in the seventh step, irradiation is performed from a back surface side of the substrate.
  • the light energy is smaller than the band gap energies of the underlayer and the transfer layer, and is larger than the band gap energy of the light absorption layer.
  • An invention according to claim 20 is the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 11 to 19, wherein in the seventh step, irradiation is performed from the back side of the substrate.
  • the wavelength of the emitted light is not less than 360 nm.
  • FIG. 1 is a view showing a structure and a manufacturing method of a semiconductor light emitting device as a best mode for carrying out the present invention.
  • FIG. 2 is a view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to a first example.
  • FIG. 3 is a view illustrating a method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, following the method illustrated in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a view showing a method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, following the method shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a view illustrating a method for manufacturing the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, following the method illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 (a) is a perspective view schematically showing the structure of the present semiconductor light emitting device
  • FIGS. 1 (b)-(e) are longitudinal sections schematically showing the method for manufacturing the present semiconductor light emitting device.
  • FIG. 1 (b)-(e) are longitudinal sections schematically showing the method for manufacturing the present semiconductor light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device 1 includes a support substrate 2 having an electrode layer 3a formed on a front surface, an electrode layer 5 formed on a surface, and a growth layer 4 formed with an ohmic electrode layer 3b on the back surface.
  • the structure has a structure in which the growth layer 4 is fixed to the surface of the support substrate 2 via the electrode layer 3a and the ohmic electrode layer 3b bonded by fusion or the like.
  • the growth layer 4 has a multilayer structure in which a light emitting structure layer DLY having a contact layer, a cladding layer, and an active layer, and a flattening layer CLY as a light extraction surface are stacked.
  • the layer DLY and the flattening layer CLY are formed by stacking a nitride III-V compound semiconductor in which the group V element is nitrogen (N).
  • the surface of the flat layer CLY has a structure in which a large number of fine concave portions are formed at a high density. More specifically, a large number of fine inverted hexagonal pyramid-shaped concave portions are formed on the entire surface. It has a structure formed with density. Then, for example, a cross-shaped electrode layer 5 that connects diagonals as shown in the drawing is formed on a part of the surface of the flattening layer CLY that has been made uneven by the recesses.
  • an external capacitor is provided between the electrode layer 3a joined to the ohmic electrode layer 3b and the electrode layer 5 provided on the flattening layer CLY side.
  • the driving current flows through the flattening layer CLY into the active layer in the light emitting structure layer DLY, and short-wavelength light is generated from the active layer. Then, the short-wavelength light emitted from the active layer is emitted to the outside of the device from the uneven surface of the flattened layer CLY. That is, the semiconductor light emitting element 1 has a surface emitting type element structure.
  • gallium nitride (GaN) is formed on a substrate SSB formed of any of sapphire, GaN, A1N, and SiC by MOCVD or the like.
  • the underlayer ALY which also has a force, is laminated, and then a transfer layer TLY made of gallium nitride (GaN) having a number of fine irregularities is formed. More specifically, by forming a large number of fine hexagonal pyramid-shaped (preferably regular hexagonal pyramid) convex portions a having inclined surfaces b at high density in the surface direction, A transfer layer TLY having a globular surface and a gallium nitride (GaN) force is formed on the underlayer ALY.
  • the uneven surface of the transfer layer TLY is coated with InGaN (where x> 0.5) containing an impurity serving as a non-radiative recombination center by MOCVD or the like.
  • the above-described growth layer 4 including the flattening layer CLY and the light emitting structure layer DLY is formed on the surface of the light absorption layer BLY. That is, after the nitride-based mv group compound semiconductor (specifically, n-type AlGaN) power is stacked on the surface of the light absorption layer BLY, the flattening layer CLY is formed, and then the flattening layer CLY is formed on the flat surface of the flattening layer CLY. Then, a light emitting structure layer DLY having a multilayer structure having an active layer, a clad layer, and a contact layer is stacked by crystal growth of a nitride-based mv group compound semiconductor having a predetermined composition.
  • the nitride-based mv group compound semiconductor specifically, n-type AlGaN
  • the stacking is started with the planarizing layer CLY side as an n-type layer, and the stacking is completed with the p-type contact layer.
  • the ohmic electrode layer 3b is formed on the entire surface of the light emitting structure layer DLY, the underlayer ALY and the transfer layer TLY, the light absorbing layer BLY, the planarizing layer CLY, and the light emitting structure layer are formed on the substrate SSB.
  • An intermediate 100 having DLY and the ohmic electrode layer 3b is produced.
  • an intermediate product 200 in which an electrode layer 3a for supplying a drive current is formed on the entire surface of the support substrate 2 is prepared.
  • the electrode layer 3a and the ohmic electrode layer 3b of the intermediate 100 are integrally fixed as shown in FIG. 1 (b).
  • the back surface side force of the substrate SSB is irradiated toward the light absorbing layer BLY.
  • the substrate SSB is a sapphire substrate and the light absorption layer BLY is formed of InGaN,
  • a second harmonic (wavelength: 532 nm) laser light of the YAG laser is irradiated from the back side of the substrate SSB.
  • the light passes through the substrate SSB, the underlayer ALY, and the transfer layer TLY, is absorbed by the light absorbing layer BLY, and is converted into heat, and the heat causes the light absorbing layer BLY to change. Decomposes into gas.
  • the light absorbing layer BLY include a non-radiative recombination center or be formed of an indirect transition type semiconductor, since the absorbed light is more quickly converted into heat.
  • the base layer ALY and the transfer layer TLY are peeled together with the substrate SSB at the gasified light absorbing layer BLY to expose the flattening layer CLY. .
  • the residue of the light absorption layer BLY remaining on the flattening layer CLY is removed by etching, so that the surface of the flattening layer CLY is removed. Exposure.
  • the exposed surface of the flattening layer CLY was exposed. Is formed in a shape opposite to the above-mentioned many fine hexagonal pyramid-shaped projections a, that is, in an uneven shape having a large number of fine inverted hexagonal pyramid-shaped recesses c.
  • an electrode layer 5 for supplying a driving current is laminated on a part of the uneven surface of the planarizing layer CLY, so that the present semiconductor light emitting device can be used.
  • Device 1 is completed.
  • the electrode layers 5 are stacked so as to form a cross shape connecting diagonals of the surface of the flattening layer CLY serving as a light extraction surface, thereby completing the present semiconductor light emitting device 1. .
  • 1S has been described as a representative of the process of manufacturing one semiconductor light emitting element 1.
  • the first to first steps described with reference to FIGS. In the manufacturing process (3), after a process for manufacturing a plurality of semiconductor light emitting elements 1 is collectively performed on the substrate (sapphire substrate) SSB, the supporting substrate 2 is scribed from the back side to a predetermined size. A plurality of semiconductor light emitting elements 1 are collectively formed by dividing the chip into chips.
  • the surface of the planar ridge layer CLY serving as a light extraction surface has a large number of fine inverted hexagonal pyramid concave portions c that are not flat.
  • the ratio of light generated in the active layer in the light-emitting structure layer DLY reflected on the surface and returned to the inside of the device can be reduced, thereby improving light extraction efficiency.
  • the present semiconductor light emitting device 1 was formed of an n-type nitride III-V compound semiconductor (specifically, n-type AlGaN).
  • the driving The current flows through almost the entire flat layer CLY, and flows into almost the entire area of the active layer in the light emitting structure layer DLY. For this reason, light is generated in almost the entire area of the active layer, and the generated light is emitted to the outside of the device from almost the entire area (the entire area of the light extraction surface) of the flattening layer CLY, thereby reducing the light extraction efficiency. Improvements are possible.
  • n-type nitride-based III-V group compound semiconductor is resistivity of the order of 10- 3 Omega cm low resistance, a very low resistivity compared to the p-type nitride semiconductor.
  • the drive current is applied to the electrode layer 5 formed on a part of the low resistivity flat layer CLY made of an n-type nitride III-V compound semiconductor (specifically, n-type AlGaN).
  • the drive current flows through almost the entirety of the planarization layer CLY and flows into almost the entire area of the active layer, instead of flowing through only a part of the planarization layer CLY immediately below the electrode layer 5.
  • Light is generated in almost the entire area of the active layer, and the generated light is emitted to the outside of the device from almost the entire area (the entire area of the light extraction surface) of the flattening layer CLY, thereby improving the light extraction efficiency. I do.
  • the driving current was injected into the active layer because the p-type nitride semiconductor had a high resistance.
  • a semi-transparent metal thin film electrode or a transparent electrode such as ITO was generally formed on almost the entire light extraction surface. According to the element 1, it is possible to form the electrode layer 5 by selecting a shape and a material that are not restricted by the conventional technique, so that it is possible to improve the degree of freedom in design. .
  • the flattened layer CLY serving as a light extraction surface can be easily formed of an n-type nitride-based m-v compound semiconductor.
  • an n-type nitride III-V compound semiconductor (specifically, an n-type nitride-based III-V compound semiconductor) is formed on the upper surface of the light absorption layer BLY previously formed on the substrate SSB side.
  • a planarizing layer CLY made of n-type AlGaN) is formed, and then a light emitting structure layer DLY is formed.
  • the CLY layer CLY can be exposed to serve as a light extraction surface. As a result, in addition to the above-described effects of improving the light extraction efficiency and improving the degree of freedom in design, it is possible to improve mass productivity.
  • the transfer layer TLY and the light absorption layer BLY shown in FIG. 1 (b) were not formed unevenly but simply formed flat, and the substrate SSB shown in FIG. 1 (c) was formed.
  • the intensity of the irradiating light is changed at various points in the two-dimensional plane, and the amount of decomposition of the semiconductor at each point at the interface between the light absorbing layer BLY and the flat layer CLY is calculated.
  • a manufacturing method was studied in which the shape was adjusted and the surface of the flattening layer CLY was processed into an uneven shape by peeling the substrate SSB.
  • the above-mentioned many fine protrusions a are formed on the transfer layer TLY in accordance with a predetermined arrangement, and the many protrusions a are flattened. Since it can be accurately transferred to the surface of the layer CLY, it is possible to mass-produce a semiconductor light-emitting element of so-called uniform quality capable of obtaining a desired radiation distribution and stable light extraction efficiency. An improvement in light extraction efficiency can be realized.
  • FIG. 1 Next, a more specific example of the semiconductor light emitting device 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 5, the same or corresponding parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the semiconductor light emitting device 1 of the present example has the same appearance structure as that shown in FIG.
  • the intermediate product 100 is manufactured using a sapphire substrate SBB having a ⁇ 0001 ⁇ plane as a main surface.
  • an underlayer ALY made of gallium nitride (GaN) is laminated on the sapphire substrate SSB by MOCVD or the like.
  • a SiO mask MSK having a large number of fine circular openings OPN is formed on the underlayer ALY by sputtering.
  • the large number of openings OPN have a translation vector parallel to the crystal axis ⁇ 1 100> of the underlayer ALY.
  • the base layer ALY is exposed at each circular opening OPN.
  • GaN is selectively grown on the underlying layer ALY in the opening OPN of the mask MSK and is also grown on the mask MSK in a lateral direction by MOCVD.
  • a hexagonal pyramid-shaped convex portion a composed of a GaN ⁇ l-101 ⁇ plane group becomes It is formed around each circular opening OPN.
  • each projection a increases while maintaining the hexagonal pyramid shape.
  • the surface of the transfer layer TLY having the above-mentioned unevenness is coated with InGaN (where x > 0.5)
  • the light absorbing layer BLY having the uneven shape matched to the uneven shape described above is laminated.
  • the light absorbing layer BLY is made of a material that absorbs and converts the light into heat when irradiated with light having a wavelength of 360 nm or more, preferably a second harmonic (532 nm) of a YAG laser described below. It is more preferable to dope the non-light-emitting recombination center, for example, carbon (C) or iron (Fe) into the light absorbing layer BLY.
  • the non-light-emitting recombination center for example, carbon (C) or iron (Fe) into the light absorbing layer BLY.
  • AlGaN doped with Si is grown on the light absorbing layer BLY by MOCVD, and the growth main surface is A flattening layer CLY to be flattened is formed.
  • In (Al Ga) N (where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1) Active layer DLYa
  • Mg-doped AlGaN cladding layer DLYb Mg-doped AlGa
  • the light emitting structure layer DLY shown in FIGS. 1A to 1E is formed by sequentially laminating the contact layers DLYc each having an N force. That is, each layer DLYa, DLYb, DLYc and the flat layer
  • a growth layer 4 is formed with Y.
  • the intermediate product 100 is produced by forming the ohmic electrode layer 3b of PdZAu on the surface of the contact layer DLYc by vapor deposition.
  • the AuSn electrode layer 3a is formed in advance, and the electrode layer 3a and the ohmic electrode layer 3b of the supporting substrate 2 are formed.
  • the intermediate product 100 and the support substrate 2 are integrally fixed.
  • the light on the back side of the sapphire substrate SSB is also irradiated to the light absorbing layer BLY with light having a wavelength of 360 nm or more, more specifically, light of the second harmonic (532 nm) of a YAG laser.
  • the light passes through the sapphire substrate SSB, further reaches the light absorption layer BLY through the underlayer ALY, the mask MSK, and the transfer layer TLY, and the light absorption layer BLY heats the light. It is decomposed by being converted to and heated.
  • the sapphire substrate SSB is peeled off, and the underlayer ALY, the mask MSK, and the transfer layer TLY are attached to the sapphire substrate SSB. Peel off at the gas absorbing layer BLY.
  • the residue of the light absorption layer BLY, which has remained, is removed by alkali etching.
  • the surface is removed by performing wet etching using a chant to expose the surface of the flattening layer CLY.
  • the electrode layer 5 is laminated on a part of the surface of the uneven planarizing layer CLY.
  • the electrode layer 5 is formed so as to have a cross shape connecting diagonals of the semiconductor light emitting element, and the same semiconductor light emitting element 1 as shown in FIG. 1A is completed.
  • a transparent electrode such as ITO may be formed as the electrode layer 5 on the entire surface of the flattened layer CLY.
  • 1S has been described as a representative example of the process of manufacturing one semiconductor light emitting device 1.
  • the sapphire substrate SS B After performing a process for fabricating a plurality of semiconductor light emitting devices 1 thereon, the supporting substrate 2 is scribed from the back side and divided into a predetermined size to thereby obtain a semiconductor light emitting device having a predetermined size. Form a plurality of 1s.
  • the surface of the flat ridge layer CLY serving as a light extraction surface has a large number of fine inverted hexagonal pyramid-shaped recesses that are not flat. Since the unevenness is formed with the portion c, the ratio of the light generated in the active layer DLYa reflected on the surface and returned to the inside of the light emitting element is reduced, and the light extraction efficiency can be improved.
  • a large number of fine hexagonal pyramid-shaped protrusions a are formed on the transfer layer TLY in accordance with a predetermined arrangement, and the large number of protrusions a are formed. Since a large number of fine inverted hexagonal pyramid-shaped concave portions c are formed on the surface of the flattening layer CLY by transferring to the surface of the flattening layer CLY, it is possible to obtain a desired radiation distribution and stable light extraction efficiency. It is possible to mass-produce possible semiconductor light-emitting elements with uniform quality, and to further improve the light extraction efficiency.
  • the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment has a low resistivity of about 10 ⁇ 3 ⁇ cm, which is different from the structure in which the flattening layer CLY as the light extraction surface is formed of a p-type nitride semiconductor. Since the structure is formed of the n-type nitride semiconductor described above, it is not necessary to form the electrode layer 5 on the entire surface of the planarization layer CLY by using a translucent electrode layer of a thin metal film or a transparent electrode such as ITO. For this reason, it is possible to provide the semiconductor light emitting device 1 with high light extraction efficiency.
  • the manufacturing method of this embodiment when the above-mentioned substrate SSB is peeled off, the underlayer ALY of gallium nitride (GaN) absorbing short-wavelength light is removed, and the surface of the flat layer CLY is removed. Since the two processes of forming a concave and convex shape can be performed at the same time, mass productivity can be improved.
  • GaN gallium nitride
  • FIG. 6 the same or corresponding parts as those in FIGS. 2 to 5 are denoted by the same reference numerals.
  • a large number of fine inverted hexagonal pyramid-shaped concave portions c are formed on the surface of the flattening layer CLY.
  • the surface of the flattening layer CLY as a light extraction surface is uneven.
  • the surface of the flattening layer CLY of the present embodiment has a structure in which a number of fine stripe-shaped concave portions are formed.
  • a sapphire substrate SSB having a ⁇ 0001 ⁇ plane as a main surface is After forming an underlayer ALY that also has gallium nitride (GaN) force by MOCVD, a number of slit-shaped openings extending in the direction of GaN ⁇ 1-100> or GaN ⁇ 1120> are formed on the surface of the underlayer ALY.
  • a mask MSK having an OPN is formed. More specifically, a mask MSK of SiO 2 is formed by sputtering.
  • gallium nitride is selectively grown on the underlying layer ALY in the opening OPN of the mask MSK by MOCVD, and is also grown laterally on the mask MSK.
  • GaN gallium nitride
  • the size of the ridge a increases while maintaining the state of the triangular prism, and the growth is stopped in a state where the skirts of the ridge a adjacent to each other are in contact.
  • the transfer layer TLY by laminating InGaN (where x> 0.5) on the surface of the transfer layer TLY by MOCVD, uneven light absorption conforming to the surface shape of the transfer layer TLY is obtained.
  • Layer BL Y is laminated.
  • the light absorbing layer BLY contains a material that absorbs the light and converts it into heat. It is more preferable to dope impurities serving as a recombination center, for example, carbon (C) or iron (Fe).
  • AlGaN doped with Si is laminated on the light absorption layer BLY by MOCVD to form a flat surface.
  • a flat layer CLY is formed.
  • a growth layer 4 composed of LYc and planarization layer CLY is formed.
  • an intermediate 100 is formed by forming a PdZAu ohmic electrode 3b on the surface of the contact layer DLYc by vapor deposition.
  • the support substrate 2 are integrally fixed, and then the second-harmonic light (wavelength: 532 nm) of the YAG laser is irradiated from the back side of the sapphire substrate SSB toward the light absorbing layer BLY.
  • the light passes through the sapphire substrate SSB, further reaches the light absorption layer BLY through the underlayer ALY, the transfer layer TLY, and the mask MSK, and the light absorption layer BLY heats the light. It is decomposed by being converted to and heated.
  • the mask MSK, the underlying layer ALY of GaN, and the transfer layer TLY are peeled off together with the sapphire substrate SSB at the gasified light absorbing layer BLY. .
  • the electrode layer 5 is laminated on a part of the surface (exposed surface) of the uneven flattening layer CLY.
  • the electrode layer 5 is formed so as to have a cross shape connecting the diagonals of the semiconductor light emitting device, and the semiconductor light emitting device 1 having the same appearance structure as that shown in FIG. 1A is completed.
  • a transparent electrode such as ITO may be formed as the electrode layer 5 on the entire surface of the flattened layer CLY.
  • the force described as a representative example of the process of fabricating one semiconductor light emitting device 1 is actually used to perform a process for fabricating a plurality of semiconductor light emitting devices 1 on a sapphire substrate SSB.
  • the supporting substrate 2 is scribed from the back side to divide it into a predetermined size, thereby forming a plurality of semiconductor light emitting elements 1 having a predetermined size.
  • the surface of the flattening layer CLY serving as a light extraction surface has a large number of stripe-shaped concave portions c that are not flat. Due to the uneven shape, the ratio of light generated in the active layer DLYa reflected on the surface and returned to the inside of the light emitting element is reduced, and light extraction efficiency can be improved.
  • a large number of triangular prism-shaped convex portions a are formed on the transfer layer TLY in accordance with a predetermined arrangement, and the large convex portions a are flattened. Since a large number of stripe-shaped concave portions c are formed on the surface of the flattening layer CLY by being transferred onto the surface of the flattening layer CLY, so-called quality capable of obtaining a desired radiation distribution and stable light extraction efficiency. It is possible to mass-produce a semiconductor light-emitting element having the same uniformity, and to further improve the light extraction efficiency.
  • the semiconductor light emitting device 1 of the present example has a low resistivity of about 10 ⁇ 3 ⁇ cm, which is different from the structure in which the planarization layer CLY as the light extraction surface is formed of a p-type nitride semiconductor. Since the structure is formed of the n-type nitride semiconductor described above, it is not necessary to form the electrode layer 5 on the entire surface of the planarization layer CLY by using a translucent electrode layer of a thin metal film or a transparent electrode such as ITO. For this reason, it is possible to provide the semiconductor light emitting device 1 with high light extraction efficiency.
  • the manufacturing method of this embodiment when the above-mentioned substrate SSB is peeled off, the underlayer ALY of gallium nitride (GaN) absorbing short-wavelength light is removed, and the surface of the flat layer CLY is removed. Since the two processes of forming a concave and convex shape can be performed at the same time, mass productivity can be improved.
  • GaN gallium nitride
  • the active layer DLYa and the cladding layer DLYb relates to a manufacturing method for preventing an excessive mechanical stress from being applied to a growth layer 4 having a contact layer DLYc and a flattening layer CLY.
  • FIG. 3 (c) when forming the intermediate 100, after forming the growth layer 4 and the ohmic electrode 3b on the light absorbing layer BLY, the perspective view of FIG. As schematically shown in FIG. 5, a cut groove CUT deeper than the light absorbing layer BLY is formed by dicing or the like from the ohmic electrode 3b side in each portion having the same size as the individual semiconductor light emitting elements 1.
  • the substrate SSB is peeled off as shown in FIG. In this case, excessive mechanical stress can be prevented from being applied to the planarizing layer CLY and the growth layer 4 and the growth can be prevented. The damage to the layer 4 can be reduced.
  • the growth layer 4 on the substrate SSB is divided in advance by the kerf CUT in accordance with the size of each semiconductor light emitting element 1, the above-described back side force scribing of the support substrate 2 gives Chips can be divided into individual semiconductor light emitting elements 1 very easily, and mass productivity can be improved.
  • the surface of the flattening layer CLY as the light extraction surface is provided with a concave-convex shape having an inverted hexagonal pyramid-shaped concave portion c, or a stripe-shaped concave portion c. It is to be formed in an uneven shape having a shape, but is not necessarily limited to such an uneven shape.
  • a so-called mesh-like or lattice-like recess extending in the vertical and horizontal directions or a so-called mesh-like or lattice-like extending in the vertical and horizontal directions.
  • the electrode layer 5 on the uneven surface of the flattening layer CLY when a transparent electrode or a semi-transparent electrode layer is formed as the electrode layer 5 on the uneven surface of the flattening layer CLY, these electrodes are used.
  • the layer may be formed on a part of the surface of the flattening layer CLY, or may be formed on almost the entire surface of the flattening layer CLY.
  • the transparent electrode or the translucent electrode layer is formed on almost the entire surface of the flattening layer CLY, light absorption occurs in those electrode layers.
  • the CLY is a low-resistivity n-type semiconductor and that the electrode layer can spread the current, even a chip of a larger size can be uniformly formed with a single wire bonding.
  • the light emission efficiency can be improved, and the light extraction efficiency superior to the light absorption in the transparent electrode or the translucent electrode layer can be obtained.
  • a semiconductor light emitting device using a nitride semiconductor and a method of manufacturing the same have been described.
  • the embodiment can be applied to a semiconductor light emitting device using another semiconductor material and a manufacturing method thereof.

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Abstract

　光の取り出し効率を向上させた半導体発光素子を提供する。 　サファイア基板ＳＳＢ上にＧａＮから成る下地層ＡＬＹ、下地層ＡＬＹ上に、表面が凹凸状のＧａＮから成る転写層ＴＬＹ、転写層ＴＬＹの凹凸状の表面に光吸収層ＢＬＹ、光吸収層ＢＬＹ上に平坦化層ＣＬＹと少なくとも活性層を有する発光構造層ＤＬＹから成る成長層４を形成し、成長層４側に支持基板２を取り付ける。サファイア基板ＳＳＢの裏面側からＹＡＧレーザの２倍波（波長５３２ｎｍ）の光を照射し、光吸収層ＢＬＹを分解させて、サファイア基板ＳＳＢを剥離することにより、表面が凹凸状となる平坦化層ＣＬＹを光取り出し面として露出させる。成長層４内の活性層から発生する光は、凹凸状の表面を有する平坦化層ＣＬＹを介して素子外部へ放射され、光の取り出し効率が向上する。

Description

明 細 書
半導体発光素子及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、例えば窒化物半導体等を用いて形成される半導体発光素子及びその 製造方法に関する。
背景技術
[0002] 窒化物半導体で形成された緑色から青色の発光ダイオード (LED)が実現されて おり、白色 LEDへの応用に向けて、近年更に短波長の LEDの開発が進められてい る。
[0003] こうした短波長の LEDを製造する際、一般に、サファイア基板上に窒化ガリウム (G aN)力 成る下地層を積層した後、下地層上に窒化物半導体を結晶成長させること によって活性層等を有する成長層を形成しており、結晶性の良い成長層を形成する ためには、サファイア基板上に GaN力 成る下地層を形成することが必要不可欠とな つている。
[0004] ところが、窒化ガリウム（GaN)は波長 360nmより短波長の光を吸収することから、 成長層中の活性層で発生した光が素子外部へ出射する際、下地層で吸収されない ようにするため、成長層から下地層が除去されている。
[0005] 下地層としての窒化ガリウム層を除去する方法として、機械研磨によってサファイア 基板と下地層とを成長層から除去したり、サファイア基板をレーザリフトオフによって 除去した後、成長層から下地層をエッチング又は機械研磨によって除去する方法が 提案されている。
[0006] また、商品化されている窒化物半導体の青色 LEDは、活性層で発生した光を、成 長層の光取り出し面 (P型層）に駆動電流供給用の P電極として設けられた平面状の 透明電極または半透明電極を透過させて出射させたり、或いは平面状のサファイア 基板側から出射させる構造となっている。
[0007] しかし、この p電極として設けられた平面状の透明電極または半透明電極を透過さ せて光を出射させる構造の場合、窒化物半導体の屈折率は 2. 5程度で、例えば透 明電極として用いられる ITOの屈折率も高いため、活性層で発生した光の多くが平 面状の半導体 Ζ榭脂界面で反射されてしまい、光取り出し効率を向上させることが 難しい。
[0008] また、平面状のサファイア基板側力ゝら光を出射させる構造の場合においても、活性 層で発生した光の多くが、半導体 Ζサファイア Ζ榭脂界面で反射されてしまい、光取 り出し効率を向上させることが難し 、。
[0009] また、こうした光取り出し効率を向上させる手法として赤色を発光する GaP系 LED では、その光取り出し面をウエットエッチングによって粗面化し、活性層で発生した光 が粗面化した光取り出し面で反射し難くすることによって、光取り出し効率の向上を 図ろうとする提案もなされている（特開 2000-299494号公報、特開平 4—3543824 号公報)。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] ところで、上述の機械研磨のみ、又はレーザリフトオフとエッチング又は機械研磨を 行うことによって、成長層から下地層としての窒化ガリウム層を除去する方法では、大 面積の下地層（窒化ガリウム層）全体を適切に除去することが難しいという問題がある
[0011] また、窒化物半導体は化学的に安定であり機械的にも固いため、特開 2000— 299 494号公報ゃ特開平 4 3543824号公報に開示されているようなウエットエッチング によって GaP系 LEDの光取り出し面を粗面化することは困難を伴 、、容易に光取り 出し効率を向上させることができない。
[0012] また、サファイア基板の加工性は窒化物半導体以上に悪いので、半透明電極や透 明電極による光吸収を避けようとして、サファイア基板側から光を取り出すようにした 場合、表面を粗面化することで光取り出し効率を向上させることはできな 、。
[0013] 本発明は、こうした従来の問題に鑑みてなされたものであり、下地層を成長層から 効率よく除去した半導体発光素子及びその半導体発光素子の製造方法を提供する ことを目的とする。
[0014] また、光取り出し効率を向上させる半導体発光素子及びその半導体発光素子の製 造方法を提供することを目的とする。
[0015] また、下地層を成長層力 効率よく除去し且つ光取り出し効率を向上させる半導体 発光素子及びその半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0016] 上記目的を達成するため、請求項 1に記載の発明は、光を発生する活性層を少な くとも含む窒化物半導体力 成る積層構造の発光構造層を備えた半導体発光素子 であって、前記活性層からの光を素子外部へ取り出す主面側において前記発光構 造層上に積層され、多数の微細な凹凸力 成る表面を有する半導体層と、前記半導 体層の少なくとも一部に形成された第 1の電極と、前記主面に対する前記発光構造 層の裏面側に形成された第 2の電極とを具備することを特徴とする。
[0017] 請求項 2に記載の発明は、請求項 1に記載の半導体発光素子において、前記微細 な凹凸は、前記主面に対して傾斜する複数の微小平面により構成されていることを 特徴とする。
[0018] 請求項 3に記載の発明は、請求項 2に記載の半導体発光素子において、前記微細 な凹凸は、逆六角錐形状の凹部から成ることを特徴とする。
[0019] 請求項 4に記載の発明は、請求項 3に記載の半導体発光素子において、前記第 1 の主面は、窒化物半導体結晶の {0001 }又は {000 - 1 }面であり、前記逆六角錐状 の各凹部は、実質的に窒化物半導体結晶の { 1—101 }面により構成されていることを 特徴とする。
[0020] 請求項 5に記載の発明は、請求項 2に記載の半導体発光素子において、前記第 1 の主面は、窒化物半導体結晶の {0001 }又は {000— 1 }面であり、前記微細な凹凸 は、実質的に窒化物半導体結晶の { 11 22}面により構成されていることを特徴とす る。
[0021] 請求項 6に記載の発明は、請求項 1一 5の何れか 1項に記載の半導体発光素子に おいて、前記半導体層は、 n型の窒化物半導体で形成され、前記発光構造層は、前 記裏面側から p型の窒化物半導体力 始まって n型の窒化物半導体で終わる前記多 層構造により形成されて ヽることを特徴とする。
[0022] 請求項 11に記載の発明は、半導体発光素子の製造方法であって、基板上に下地 層を形成する第 1の工程と、前記下地層上に、多数の微細な開口部を有するマスク を形成する第 2の工程と、前記各開口部での選択成長及び前記マスク上での横方向 成長により、前記基板平面に対し傾斜した複数の微小平面により構成される多数の 凸部を有する凹凸状の転写層を形成する第 3の工程と、前記凹凸状の転写層上に、 前記下地層及び前記転写層より小さいバンドギャップエネルギーを有する光吸収層 を形成する第 4の工程と、前記光吸収層上に、成長主面が平坦な平坦化層を形成す る第 5の工程と、前記平坦化層上に、少なくとも活性層を有する発光構造層を形成す る第 6の工程と、前記光吸収層に到達する光を前記基板の裏面側から照射すること により前記光吸収層を分解させ、前記平坦化層から前記基板と下地層及び転写層を 剥離する第 7の工程とを具備し、前記平坦化層を、前記活性層で発生する光を素子 外部へ取り出す光取り出し面とすることを特徴とする。
[0023] 請求項 12に記載の発明は、請求項 11に記載の半導体発光素子の製造方法にお いて、前記第 5の工程において、前記平坦化層を n型の窒化物半導体で形成し、前 記第 6の工程において、前記発光構造層を、前記平坦化層側から n型の窒化物半導 体から始まって p型の窒化物半導体で終わる多層構造により形成することを特徴とす る。
[0024] 請求項 13に記載の発明は、請求項 11又は 12に記載の半導体発光素子の製造方 法において、前記下地層、前記転写層、前記光吸収層、前記平坦化層及び前記発 光構造層は、 V族元素が窒素 (N)からなる窒化物系 III-V族化合物半導体であること を特徴とする。
[0025] 請求項 14に記載の発明は、請求項 11一 13の何れか 1項に記載の半導体発光素 子の製造方法において、前記光吸収層は、 InGaNであることを特徴とする。
[0026] 請求項 15に記載の発明は、請求項 11一 14の何れか 1項に記載の半導体発光素 子の製造方法において、前記基板は、主面が {0001 }面であるサファイア、 GaN、 A1 N、 SiCのうちの何れかであることを特徴とする。
[0027] 請求項 16に記載の発明は、請求項 11一 15の何れか 1項に記載の半導体発光素 子の製造方法であって、前記第 2の工程において前記マスクの開口部を、最近接の 開口部が前記下地層の〈1—100〉方向に位置し、全ての開口部の中心が六角回転 対称中心となるように形成することを特徴とする。
[0028] 請求項 17に記載の発明は、請求項 11一 15の何れか 1項に記載の半導体発光素 子の製造方法であって、前記第 2の工程において、前記マスクの開口部を、前記下 地層の結晶軸〈1 100〉又は〈11 20〉と平行のストライプ形状に形成することを特徴 とする。
[0029] 請求項 18に記載の発明は、請求項 11一 17の何れか 1項に記載の半導体発光素 子の製造方法であって、前記光吸収層は、非発光性の再結合中心となる不純物を 含む半導体、または間接遷移型の半導体であることを特徴とする。
[0030] 請求項 19に記載の発明は、請求項 11一 18の何れか 1項に記載の半導体発光素 子の製造方法であって、前記第 7の工程において、前記基板の裏面側から照射する 光のエネルギーは、前記下地層及び前記転写層のバンドギャップエネルギーより小 さぐ前記光吸収層のバンドギャップエネルギーより大きいことを特徴とする。
[0031] 請求項 20に記載の発明は、請求項 11一 19の何れか 1項に記載の半導体発光素 子の製造方法であって、前記第 7の工程において、前記基板の裏面側から照射され る光の波長は、 360nm以上であることを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]本発明を実施するための最良の形態としての半導体発光素子の構造及び製造 方法を表した図である。
[図 2]第 1の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を表した図である。
[図 3]図 2に示した製造方法に続ぐ第 1の実施例に係る半導体発光素子の製造方法 を表した図である。
[図 4]図 3に示した製造方法に続ぐ第 1の実施例に係る半導体発光素子の製造方法 を表した図である。
[図 5]図 4に示した製造方法に続ぐ第 1の実施例に係る半導体発光素子の製造方法 を表した図である。
[図 6]第 2の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を表した図である。
[図 7]第 3の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を表した図である。
発明を実施するための最良の形態 [0033] 以下、発明を実施するための最良の形態について図 1を参照して説明する。
[0034] 図 1 (a)は、本半導体発光素子の構造を模式的に表した斜視図、図 1 (b)— (e)は、 本半導体発光素子の製造方法を模式的に表した縦断面図である。
[0035] 同図（a)において、この半導体発光素子 1は、表面に電極層 3aが形成された支持 基板 2と、表面に電極層 5、裏面にォーミック電極層 3bが形成された成長層 4とを備 え、融着等によって接着された電極層 3aとォーミック電極層 3bを介して、支持基板 2 の表面上に成長層 4がー体に固着された構造を有している。
[0036] 成長層 4は、コンタクト層とクラッド層と活性層とを有する発光構造層 DLYと、光取り 出し面としての平坦ィ匕層 CLYとが積層された多層構造を有し、これら発光構造層 DL Yと平坦ィ匕層 CLYは、 V族元素が窒素 (N)から成る窒化物系 III-V族化合物半導体 を積層することによって形成されている。
[0037] 平坦ィ匕層 CLYの表面は、多数の微細な凹部が高密度で形成された構造となって おり、より具体的には、多数の微細な逆六角錐形状の凹部が全面に高密度で形成さ れた構造となっている。そして、平坦ィ匕層 CLYの上記凹部によって凹凸状となってい る表面の一部に、例えば図示するような対角を結ぶクロス形状の電極層 5が形成され ている。
[0038] 力かる構造を有する半導体発光素子 1において、ォーミック電極層 3bに接合してい る電極層 3aと、平坦ィ匕層 CLY側に設けられている電極層 5との間に外部カゝら駆動電 流を供給すると、その駆動電流が平坦ィ匕層 CLYを通って発光構造層 DLY中の活性 層に流入し、該活性層から短波長の光が発生する。そして、活性層から発せられた 短波長の光が、凹凸状となっている平坦ィ匕層 CLYの表面から素子外部へ出射する 。すなわち、半導体発光素子 1は、面発光型の素子構造を有している。
[0039] 次に、本半導体発光素子 1の製造方法を図 1 (b)— (e)を参照して説明する。
[0040] まず、図 1 (b)に示す工程にお!、て、サファイア、 GaN、 A1N、 SiCの何れかの材料 で形成された基板 SSB上に、 MOCVD法等によって、窒化ガリウム（GaN)力も成る 下地層 ALYを積層し、次に、多数の微細な凹凸部を有した窒化ガリウム (GaN)から 成る転写層 TLYを形成する。より具体的には、傾斜面 bを有する微細な六角錐形状（ 好ましくは正六角錐)の凸部 aを面方向に高密度で多数形成することによって、凹凸 状の表面を有し窒化ガリウム（GaN)力も成る転写層 TLYを、下地層 ALY上に形成 する。
[0041] 更に、転写層 TLYの凹凸状の表面に、 MOCVD法等によって、非発光性の再結 合中心となる不純物を含んだ In Ga N (但し、 x>0. 5)、又は、下地層 ALY及び 転写層 TLYよりエネルギーギャップが小さく間接遷移型の半導体を積層することによ つて、転写層 TLYの表面形状に合わせて凹凸状となる光吸収層 BLYを形成する。
[0042] 引き続き、光吸収層 BLYの表面に、平坦ィ匕層 CLYと発光構造層 DLYとから成る 上述の成長層 4を形成する。すなわち、光吸収層 BLYの表面に、窒化物系 m-v族 化合物半導体 (具体的には、 n型 AlGaN)力も成る平坦ィ匕層 CLYを積層した後、平 坦化層 CLYの平坦な表面上に、所定の組成の窒化物系 m-v族化合物半導体を結 晶成長させることによって、活性層とクラッド層とコンタクト層とを有する多層構造の発 光構造層 DLYを積層する。
[0043] この発光構造層 DLYを積層する際、平坦化層 CLY側を n型の層にして積層を開 始し p型のコンタクト層で積層を完了することで、発光構造層 DLYの各層を形成する
[0044] 次に、発光構造層 DLY上の全面にォーミック電極層 3bを形成することによって、基 板 SSB上に下地層 ALYと転写層 TLY、光吸収層 BLY、平坦化層 CLY、発光構造 層 DLY及びォーミック電極層 3bを有した中間生成体 100を作製する。
[0045] また、上述の中間生成体 100とは別個に、支持基板 2の表面全体に駆動電流供給 用の電極層 3aを形成した中間生成体 200を作製しておき、この中間生成体 200の 電極層 3aと中間生成体 100のォーミック電極層 3bとを融着等によって接着させること により、図 1 (b)に示すように中間生成体 100, 200を一体に固着させる。
[0046] 次に、図 1 (c)に示す工程において、下地層 ALYと転写層 TLYの夫々のバンドギ ヤップエネルギーよりも小さぐ光吸収層 BLYのバンドギャップエネルギーより大き!/、 エネルギーの光を、基板 SSBの裏面側力も光吸収層 BLYに向けて照射する。例え ば、基板 SSBをサファイア基板とし、光吸収層 BLYを In Ga Nで形成した場合、
0. 5 0. 5
YAGレーザの 2倍波（波長 532nm)のレーザ光等を基板 SSBの裏面側から照射す る。 [0047] 力かるエネルギーの光を照射すると、その光は基板 SSBと下地層 ALY及び転写層 TLYを透過し、光吸収層 BLYで吸収されて熱に変換され、その熱によって光吸収層 BLYがガスに分解する。なお、光吸収層 BLYは、非発光性の再結合中心を含んで いるか、又は間接遷移型の半導体で構成すると、吸収した光がいっそう速やかに熱 に変換されるので、より好ましい。
[0048] 次に、基板 SSBを剥離することによって、基板 SSBと共に下地層 ALYと転写層 TL Yとを、ガス化した光吸収層 BLYの部分で剥離して、平坦ィ匕層 CLYを露出させる。
[0049] 次に、図 1 (d)に示す工程において、平坦ィ匕層 CLY上に残存している光吸収層 BL Yの残滓をエッチングによって除去することにより、平坦ィ匕層 CLYの表面を露出させ る。
[0050] ここで、光吸収層 BLYと平坦ィ匕層 CLYの界面は、上述した多数の微細な六角錐 形状の凸部 aによって凹凸状となっていたため、露出した平坦ィ匕層 CLYの表面は、 上述の多数の微細な六角錐形状の凸部 aとは逆の形状、すなわち多数の微細な逆 六角錐形状の凹部 cを有する凹凸状に形成される。
[0051] 次に、図 1 (e)に示す工程において、平坦化層 CLYの凹凸状の表面の一部に、駆 動電流を供給するための電極層 5を積層することにより、本半導体発光素子 1を完成 する。例えば図 1 (a)に示したように、光取り出し面となる平坦ィ匕層 CLYの表面の対 角を結ぶクロス形状となるように電極層 5を積層し、本半導体発光素子 1を完成する。
[0052] なお、説明の便宜上、 1個の半導体発光素子 1を製造する工程を代表して説明した 1S 実際には、図 1 (b)—（e)を参照して説明した第 1一第 3の製造工程において、基 板 (サファイア基板) SSB上に複数個の半導体発光素子 1を製造するための処理を 一括して行った後、支持基板 2を裏面側からスクライビングして所定の大きさにチップ 分割することにより、複数個の半導体発光素子 1を一括形成している。
[0053] このように、力かる構造を有する半導体発光素子 1によると、光取り出し面となる平 坦ィ匕層 CLYの表面は、平坦ではなぐ多数の微細な逆六角錐の凹部 cが高密度で 形成された凹凸状となっていることから、発光構造層 DLY中の活性層で発生した光 が該表面で反射して再び素子内部へ戻る割合を減少させることができ、光取り出し 効率の向上を実現することが可能である。 [0054] また、本半導体発光素子 1は、図 1 (a)に示したように、 n型の窒化物系 III-V族化合 物半導体 (具体的には、 n型 AlGaN)で形成された平坦ィ匕層 CLYを光取り出し面と した構造となっていることから、平坦ィ匕層 CLYの一部に電極層 5を形成してその電極 層 5に駆動電流を供給しても、その駆動電流は平坦ィ匕層 CLYのほぼ全体を流れて、 発光構造層 DLY中の活性層のほぼ全領域に流入する。このため、活性層のほぼ全 領域で光が発生し、その発生した光が平坦ィ匕層 CLYのほぼ全領域 (光取り出し面の 全領域)から素子外部へ出射することとなり、光取り出し効率の向上が可能である。
[0055] つまり、 n型の窒化物系 III-V族化合物半導体は抵抗率が 10— 3 Ω cm程度と低抵抗 であり、 p型の窒化物半導体に較べて極めて低抵抗率である。このため、 n型の窒化 物系 III-V族化合物半導体 (具体的には、 n型 AlGaN)から成る低抵抗率の平坦ィ匕 層 CLYの一部に形成された電極層 5に駆動電流を供給すると、その駆動電流は、電 極層 5直下の平坦ィ匕層 CLYの一部のみを流れるのではなぐ平坦ィ匕層 CLYのほぼ 全体を流れて活性層のほぼ全領域に流入することから、活性層のほぼ全領域で光が 発生し、その発生した光が平坦ィ匕層 CLYのほぼ全領域 (光取り出し面の全領域)か ら素子外部へ出射することとなり、光取り出し効率が向上する。
[0056] ちなみに、光取り出し面が p型の窒化物半導体によって形成されていた従来の Ga N系 LEDでは、 p型の窒化物半導体が高抵抗であることから、駆動電流の活性層へ の注入拡散効率を向上させるための効果的な技法として、光取り出し面のほぼ全面 に、金属薄膜の半透明電極あるいは ITOなどの透明電極を形成することが一般的に 行われていたが、本半導体発光素子 1によれば、こうした従来の技法に拘泥すること なぐ形状や材質を選択して電極層 5を形成することが可能となるため、設計の自由 度を向上させることができるという効果も得られる。
[0057] また、本実施形態の製造方法によれば、光取り出し面となる平坦ィ匕層 CLYを容易 に n型の窒化物系 m-v族化合物半導体によって形成することができる。
[0058] すなわち、図 1 (b)を参照して説明したように、基板 SSB側に先に形成した光吸収 層 BLYの上面に、 n型の窒化物系 III-V族化合物半導体 (具体的には、 n型 AlGaN) から成る平坦化層 CLYを形成し、次に発光構造層 DLYを形成しているので、図 l (c ) (d)に示したように基板 SSBを剥離して光吸収層 BLYを除去するだけで、容易に平 坦ィ匕層 CLYを露出させて光取り出し面とすることができる。この結果、上述の光取り 出し効率の向上、設計の自由度の向上等の効果が得られる他、量産性の向上を図 ることがでさる。
[0059] また、本実施形態の製造方法とは異なった方法で、平坦ィ匕層 CLYの表面を凹凸 状に形成することも検討したが、歩止まりの低下を招く等の問題があり、本実施形態 の製造方法の優位性が確認された。
[0060] 検討事例として、図 1 (b)に示した転写層 TLYと光吸収層 BLYを凹凸状に形成せ ず、単に平坦に形成しておき、図 1 (c)に示した基板 SSBの裏面側力も光を照射する 際、その照射する光の強度を二次元平面内の各所で変化させて、光吸収層 BLYと 平坦ィヒ層 CLYとの界面部分における各所の半導体の分解量及びその形状を調整し 、基板 SSBを剥離することによって平坦ィ匕層 CLYの表面を凹凸状に加工するという 製造方法を検討した。
[0061] し力しながら、このような製造方法では、光取り出し面の表面形状を常に均一な凹 凸形状にすることが困難であるため、均一な放射分布、安定した光取り出し効率を有 するいわゆる品質の揃った半導体発光素子を量産することが困難である。
[0062] これに対し、本実施形態の製造方法では、上述の多数の微細な凸部 aを予め決め られた配列に従って転写層 TLYに形成しておき、それら多数の凸部 aを平坦ィ匕層 C LYの表面に正確に転写させることができるため、所望の放射分布、安定した光取り 出し効率を得ることが可能ないわゆる品質の揃った半導体発光素子を量産すること が可能であり、更に光取り出し効率の向上を実現することができる。
実施例 1
[0063] 次に、図 1に示した半導体発光素子 1のより具体的な実施例を図 2—図 5を参照し て説明する。なお、図 2—図 5において、図 1と同一又は相当する部分を同一符号で 示している。
[0064] 本実施例の半導体発光素子 1は、図 1 (a)に示したのと同様の外観構造を有し、図
2—図 5に示す製造工程によって作製されている。
[0065] 図 2—図 5を参照して、半導体発光素子 1の製造工程と構造を説明すると、まず、 {
0001 }面を主面とするサファイア基板 SBBを用いて中間生成体 100が作製されて ヽ る。
[0066] すなわち、図 2 (a)の斜視図に示されているように、サファイア基板 SSB上に、 MO CVD法等によって、窒化ガリウム (GaN)から成る下地層 ALYを積層した後、図 2 (b )の斜視図に示されているように、下地層 ALY上に、スパッタリングによって、微細な 多数の円形の開口部 OPNを有する SiOのマスク MSKを形成する。
2
[0067] ここで、上述の多数の開口部 OPNは、図 2 (d)及び図 2 (e)に示されて 、るように、 並進ベクトルが下地層 ALYの結晶軸〈1 100〉と平行である六角対称配置となるよう に形成し、夫々の円形の開口部 OPNにおいて下地層 ALYを露出させる。
[0068] 次に、 MOCVD法により、 GaNをマスク MSKの開口部 OPNにおける下地層 ALY 上に選択成長させると共に、マスク MSK上にぉ 、て横方向へも成長させる。
[0069] このように GaNを成長させると、図 2 (c)の斜視図に示されているように、 GaN{ l— 1 01 }面群で構成される六角錐形状の凸部 aが、各円形開口部 OPNを中心として形成 される。
[0070] 更に、 GaNの成長を進めると、この六角錐形状を維持した状態で各凸部 aのサイズ が大きくなる。
[0071] そして、互いに隣接した六角錐形状の凸部 aの裾野が接触した状態で成長を停止 させて、図 2 (d)に示すように、 GaN{ l— 101 }面群で構成された多数の六角錐形状 の凸部 aによって表面が凹凸状となる転写層 TLYを形成する。
[0072] 次に、図 3 (a)の縦断面図に模式的に示されているように、上述の凹凸状を有する 転写層 TLYの表面に、 MOCVD法によって、 In Ga N (但し、 x>0. 5)を積層す
1
ることにより、上述の凹凸状に合わせられた凹凸状の光吸収層 BLYを積層する。
[0073] 更に、光吸収層 BLYは、後述の波長 360nm以上の光、好ましくは YAGレーザの 2 倍波 (波長 532nm)の光が照射される際、その光を吸収して熱に変換する材質とす ベぐ光吸収層 BLY中に非発光性の再結合中心となる不純物、例えばカーボン (C) や鉄 (Fe)をドーピングすると、より好ましい。
[0074] 次に、図 3 (b)の縦断面図にて示されているように、 MOCVD法によって、光吸収 層 BLY上に、 Siをドーピングした AlGaNを成長させて、その成長主面が平坦となる 平坦化層 CLYを形成する。 [0075] 次に、図 3 (c)の縦断面図にて示されているように、 MOCVD法によって、平坦化層 CLY上に、 In (Al Ga ) N (但し、 0≤x≤ 1、 0≤y≤ 1)力もなる活性層 DLYaと
、 Mgをドーピングした AlGaNから成るクラッド層 DLYbと、 Mgをドーピングした AlGa
N力 成るコンタクト層 DLYcを順次に積層することによって、図 1 (a)—（e)に示した 発光構造層 DLYを形成する。すなわち、各層 DLYa, DLYb, DLYcと平坦ィ匕層 CL
Yとによって成長層 4を形成する。
[0076] 更に、コンタクト層 DLYcの表面に、 PdZAuのォーミック電極層 3bを蒸着によって 形成することにより、中間生成体 100を作製する。
[0077] 次に、図 4 (a)の断面図にて示されているように、予め AuSnの電極層 3aが形成さ れて 、る支持基板 2のその電極層 3aとォーミック電極層 3bとを融着させることにより、 中間生成体 100と支持基板 2とを一体に固着する。
[0078] 更に、サファイア基板 SSBの裏面側力も光吸収層 BLYに向けて、波長 360nm以 上の光、より具体的には YAGレーザの 2倍波（波長 532nm)の光を照射する。
[0079] 力かる光を照射すると、その光はサファイア基板 SSBを透過し、更に下地層 ALYと マスク MSKと転写層 TLYを通って光吸収層 BLYに到達し、光吸収層 BLYが光を 熱に変換して加熱されることにより、分解する。
[0080] 次に、図 4 (b)の断面図にて示されているように、サファイア基板 SSBを剥離し、サ ファイア基板 SSBに付随させて下地層 ALYとマスク MSK及び転写層 TLYを、ガス 化した光吸収層 BLYの部分で剥離する。
[0081] 次に、図 5 (a)の断面図にて示されているように、上述のサファイア基板 SSBを剥離 した際、残存することとなった光吸収層 BLYの残滓に対し、アルカリエツチャントを用 いたウエットエッチングを施すことによって除去し、平坦ィ匕層 CLYの表面を露出させ る。
[0082] これにより、平坦ィ匕層 CLYには、転写層 TLY及び光吸収層 BLYの凹凸状が転写 されたような凹凸状の表面が形成される。
[0083] つまり、露出された平坦ィ匕層 CLYの表面には、 AlGaNの { 1 101 }面群で構成さ れる微細な逆六角錐形状力 成る多数の凹部 cが形成されることにより、平坦ィ匕層 C
LYの表面が凹凸状となる。 [0084] 次に、図 5 (b)の断面図にて示すように、凹凸状の平坦化層 CLYの表面の一部に、 電極層 5を積層する。例えば、半導体発光素子の対角を結ぶクロス形状となるよう〖こ 電極層 5を形成し、図 1 (a)に示したのと同様の半導体発光素子 1を完成する。
[0085] ここで、成長層 4への電流注入の均一性を向上させるために、平坦ィ匕層 CLYの表 面全体に ITOなどの透明電極を電極層 5として形成してもよい。
[0086] なお、説明の便宜上、 1個の半導体発光素子 1を作製する工程を代表して説明した 1S 実際には、図 2—図 5を参照して説明した製造工程において、サファイア基板 SS B上に複数個の半導体発光素子 1を作製するための処理を行った後、支持基板 2を 裏面側からスクライビングして所定の大きさに分割することによって、予め決められた 大きさの半導体発光素子 1を複数個形成する。
[0087] そして、電極層 3a, 5間に駆動電流を供給すると、成長層 4内の活性層 DLYaから 短波長の光が発生し、上述の凹凸状の平坦化面 CLYの表面から素子外部へ光が 出射される。
[0088] このように、力かる構造を有する本実施例の半導体発光素子 1によると、光取り出し 面となる平坦ィ匕層 CLYの表面は、平坦ではなぐ多数の微細な逆六角錐形状の凹 部 cが形成された凹凸状となるために、活性層 DLYaで発生した光が該表面で反射 して再び発光素子内部へ戻る割合が減少し、光取り出し効率を向上させることができ る。
[0089] また、本実施例の製造方法によれば、多数の微細な六角錐形状の凸部 aを予め決 められた配列に従って転写層 TLYに形成しておき、それら多数の凸部 aを平坦ィ匕層 CLYの表面に転写させて、平坦ィ匕層 CLYの表面に多数の微細な逆六角錐形状の 凹部 cを形成するので、所望の放射分布、安定した光取り出し効率を得ることが可能 ないわゆる品質の揃った半導体発光素子を量産することが可能であり、更に光取り 出し効率の向上を実現することができる。
[0090] また、本実施例の半導体発光素子 1は、光取り出し面としての平坦ィ匕層 CLYを p型 の窒化物半導体で形成する構造ではなぐ抵抗率が 10— 3 Ω cm程度の低抵抗の n型 の窒化物半導体で形成する構造となっているため、平坦ィ匕層 CLYの全面に金属薄 膜の半透明電極層や ITOなどの透明電極によって電極層 5を形成する必要がない。 このため、光取り出し効率の良い半導体発光素子 1を提供することができる。
[0091] また、本実施例の製造方法によれば、上述の基板 SSBを剥離すると、短波長の光 を吸収する窒化ガリウム (GaN)の下地層 ALYの除去と、平坦ィヒ層 CLYの表面を凹 凸状に加工するという両者の処理を一括して行うことができるため、量産性の向上を 図ることが可能である。
実施例 2
[0092] 次に、図 6を参照して、他の実施例を説明する。なお、図 6において、図 2—図 5と同 一又は相当する部分を同一符号で示している。
[0093] 第 1実施例の半導体発光素子 1では、図 5 (b)を参照して説明したように、平坦化層 CLYの表面に多数の微細な逆六角錐形状の凹部 cが形成されることで、光取り出し 面としての平坦ィ匕層 CLYの表面が凹凸状となっている。
[0094] これに対し、本実施例 (第 2実施例）の平坦化層 CLYの表面は、ストライプ状の微 細な凹部が多数形成された構造を有して 、る。
[0095] 本実施例の半導体発光素子 1の製造方法及び構造を説明すると、まず、図 6 (a)の 斜視図に示すように、 {0001 }面を主面とするサファイア基板 SSB上に、 MOCVD法 によって、窒化ガリウム（GaN)力も成る下地層 ALYを形成した後、下地層 ALYの表 面に、 GaN〈1—100〉又は GaN〈11 20〉の方向に延びる多数のスリット状の開口部 OPNを有するマスク MSKを形成する。より具体的には、スパッタリングによって、 SiO のマスク MSKを形成する。
2
[0096] 次に、 MOCVD法により、窒化ガリウム（GaN)をマスク MSKの開口部 OPNにおけ る下地層 ALY上に選択成長させると共に、マスク MSK上にお 、て横方向へも成長 させる。
[0097] このように、窒化ガリウム（GaN)を成長させると、 GaNの成長面は図 6 (b)に示すよ うに { 11 22}面となり、各開口部 OPNの長手方向に沿った三角柱状の多数の凸条 部 aが形成される。
[0098] 更に GaNの成長を進めると、この三角柱の状態を維持したまま凸条部 aのサイズが 大きくなり、互いに隣接した凸条部 aの裾野が接触した状態で成長を停止させる。
[0099] これにより、図 6 (c)に示すように、 GaN { 11— 22}面群で構成された三角柱状の凸 条部 aによって表面が凹凸状となる転写層 TLYを形成する。
[0100] 次に、転写層 TLYの表面に、 MOCVD法によって、 In Ga N (但し、x>0. 5)を 積層することにより、転写層 TLYの表面形状に合わせられた凹凸状の光吸収層 BL Yを積層する。更に、光吸収層 BLYは、後述の YAGレーザの 2倍波（波長 532nm) の光が照射される際、その光を吸収して熱に変換する材料とすべぐ光吸収層 BLY 中に非発光性の再結合中心となる不純物、例えばカーボン (C)や鉄 (Fe)をドーピン グすると、より好ましい。
[0101] 次に、図 3 (b)を参照して説明した第 1実施例と同様に、光吸収層 BLY上に、 MO CVD法によって、 Siをドーピングした AlGaNを積層し、表面が平坦な平坦ィ匕層 CLY を形成する。
[0102] 次に、図 3 (c)を参照して説明したのと同様に、 MOCVD法によって、平坦化層 CL Y上に、 In (Al Ga ) N (但し、 0≤x≤ 1、 0≤y≤ 1)力もなる活性層 DLYaと、 M gをドーピングした AlGaNから成るクラッド層 DLYbと、 Mgをドーピングした AlGaNか ら成るコンタクト層 DLYcを順次に積層することにより、これら各層 DLYa, DLYb, D
LYcと平坦化層 CLYとで構成される成長層 4を形成する。
[0103] 更に、コンタクト層 DLYcの表面に、 PdZAuのォーミック電極 3bを蒸着によって形 成することにより、中間生成体 100を作製する。
[0104] 次に、図 4 (a)に示したのと同様に、予め AuSnの電極層 3aが形成されている支持 基板 2のその電極層 3aとォーミック電極層 3bとを融着させることにより、中間生成体 1
00と支持基板 2とを一体に固着させ、次に、サファイア基板 SSBの裏面側から光吸 収層 BLYに向けて、 YAGレーザの 2倍波（波長 532nm)の光を照射する。
[0105] 力かる光を照射すると、その光はサファイア基板 SSBを透過し、更に下地層 ALYと 転写層 TLYとマスク MSKを通って光吸収層 BLYに到達し、光吸収層 BLYが光を 熱に変換して加熱されることにより、分解される。
[0106] 次に、図 4 (b)に示したのと同様に、サファイア基板 SSBと共に、マスク MSKと GaN の下地層 ALY及び転写層 TLYを、ガス化した光吸収層 BLYの部分で剥離する。
[0107] 次に、図 5 (a)に示したのと同様に、上述のサファイア基板 SSBを剥離した際、残存 することとなった光吸収層 BLYの残滓に対し、アルカリエツチャントを用いたウエットェ ツチングを施すことによって除去し、平坦ィ匕層 CLYの表面を露出させる。
[0108] これによつて平坦ィ匕層 CLYの表面には、 AlGaNの { 11—22}面群で構成される多 数のストライプ状の凹部 cが形成され、凹凸状の表面となる。すなわち、転写層 TLY に形成されていた多数の凸条部 aに応じて、平坦ィ匕層 CLYの表面には多数のストラ イブ状の凹部 cが形成されるため、平坦ィ匕層 CLYの表面が凹凸状となる。
[0109] 次に、図 5 (b)に示したのと同様に、凹凸状の平坦ィ匕層 CLYの表面 (露出面）の一 部に、電極層 5を積層する。例えば、半導体発光素子の対角を結ぶクロス形状となる ように電極層 5を形成し、図 1 (a)に示したのと同様の外観構造を有する半導体発光 素子 1を完成する。
[0110] ここで、成長層 4への電流注入の均一性を向上させるために、平坦ィ匕層 CLYの表 面全体に ITOなどの透明電極を電極層 5として形成してもよい。
[0111] なお、説明の便宜上、 1個の半導体発光素子 1を作製する工程を代表して説明した 力 実際には、サファイア基板 SSB上に複数個の半導体発光素子 1を作製するため の処理を行った後、支持基板 2を裏面側からスクライビングして所定の大きさに分割 すること〖こよって、予め決められた大きさの半導体発光素子 1を複数個形成する。
[0112] そして、電極層 3a, 5間に駆動電流を供給すると、成長層 4内の活性層 DLYaから 短波長の光が発生し、多数のストライプ状の凹部 cによって凹凸状となっている平坦 化層 CLYの表面力 素子外部へその光が出射される。
[0113] このように、力かる構造を有する本実施例の半導体発光素子 1によると、光取り出し 面となる平坦ィ匕層 CLYの表面は、平坦ではなぐ多数のストライプ状の凹部 cが形成 された凹凸状となるために、活性層 DLYaで発生した光が該表面で反射して再び発 光素子内部へ戻る割合が減少し、光取り出し効率を向上させることができる。
[0114] また、本実施例の製造方法によれば、多数の三角柱状の凸条部 aを予め決められ た配列に従って転写層 TLYに形成しておき、それら多数の凸条部 aを平坦ィ匕層 CL Yの表面に転写させて、平坦ィ匕層 CLYの表面に多数のストライプ状の凹部 cを形成 するので、所望の放射分布、安定した光取り出し効率を得ることが可能ないわゆる品 質の揃った半導体発光素子を量産することが可能であり、更に光取り出し効率の向 上を実現することができる。 [0115] また、本実施例の半導体発光素子 1は、光取り出し面としての平坦ィ匕層 CLYを p型 の窒化物半導体で形成する構造ではなぐ抵抗率が 10— 3 Ω cm程度の低抵抗の n型 の窒化物半導体で形成する構造となっているため、平坦ィ匕層 CLYの全面に金属薄 膜の半透明電極層や ITOなどの透明電極によって電極層 5を形成する必要がない。 このため、光取り出し効率の良い半導体発光素子 1を提供することができる。
[0116] また、本実施例の製造方法によれば、上述の基板 SSBを剥離すると、短波長の光 を吸収する窒化ガリウム (GaN)の下地層 ALYの除去と、平坦ィヒ層 CLYの表面を凹 凸状に加工するという両者の処理を一括して行うことができるため、量産性の向上を 図ることが可能である。
実施例 3
[0117] 次に、更に他の実施例を図 7を参照して説明する。
[0118] 本実施例は、上述の第 1実施例と第 2実施例において、図 4 (a) (b)に示したように サファイア基板 SSBを剥離する際、活性層 DLYaとクラッド層 DLYb及びコンタクト層 DLYcを有する成長層 4と、平坦ィ匕層 CLYとに過大な機械的応力が力かるのを未然 に防止するための製造方法に関する。
[0119] すなわち、図 3 (c)に示したのと同様に、中間生成体 100を作製する際、光吸収層 BLY上に成長層 4とォーミック電極 3bを形成した後、図 7の斜視図にて模式的に示 すように、ダイシング等によって、個々の半導体発光素子 1と同じ大きさの部分ずつ に、ォーミック電極 3b側から、光吸収層 BLYよりも深い切り溝 CUTを形成する。
[0120] そして、図 4 (a)に示したのと同様に、支持基板 2に形成されている電極 3aと、切り 溝 CUTが形成されている中間生成体 100のォーミック電極 3bとを融着させることに より一体化させ、引き続いて、図 4 (a) (b)及び図 5 (a) (b)を参照して説明した工程に 従って処理を行った後、上述の切り溝 CUTに合わせて、支持基板 2を裏面側からス クライビングして所定の大きさにチップ分割することにより、予め決められた大きさの 半導体発光素子 1を複数個形成する。
[0121] このように、本実施例の製造方法によれば、中間生成体 100側に上述の切り溝 CU Tを予め形成しておくので、図 4 (b)に示すように基板 SSBを剥離する際、平坦化層 CLYと成長層 4に過大な機械的応力が力かるのを未然に防止することができ、成長 層 4に与えるダメージを低減することができる。
[0122] 更に、基板 SSB上の成長層 4が、切り溝 CUTによって予め個々の半導体発光素子 1の大きさに合わせて分割されているため、上述の支持基板 2の裏面側力 スクライ ビングすると、極めて容易に個々の半導体発光素子 1にチップ分割することができ、 量産性の向上を図ることができる。
[0123] なお、以上の第 1一第 3実施例においては、光取り出し面としての平坦ィ匕層 CLYの 表面を、逆六角錐形状の凹部 cを有する凹凸状、又は、ストライプ状の凹部 cを有す る凹凸状に形成することとしているが、必ずしもこうした凹凸状に限るものではない。 例えば、上述のストライプ状の凹部 cの代わりに、平坦ィ匕層 CLYの表面に、縦横方向 に延びる 、わゆる網目状や格子状の凹部、又は縦横方向に延びる 、わゆる網目状 や格子状の凸部を形成することで、光取り出し面を凹凸状にしてもよい。
[0124] また、上述したように、第 1一第 3実施例において、平坦ィ匕層 CLYの凹凸状の表面 に、電極層 5として透明電極又は半透明電極層を形成する場合、これらの電極層を 平坦ィ匕層 CLYの表面の一部に形成してもよいが、平坦ィ匕層 CLYの表面のほぼ全面 に形成してもよい。
[0125] このように、透明電極又は半透明電極層を平坦ィ匕層 CLYの表面のほぼ全面に形 成する構造とした場合には、それらの電極層において光吸収が生じることとなるが、 平坦ィ匕層 CLYが低抵抗率の n型半導体であることに加えて、それら電極層により電 流を広げることができるので、より大きなサイズのチップであっても、単一のワイヤボン デイングで均一に発光させることができることとなり、透明電極又は半透明電極層に おける光吸収に勝る、優れた光取り出し効率が得られる。
[0126] また、上述の最良の実施形態並びに第 1一第 3の実施例では、窒化物半導体を用 V、た半導体発光素子及びその製造方法につ!、て述べたが、これら実施形態及び実 施例は、他の半導体材料を用いた半導体発光素子及びその製造方法にも適用する ことが可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 光を発生する活性層を少なくとも含む窒化物半導体から成る積層構造の発光構造 層を備えた半導体発光素子であって、
前記活性層力 の光を素子外部へ取り出す主面側において前記発光構造層上に 積層され、多数の微細な凹凸から成る表面を有する半導体層と、
前記半導体層の少なくとも一部に形成された第 1の電極と、
前記主面に対する前記発光構造層の裏面側に形成された第 2の電極とを具備する ことを特徴とする半導体発光素子。
[2] 前記微細な凹凸は、前記主面に対して傾斜する複数の微小平面により構成されて
V、ることを特徴とする請求項 1に記載の半導体発光素子。
[3] 前記微細な凹凸は、逆六角錐形状の凹部力 成ることを特徴とする請求項 2に記 載の半導体発光素子。
[4] 前記第 1の主面は、窒化物半導体結晶の {0001 }又は {000— 1 }面であり、前記逆 六角錐状の各凹部は、実質的に窒化物半導体結晶の { 1—101 }面により構成されて いることを特徴とする請求項 3に記載の半導体発光素子。
[5] 前記第 1の主面は、窒化物半導体結晶の {0001 }又は {000 - 1 }面であり、前記微 細な凹凸は、実質的に窒化物半導体結晶の { 11 22}面により構成されていることを 特徴とする請求項 2に記載の半導体発光素子。
[6] 前記半導体層は、 n型の窒化物半導体で形成され、
前記発光構造層は、前記裏面側から p型の窒化物半導体から始まって n型の窒化 物半導体で終わる前記多層構造により形成されていることを特徴とする請求項 1一 5 の何れか 1項に記載の半導体発光素子。
[7] 前記発光構造層と前記半導体層は、 V族元素が窒素 (N)からなる窒化物系 III-V 族化合物半導体で形成されていることを特徴とする請求項 1一 6の何れか 1項に記載 の半導体発光素子。
[8] 前記第 2の電極に支持部材が接合されていることを特徴とする請求項 1一 7の何れ 力 1項に記載の半導体発光素子。
[9] 前記第 2の電極と前記支持部材は、前記支持部材に形成された接合用金属層を 介して接合されていることを特徴とする請求項 8に記載の半導体発光素子。
[10] 前記第 1の電極は、透明電極であることを特徴とする請求項 1一 9の何れか 1項に 記載の半導体発光素子。
[11] 半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に下地層を形成する第 1の工程と、
前記下地層上に、多数の微細な開口部を有するマスクを形成する第 2の工程と、 前記各開口部での選択成長及び前記マスク上での横方向成長により、前記基板 平面に対し傾斜した複数の微小平面により構成される多数の凸部を有する凹凸状の 転写層を形成する第 3の工程と、
前記凹凸状の転写層上に、前記下地層及び前記転写層より小さいバンドギャップ エネルギーを有する光吸収層を形成する第 4の工程と、
前記光吸収層上に、成長主面が平坦な平坦化層を形成する第 5の工程と、 前記平坦ィ匕層上に、少なくとも活性層を有する発光構造層を形成する第 6の工程と 前記光吸収層に到達する光を前記基板の裏面側から照射することにより前記光吸 収層を分解させ、前記平坦化層から前記基板と下地層及び転写層を剥離する第 7の 工程とを具備し、
前記平坦化層を、前記活性層で発生する光を素子外部へ取り出す光取り出し面と することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
[12] 前記第 5の工程において、前記平坦化層を n型の窒化物半導体で形成し、
前記第 6の工程において、前記発光構造層を、前記平坦化層側から n型の窒化物 半導体力 始まって p型の窒化物半導体で終わる多層構造により形成することを特 徴とする請求項 11に記載の半導体発光素子の製造方法。
[13] 前記下地層、前記転写層、前記光吸収層、前記平坦化層及び前記発光構造層は
、 V族元素が窒素 (N)力もなる窒化物系 III-V族化合物半導体であることを特徴とす る請求項 11又は 12に記載の半導体発光素子の製造方法。
[14] 前記光吸収層は、 InGaNであることを特徴とする請求項 11一 13の何れか 1項に記 載の半導体発光素子の製造方法。
[15] 前記基板は、主面が {0001 }面であるサファイア、 GaN、 A1N、 SiCのうちの何れか であることを特徴とする請求項 11一 14の何れ力 1項に記載の半導体発光素子の製 造方法。
[16] 前記第 2の工程において、前記マスクの開口部を、最近接の開口部が前記下地層 の〈 1—100〉方向に位置し、全ての開口部の中心が六角回転対称中心となるように 形成することを特徴とする請求項 11一 15の何れか 1項に記載の半導体発光素子の 製造方法。
[17] 前記第 2の工程において、前記マスクの開口部を、前記下地層の結晶軸〈1 100〉 又は〈11-20〉と平行のストライプ形状に形成することを特徴とする請求項 11一 15の 何れか 1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
[18] 前記光吸収層は、非発光性の再結合中心となる不純物を含む半導体、または間接 遷移型の半導体であることを特徴とする請求項 11一 17の何れか 1項に記載の半導 体発光素子の製造方法。
[19] 前記第 7の工程において、前記基板の裏面側から照射する光のエネルギーは、前 記下地層及び前記転写層のバンドギャップエネルギーより小さぐ前記光吸収層の バンドギャップエネルギーより大きいことを特徴とする請求項 11一 18の何れ力 1項に 記載の半導体発光素子の製造方法。
[20] 前記第 7の工程において、前記基板の裏面側から照射される光の波長は、 360nm 以上であることを特徴とする請求項 11一 19の何れ力 1項に記載の半導体発光素子 の製造方法。
[21] 前記第 6の工程と前記第 7の工程の間に、前記光構造層側の表面を支持部材に固 着する工程を具備することを特徴とする請求項 11一 20の何れか 1項に記載の半導 体発光素子。
[22] 前記第 6の工程と前記第 7の工程の間に、前記発光構造層側に、個々の半導体発 光素子の大きさに区分けする切り溝を形成する工程を具備することを特徴とする請求 項 11一 21の何れか 1項に記載の半導体発光素子の製造方法。
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