WO2005083806A1

WO2005083806A1 - 発光素子及びその製造方法

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Publication number: WO2005083806A1
Application number: PCT/JP2005/003133
Authority: WO
Inventors: Masato Yamada; Masanobu Takahashi
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2005-09-09
Anticipated expiration: 2006-08-26
Also published as: US20070187712A1; JP2005243954A; JP4120600B2; US7972892B2

Abstract

　ＧａＡｓ単結晶からなる基板本体部１０ｍの第一主表面に、ＧａＡｓと異なる組成のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶からなる分離用化合物半導体層１０ｋをエピタキシャル成長し、該分離用化合物半導体層１０ｋ上にＧａＡｓ単結晶からなる副基板部１０ｅをエピタキシャル成長することにより複合成長用基板１０を作成し、副基板部１０ｅの第一主表面上に、発光層部２４を有した主化合物半導体層４０をエピタキシャル成長する。さらに、分離用化合物半導体層１０ｋを化学エッチングにて除去することにより複合成長用基板１０から副基板部１０ｅを分離して主化合物半導体層４０の第二主表面上への残留基板部１とするとともに、残留基板部１の一部を切り欠いて切欠き部１ｊを形成する。そして、該切欠き部１ｊの底面を、発光層部２４からの発光光束に対する光取出面又は反射面として利用する。これにより、これまで全面的に除去されていた発光層部成長用のＧａＡｓ基板を、機能的素子構成要素として有効利用することができ、しかも、発光光束の外部への取出効率も高めることができる発光素子を提供する。

Description

明細書

発光素子及びその製造方法

技術分野

[0001] この発明は発光素子及びその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子に使用される材料及び素子構造は、長年にわたる進歩の結果、素子内部における光電変換効率が理論上の限界に次第に近づきつつある。従って、一層高輝度の素子を得ようとした場合、素子からの光取出し効率が極めて重要となる。例えば、 AlGalnP混晶により発光層部が形成された発光素子は、薄い AlGalnP (あるいは GalnP)活性層を、それよりもバンドギヤップの大きい n型 AlGalnPクラッド層と p型 AlGalnPクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。このような AlGalnPダブルへテロ構造は、 AlGalnP混晶が GaAsと格子整合することを利用して、 GaAs単結晶基板上に AlGalnP混晶力なる各層をェピタキシャル成長させることにより形成できる。そして、これを発光素子として利用する際には、通常、 GaAs単結晶基板 (以下、単に GaAs基板ということがある）をそのまま素子基板として利用することも多い。し力しながら、発光層部を構成する AlGalnP混晶は GaAsよりもバンドギャップが大きいため、発光した光が素子基板部に吸収されて十分な光取出し効率が得られにくい難点がある。

[0003] そこで、特開 2001— 339100号公報には、成長用の GaAs基板を剥離する一方、補強用の素子基板 (導電性を有するもの)を、反射用の Au層を介して剥離面に貼り合わせる技術が開示されている。また、日経エレクトロニクス 2002年 10月 21日号 12 4頁一 132頁には、反射率の波長依存性が Auよりも小さい A1にて反射層を構成することにより、反射強度を高めるようにした発光素子が開示されている。該日経エレクト口-タス 2002年 10月 21日号 124頁一 132頁の素子構造においては、発光層部とシリコン基板からなる素子基板との間に A1反射層が配置され、さらに、 A1反射層とシリコン基板との間には、シリコン基板と発光層部との貼り合わせ接合を容易にするために、 Au層を介在させている。具体的には、発光層部側に形成した A1反射層を覆うように Au層を形成し、他方シリコン基板側にも Au層を形成して、それら Au層同士を密着させて貼り合わせを行なうようにして、る。

[0004] 特開 2001— 339100号公報及び日経エレクトロニクス 2002年 10月 21日号 124頁一 132頁は、いずれも発光素子の光取出し効率の向上を図る観点において、光吸収性の GaAs基板は「百害あって一利なし」の技術思想に立脚しており、 GaAs基板を完全除去することに主眼が置かれている。シリコン基板などと比較すればかなり高価な GaAs基板を、何ら利用の考慮もなく全て除去し、別に補強用のシリコン基板を設けるというのは、光取出し効率を優先させるためとはいえ、いかにも無駄が多すぎるといえる。また、発光層部成長用の GaAs基板は、素子製造時に必要なハンドリングのための強度を担う役割も有するのであるが、これを除去すれば、ごく薄い発光層部のみでノヽンドリング等に耐えうる強度を到底確保できるはずもない。従って、上記文献では、 GaAs基板を発光層部カゝら除去したあと、 Au層を介してシリコン基板を発光層部に貼り合わせ、このシリコン基板を GaAs基板に代わる補強用の基板として利用するのであるが、新たな基板の貼り合わせ工程が必要となる。

発明の開示

[0005] 本発明の課題は、これまで全面的に除去されていた発光層部成長用の GaAs基単結晶を、機能的素子構成要素として有効利用することができ、しかも、発光光束の外部への取出し効率も高めることができる発光素子とその製造方法を提供することにある。

[0006] 本発明の発光素子は、 GaAs単結晶からなる基板本体部の第一主表面に、 GaAs と異なる組成の ΠΙ— V族化合物半導体単結晶からなる分離用化合物半導体層をェピタキシャル成長し、該分離用化合物半導体層上に GaAs単結晶からなる副基板部をェピタキシャル成長することにより複合成長用基板を作成し副基板部の第一主表面上に発光層部を有した主ィ匕合物半導体層をェピタキシャル成長し、さらに分離用化合物半導体層をィ匕学エッチングにて除去することにより複合成長用基板力も副基板部が分離されて主ィ匕合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となるとともに、該残留基板部の一部が切り欠かれて形成された切欠き部の底面が、発光層部からの発光光束に対する光取出面又は反射面とされることを特徴とする。

[0007] また、本発明の発光素子の製造方法は、上記発光素子の製造方法であって、

GaAs単結晶からなる基板本体部の第一主表面に、 GaAsと異なる組成の III-V族化合物半導体単結晶からなる分離用化合物半導体層をェピタキシャル成長し、該分離用化合物半導体層上に GaAs単結晶からなる副基板部をェピタキシャル成長することにより複合成長用基板を作成する複合成長用基板作成工程と、

副基板部の第一主表面上に、発光層部を有した主化合物半導体層をェピタキシャル成長する発光層部成長工程と、

分離用化合物半導体層をィ匕学エッチングにて除去することにより複合成長用基板力副基板部を分離して主ィ匕合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となす基板本体部除去工程と、

残留基板部の一部を切り欠いて切欠き部を形成する切欠き部形成工程と、を有することを特徴とする。

[0008] 上記本発明にお!/、ては、基板本体部、分離用化合物半導体層及び副基板部からなる複合成長用基板の、発光層部の結晶成長に使用する側の主表面 (すなわち、第一主表面)側をなす副基板部を複合成長用基板から分離し、発光層部を含む主ィ匕合物半導体層の第二主表面側に残して残留基板部とする。さらに、残留基板部の一部を切り欠いて切欠き部を形成し、該切欠き部の底面を、発光層部からの発光光束に対する光取出面又は反射面として利用することにより、素子の光取出し効率を高めることができる。他方、 GaAs単結晶からなる残留基板部は素子構成要素として有効活用することができる。具体的には、次のような利用形態がある。

•発光層部の支持体とする。

•主化合物半導体層の第一主表面か第二主表面のいずれかに、これを部分的に覆う光取出面側電極を形成する場合、その光取出面側電極直下領域への分配電流を迂回させるための電流阻止層とする。

•GaAsは電気陰性度が高いので、該 GaAs単結晶からなる残留基板部をォーミック接触形成用の接合合金化層の形成領域として利用し、素子の順方向電圧低減に寄与させる。なお、「主ィ匕合物半導体層」は、発光層部を含む化合物半導体の積層体を、切欠き部底面を含む平面にて厚さ方向に二分したとき、発光層部を含んでいる部分のことをいう。

[0009] また、素子構成要素として成長用基板を利用する際に、結晶成長工程でのハンドリング等を考慮した基板の適性厚さは、素子構成要素として利用する際の適性厚さよりもはるかに大きいので、適当な厚さの残留基板部を形成するには、発光層部を成長後に成長用基板の厚みを大幅に減ずる必要がある。本発明では、基板本体部と異なる組成の ΠΙ— V族化合物半導体単結晶からなる分離用化合物半導体層をェピタキシャル成長し、該分離用化合物半導体層上に GaAs単結晶からなる副基板部をェピタキシャル成長することにより、成長用基板を複合成長用基板として形成する。そして、副基板部の第一主表面に例えば AlGalnP力もなる発光層部を有した主ィ匕合物半導体層をェピタキシャル成長し、分離用化合物半導体層をなす化合物半導体と GaAs との化学エッチングに対するエッチング速度の差を利用して、分離用化合物半導体層をィ匕学エッチングにて除去することにより複合成長用基板部から副基板部を分離する。これにより、成長用基板の減厚工程を非常に簡単に行なうことができ、また、副基板部を分離用化合物半導体層上へのェピタキシャル層として構成することで、該副基板部に基づく残留基板部の厚さ精度を向上させることができる。さらには、分離用化合物半導体層と接する副基板部の第二主表面が、機械的な加工が関与しない化学エッチング面となるので、該副基板部に基づく残留基板部の結晶品質も高めることができる。

[0010] 複合成長用基板から副基板部を分離する具体的な方法には、次の 2種がある。

(1)分離用化合物半導体層をエッチストップ層とし、 GaAsに対して選択エッチング性を有する第一エッチング液を用いて基板本体部をエッチング除去し、次、でエッチストップ層に対して選択エッチング性を有する第二エッチング液を用いてエッチストツプ層をエッチング除去する。なお、基板本体部は、第二主表面側から平面研削等の機械研削により予め減厚しておき、その後エッチングするようにしてもよい。エッチストップ層としては例えば AllnP層を利用できる。

(2)分離用化合物半導体層を剥離層として形成し、その剥離層を選択エッチングすることにより、複合成長用基板から副基板部を分離する。この方法は、副基板部の分離 (剥離)時に基板本体部が消失せず、次の発光素子の製造時に該基板本体部を再利用できる利点がある。

[0011] 基板本体部上に副基板部をェピタキシャル成長する工程としては、 20 μ m以下の比較的薄、副基板部を形成した、場合は周知の MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)法を利用できる。他方、 20 mを超える厚い副基板部を形成したい場合は、ハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method :H VPE)を用いると能率的である。 HVPE法は、蒸気圧の低い Ga (ガリウム）を塩ィ匕水素との反応により気化しやすヽ GaClに転換し、該 GaClを媒介とする形で V族元素源ガスと Gaとを反応させることにより、 III - V族化合物半導体層の気相成長を行なう方法である。前述の MOVPE法による層成長速度は例えば約 4 mZ時程度と小さぐ厚く副基板部を形成したい場合は、能率の点で明らかに不利である。これに対して、 HVPE法の層成長速度は例えば約 9 /z mZ時と MOVPE法の 2倍以上にも及び、副基板部を非常に高能率にて形成できるほか、高価な有機金属を使用しないので、原材料費を MOVPE法よりもはるかに低く抑えることができる。また、 MOVPE法では得られる化合物半導体層に Hや Cの残留量が多く、望む導電率が得られなヽ場合があるが、 HVPE法により成長した層は、 MOVPE法と異なり Cや Hの残留が生じにくぐ具体的には Cや Hの残留濃度を 1 X 10¹⁸Zcm³以下に留めることが極めて容易となる。 HVPE法 (ハイドライド気相成長法）により形成された透明厚膜半導体層の C 及び H濃度は、例えば 7 X 10¹⁷Zcm³以下に留めることが可能であり、検出限界以下 (例えば 1 X 10¹⁷Zcm³程度あるいはそれ以下）とすることも比較的容易である。

[0012] 副基板部は上記のごとく基板本体部上にェピタキシャル成長することにより形成されるものである力ゝら、その主表面は、研磨等により形成された主表面と比較してダメージゃ結晶欠陥も少ない。従って、主化合物半導体層を副基板部の第一主表面に接してバッファ層を介することなくェピタキシャル成長しても、十分に高品質の発光層部を得ることができる。当然、ノッファ層を形成しないので工程の簡略ィ匕を図ることができる。

[0013] 以下、本発明の発光素子の具体的な態様につき、個別に説明する。

(第一態様）主ィ匕合物半導体層の第一主表面側に主光取出面が形成されるとともに、発光層部に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極が、主化合物半導体層の第一主表面の一部を覆う形で形成され、

主化合物半導体層の第二主表面側に位置する残留基板部を一部切り欠く形で、該残留基板部の第二主表面に開口する切欠き部としての開口部が形成されるとともに、該開口部の周縁に残留基板部が残され、

開口部に、発光層部からの発光光束を反射させる反射部が設けられたことを特徴とする。

本発明にお、て素子の「光取出面」とは、発光光束が外部に取出可能となって、る素子表面のことであり、「主光取出面」とは、第一態様、第二態様及び第四態様においては主ィ匕合物半導体層の第一主表面に形成される光取出面のことを、また第三態様においては主ィ匕合物半導体層の第二主表面に形成される光取出面のことを、それぞれ意味する。また、上記主光取出面以外にも、主化合物半導体層に含まれる後述の透明厚膜半導体層あるいは補助電流拡散層の側面や、主化合物半導体層に形成される切欠き部の底面などが光取出面を構成可能である。

[0014] 第一態様の発光素子においては、残留基板部の一部を切り欠く形で該残留基板部の第二主表面に開口部を形成し、その開口部に、発光層部からの発光光束を反射させる反射部を設ける。成長用の副基板部の一部が残留基板部として発光層部への剛性付与の機能を果たせば、発光層部の第二主表面側にはシリコン基板などの導電性基板を補強目的で新たに貼り合わせる必要がなくなる。そして、反射部自体は形成された開口部に基板貼り合わせを前提とせずに配置すればよぐ当然、貼り合わせ熱処理も不要なので、反射部が冶金的反応等により反射率を落とす心配もない。力べして、第一態様の発明の採用により、反射部をなす金属層を介してシリコン基板などの素子基板を発光層部に貼り合わせる工程が本質的に不要であり、し力も製造時のハンドリングに耐える十分な剛性も容易に確保できる発光素子が実現する

[0015] 切欠き部を形成する際には、厚さが十分 (例えば 20nm以下）に小さければ、残留基板部の一部が切欠き部の底位置に残留していても差し支えない。しかし、反射率を可及的に高める観点にお、ては、 GaAs残留基板部に由来した光吸収性の化合物半導体がなるべく切欠き部の底に残留していないこと、つまり、切欠き部が残留基板部を厚さ方向に貫通して形成され、（残留基板部よりも光吸収性の小さい)主ィ匕合物半導体層の第二主表面を切欠き部に露出させることが望ましい。

[0016] 第一態様の発明の発光素子は、光取出し効率を高めるために、次のように構成することが有効である。すなわち、開口部を、主光取出面の直下領域と重なる形で形成し、該開口部内にて反射部を、主光取出面の直下領域と重なる形で設ける。このようにすると、主光取出面の直下位置に反射部を望ませることができ、反射光束をより効率的に取り出すことができるので、発光素子全体のさらなる発光強度増加に寄与する。

[0017] 一方、開口部を光取出側電極の直下領域と重なる形で形成し、該開口部内にて反射部を、該光取出側電極の直下領域と重なる形で設けることもできる。光取出側電極の直下領域に設けた反射部は、直上方向への反射光は光取出側電極に遮られるものの、電極外形線を見込む角度よりも大きな角度で斜めに反射される光は、光取出側電極外側の光取出領域力外部に取り出すことができ、反射光束のより効率的な取出しに寄与する。なお、主光取出面の直下領域に加え、さらに光取出側電極の直下領域にも反射部を設けることで反射光束の取出し効率が一層高められることは、いうまでもない。

[0018] 素子の発光強度を高めるには、主光取出面に臨む発光層部領域に電流を一様に供給することが重要であり、特に、光取出側電極から離れた領域にも十分な電流を供給するには、発光層部と光取出側電極との間に電流拡散層を設けておくことが有効である。電流拡散層は、発光層部よりもドーパント濃度を高めたィ匕合物半導体層として形成することができるほか、 ITO(Indium Tin Oxide)などの導電性酸化物層として形成することちでさる。

[0019] 主光取出面は、該電流拡散層の第一主表面周縁に沿って光取出側電極を取り囲む形態で形成されることが好ましい。このようにすると、光取出側電極の周囲領域に電流を一様に供給することができ、光取出し効率向上に寄与する。この場合、発光層部への通電経路を構成する残留基板部を、該発光層部を含む主化合物半導体層の第二主表面の周縁に沿って枠状に形成し、当該枠状の残留基板部の内側に前記の開口部を形成することができる。枠状の残留基板部を設けることで、光取出側電極を取り囲む主光取出面に電流を集中させることができ、発光層部を光取出しに有利な領域で優先的に発光させることができるので、光取出し効率を一層向上させることができる。

[0020] 上記の構成においては、光取出側電極の主化合物半導体層の第二主表面への投影外形線を、枠状の残留基板部の内側に位置させることができる。そして、開口部において、該枠状の残留基板部の内縁と光取出側電極の投影外形線との間に位置する領域を反射部にて覆うことができる。この構造によると、光取出側電極を取り囲む光取出領域と枠状の残留基板部との間に形成される一定幅の領域において、反射部による反射光束を効果的に取り出すことができ、光取出し効率の更なる向上に寄与する。

[0021] また、光取出側電極の直下領域においては、主化合物半導体層と反射部との接触抵抗を、主化合物半導体層と残留基板部との接触抵抗よりも高くすることができる。光取出側電極の直下領域では、発光層部をいくら光らせても発光光束の多くが光取出側電極に遮られ、外部に効率よく取り出すことができない。従って、光取出側電極の直下領域で通電電流を大きくすることは得策でない。そこで上記のように、開口部において、光取出側電極の直下領域に反射部を配置し、かつ、該反射部と主化合物半導体層との接触抵抗を、残留基板部と主化合物半導体層との接触抵抗よりも高くすることで、光取出側電極の直下領域に分配される通電電流を少なくすることができ、その分、主光取出面の直下に位置する残留基板部側の発光層部領域に電流を優先的に流すことができるので、光取出し効率を増加させることができる。

[0022] また、反射部は金属反射部とすることができる。この場合、光取出側電極の直下領域において該金属反射部を、開口部の底面をなす主ィ匕合物半導体部層に対し、接合合金化層を介することなぐ直接接して配置することができる。光取出側電極の直下領域から接合合金化層を排除することで、主化合物半導体層と反射部との接触抵抗を効果的に高めることができ、発光光束が遮光されやすい光取出側電極直下領域での発光を抑制して光取出し効率の更なる向上に寄与する。なお、開口部が、主光取出面の直下領域と重なる形で形成される場合は、金属反射部の全体に対して接合合金化層を排除する構成としてもよいが、主光取出面の直下領域には接合合金化層を分散形成するようにしてもよい。この場合、金属反射部は、開口部の底面をなす主化合物半導体部層に対し、主光取出面の直下領域においては接合合金化層を介して接することになり、主光取出面の直下領域において発光層部を、金属反射部を介して通電発光させることができる。これにより、光取出し効率がより向上する

[0023] 以上の構成において反射部は、開口部内に充填された金属ペースト層とすることができる。この方法によると、 Agペースト等の金属ペーストを塗布することにより開口部内に反射部を簡単に形成することができる。さらに、開口部の内側空間を、伝熱性の高い金属ペーストで充填することにより、発光層部の放熱を促進でき、通電による発光層部の温度上昇が抑制されるので、素子の長寿命化を図ることができる。この場合、残留基板部の第二主表面を、開口部内を充填する金属ペースト層の第二主表面とともに放熱用金属部材により覆うことができる。残留基板部にも放熱用金属部材を設けることにより、発光層部の放熱をさらに促進することができる。また、金属ペースト層を結合剤に兼用させることで、放熱用金属部材の発光層部 (主化合物半導体層)への結合を、反射部を兼ねた金属ペースト層による貼り合わせにより簡単に行なうことができる。放熱用金属部材は、熱伝導率がなるべく高い金属で構成することが望ましぐ具体的には A1又は Cuのいずれかを主成分（50質量％以上； 100質量％含む）とする金属で構成するとよい。具体的には、 A1金属板ないし Cu金属板を用いることで、高性能の放熱用金属部材を安価に構成することができる。また、 Cu— W合金は熱容量も高ぐ放熱性に特に優れた効果を発揮する。

[0024] また、金属ペースト層の外周縁部に一体化される形で、残留基板部の第二主表面を覆う導通経路ペースト層を形成し、残留基板部の第二主表面には、導通経路ぺースト層との接触抵抗を減ずる接合合金化層を形成することができる。この構成〖こよると、開口部が形成された主化合物半導体層の第二主表面側に金属ペースト層を、残留基板部の形成領域とともに一括して塗付すればよぐ反射部を兼ねた金属ペースト層の形成をより簡便に行なうことができる（導通経路ペースト層は開口部を充填する金属ペーストと同一の金属ペーストで形成される)。し力も、残留基板部の第二主表面には接合合金化層が形成され、該接合合金化層を覆うように金属ペースト層の導通経路ペースト層が形成されるので、残留基板部と放熱用金属部材との間で、接合合金化層と導通経路ペースト層とを介して容易に通電でき、素子の直列抵抗の低減にも寄与する。

[0025] 他方、反射部は、開口部の底面をなす主化合物半導体部層上に成膜された反射金属層とすることができる。この構成は、蒸着やスパッタリングなどの成膜工程が必要になるが、反射金属層の平滑性が高められるので、より反射率の高い反射部を得ることがでさる。

[0026] また、主化合物半導体層と残留基板部との間に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させる DBR (Distributed Bragg Reflector)層を設けることもできる。 DBR層は残留基板部上にェピタキシャル成長可能であり、主光取出面直下に位置する発光層部のうち、光吸収性を有する残留基板部直上に位置する領域であっても、反射光束を効果的に発生させることができ、ひ、ては光取出し効率をさらに高めることが可能となる。

[0027] (第二態様）

主化合物半導体層の第一主表面側に主光取出面が形成されるとともに、発光層部に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極が、主化合物半導体層の第一主表面の一部を覆う形で形成され、

主ィ匕合物半導体層の第二主表面側に位置する残留基板部のうち、主光取出面の直下部分の少なくとも一部に切欠き部が形成され、かつ、光取出側電極の直下部分の少なくとも一部が残留基板部に含まれることを特徴とする。

[0028] 第二態様の発明の発光素子においては、残留基板部のうち、主光取出面の直下部分の少なくとも一部に切欠き部が形成され、かつ、光取出側電極の直下部分の少なくとも一部が残留基板部に含まれるように切り欠くようにした。光吸収部として作用する GaAs残留基板部力主化合物半導体層の第二主表面のうち主光取出面の直下領域となる部分で切り欠かれることにより、該部分へ向力う発光光束も外部へ取り出すことが可能となり、光取出し効率を高めることができる。他方、光取出側電極の直下領域には残留基板部の一部が残される。残留基板部は光吸収の作用を有するが、光取出側電極の直下領域にて仮に反射光を生じても光取出側電極に結局は遮られるので、この部分に残留基板部が残されることによる実害は少ない。そこで、残留基板部を光取出側電極の直下領域に残すことで、該残留基板部による光吸収の影響をそれほど顕著ィ匕することなぐ発光層部への剛性付与の機能を担わせることができる。その結果、主化合物半導体層の第二主表面側に、シリコン基板などの導電性基板を補強目的で新たに貼り合わせる必要がなくなる。

[0029] 残留基板部と発光層部との間には、化合物半導体よりなる補助電流拡散層を設けておくことができる。これにより、切欠き部底面部への電流拡散効果が高められ、発光層部の該切欠き部に対応した領域への分配電流が増加するので、切欠き部底面から取り出される (¾ ヽし切欠き部底面にて反射される）発光光束をより増加することができる。なお、発光層部が、後述の AlGalnP等により、残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとして構成される場合、該補助電流拡散層は、第一導電型クラッド層よりも有効キャリア濃度を高めておくことで、電流拡散効果をより顕著なものとすることができる。また、補助電流拡散層を設ける代わりに、第一導電型クラッド層を第二導電型クラッド層よりも厚く形成することもできる。該構成では、第一導電型クラッド層の第二主表面側の部分 (切欠き部底に近い側の表層部）が電流拡散層の役割を果たしていると見ることもできる。そして、該部分の有効キャリア濃度を残余の部分よりも高めておくことで、電流拡散効果をより顕著なものとすることができる。

[0030] この場合、残留基板部は、光取出側電極の直下部分を取り囲む形で、その周縁部に沿って上記切欠き部を形成しておけば、該切欠き部を利用して取り出される発光光束を、より増加させることができる。

[0031] 具体的には、発光層部力の発光光束を切欠き部力外部へ取り出し可能とすることができる。すなわち、残留基板部に形成された切欠き部の底面部は、発光層部の第二主表面側に補助的な光取出面を形成するので、ここから発光光束を直接取り出すことで、素子全体の光取出し効率を高めることができる。

[0032] この場合、残留基板部の第二主表面を、反射部材を兼ねた金属ステージ上に接着するとともに、切欠き部力取り出された発光光束を該金属ステージの反射面にて反射させるように構成することができる。この構成によると、切欠き部の底面から取り出された発光光束を金属ステージの反射面にて反射させることで、発光層部の第一主表面側への発光光束を大幅に増加させることができ、発光素子の該側への指向性を高めることができる。

[0033] 一方、第二態様の発明の発光素子は、上記切欠き部に発光層部からの発光光束を反射させる金属反射部を設けることもできる。切欠き部に金属反射部を設けることで、該領域で本来残留基板部に吸収されるはずの発光光束を、金属反射部による反射光束の形で取り出すことができ、光取出し効率を高めることができる。該金属反射部自体は前述の切欠き部の底面に、基板貼り合わせを前提とせずに配置すればよぐ当然、貼り合わせ熱処理も不要なので、金属反射部が冶金的反応等により反射率を落とす心配もない。力べして、発光層部が金属反射部で覆われた構造を有しつつも、金属反射部をなす金属層を介してシリコン基板などの素子基板を発光層部に貼り合わせる工程が本質的に不要な発光素子が実現する。

[0034] なお、切欠き部を光取出側電極の直下領域に入り込む形で形成し、該切欠き部内にて金属反射部を、光取出側電極の直下領域に入り込む形で形成することもできる。光取出側電極の直下領域に入り込む金属反射部は、直上方向への反射光は光取出側電極に遮られるものの、光取出側電極外形線を見込む角度よりも大きな角度で斜めに反射される光は、光取出側電極外側の光取出領域力外部に取り出すことができ、反射光束のより効率的な取り出しに寄与する。一方、残留基板部による光吸収の不利が極端に顕在化しない範囲であれば、残留基板部を主光取出面の直下領域に入り込む形で形成しても差し支えな、。

[0035] 素子の発光強度を高めるには、主光取出面に臨む発光層部領域に電流を一様に供給することが重要であり、特に、光取出側電極から離れた領域にも十分な電流を供給するには、発光層部と光取出側電極との間に、第一態様と同様の電流拡散層を設けておくことが有効である。上記のような電流拡散層を設ける場合、主光取出面を該電流拡散層の第一主表面周縁に沿って光取出側電極を取り囲む形態で形成することができる。このようにすると、光取出側電極の周囲領域に電流を一様に供給することができ、光取出し効率向上に寄与する。また、比較的厚い電流拡散層（例えば厚さ 20 μ m以上 200 μ m以下）を形成しておくことで、該電流拡散層の周側面からの取出光束も高めることができ、光取出し効率のさらなる向上に寄与する。

[0036] また、切欠き部の底面に、金属反射部との接触抵抗を減ずるための接合合金化層を形成することができる。これにより、金属反射部を発光層部駆動用の裏面電極として機能させることができる。なお、接合合金化層は層形成用の金属材料薄膜を切欠き部底面に形成し、さらに合金化熱処理することにより形成できる。接合合金化層は切欠き部底面の全面に形成することもできるが、上記の合金化により、接合合金化層の反射率の低下が著しい場合は、切欠き部底面に接合合金化層を分散形成することが有効である。個々の接合合金化層の背景領域にて金属反射部が切欠き部の底面と接して配置されることで、該背景領域では良好な反射率を確保でき、接合合金化層を切欠き部の底面全面にベタ形成する場合よりも全体としての反射率を向上させることができる。

[0037] また、残留基板部の第二主表面を、前記金属反射部を含む一体の金属部にて覆うことができる。このようにすると、発光素子の第二主表面側（つまり素子の裏面側）を切欠き部の底面とともに金属部により一括して覆えばよぐ工程の簡略化に寄与する。この場合、残留基板部の形成領域における素子厚さ方向の電気抵抗を、切欠き部の形成領域における素子厚さ方向の電気抵抗よりも高く調整しておくことが望ましい。光取出側電極の直下領域では、発光層部をいくら光らせても発光光束の多くが光取出側電極に遮られ、外部に効率よく取り出すことができない。従って、光取出側電極の直下領域で通電電流を大きくすることは得策でな、。そこで上記のように構成すれば、光取出側電極の直下領域に分配される通電電流を少なくすることができる。その結果、主光取出面の直下に位置する切欠き部側の発光層部領域に電流を優先的に流すことができるので、光取出し効率を増加させることができる。

[0038] 上記のように素子の電気抵抗分布を調整するには、種々の方法が存在する。具体的には、残留基板部の第二主表面を、金属部との接触抵抗を減ずるための接合合金化層を非形成のものとして構成することができる (構成 1)。また、残留基板部を、発光層部にて p— n接合を形成する p型層部と n型層部とのうち、該残留基板部に近い側のものと逆の導電型を有するものとして構成することもできる（構成 2)。さらには、残留基板部を、発光層部にて p— n接合を形成する p型層部と n型層部とのうち、該残留基板部に近い側のものと同一の導電型を有するものとし、かつ、発光層部と残留基板部との間に、残留基板部を被覆する形で、該残留基板部と逆の導電型を有する化合物半導体カゝらなる反転層部を介挿することも可能である（構成 3)。これらの構成により、発光光束が遮光されやすい光取出側電極直下領域での発光を抑制して光取出し効率のさらなる向上に寄与する。

[0039] 残留基板部の第二主表面は、 Agペースト等の金属ペースト層を介して支持体に接着することができる。支持体は、例えば金属ステージや、該金属ステージとは別に設けられた後述の放熱用金属部材である。この場合、素子に形成された前述の切欠き部は、上記接着時において主ィヒ合物半導体層の周側面側に這い上がろうとする金属ペーストの吸収空間として利用できる。このようにすると、這い上がった金属ペーストにより主化合物半導体層に含まれる発光層部の p - n接合が短絡するなどの不具合を効果的に防止することができる。この場合、残留基板部の厚さを 40 m以上に確保しておくと、上記効果を一層顕著なものとすることができる。また、素子底面に金属ペースト層を塗布して金属ステージなどの支持体に接着する際に、素子底面と支持体表面との間に介在する金属ペースト層の厚さに応じて、光取出面側電極が形成される素子上面の高さ位置がばらつくことがあり、例えば光取出面側電極へのワイヤボンデイングを自動で行う際に、一様なボンディング状態を得る上で不都合を生ずる場合もありうる。しかし、上記の構成によると、残留基板部の第二主表面を支持体表面に密着させ、切欠き部内に充填された金属ペースト層により接着を行なうようにすれば、残留基板部の厚さ制御により金属ペースト層の厚さを一様に揃えることができ、接着後の光取出面側電極の高さ方向位置のバラツキを軽減できる (該効果は、第一態様でも同様に発揮される)。

[0040] 以上の構成において金属反射部は、切欠き部の底面に成膜された金属膜とすることができる。この構成は、蒸着やスパッタリングなどの成膜工程が必要になるが、金属膜の平滑性が高いので、より反射率の高い金属反射部を得ることができる。なお、金属膜は、切欠き部の底面とともに残留基板部の第二主表面も一括して覆うものとすれば、形成が容易である。この場合、残留基板部の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部の周側面を傾斜面として形成し、該金属膜を、残留基板部の第二主表面及び周側面と、切欠き部底面とを一体的に覆うものとすることができる。このようにすると、蒸着やスパッタリング等の指向性の強い成膜法により金属膜を形成する場合、残留基板部の周側面を上記のような傾斜面としておくことで、該周側面にも金属膜を十分な厚さにて形成することができる。該構成は、残留基板部と切欠き部底面とを覆う金属膜を、面内方向の一体の給電路として利用する場合に、特に有効である。

[0041] 一方、金属反射部は切欠き部内に充填された金属ペースト層とすることもできる。この方法によると、金属ペーストを塗布することにより切欠き部内に金属反射部を簡単に形成することができる。さらに、切欠き部の内側空間を、伝熱性の高い金属ペーストで充填することにより、発光層部の放熱を促進でき、通電による発光層部の温度上昇が抑制されるので、素子の長寿命化を図ることができる。この場合、残留基板部の第二主表面を、切欠き部内を充填する金属ペースト層の第二主表面とともに第一態様と同様の放熱用金属部材により覆うことができる。放熱用金属部材を設けることにより発光層部の放熱をさらに促進することができる。

[0042] (第三態様）

残留基板部の一部を切り欠ヽて切欠き部を形成し、該切欠き部の底面を主光取出面とするとともに、残留基板部の第二主表面を覆うように、発光層部へ発光駆動電圧を印加するための光取出側電極を形成したことを特徴とする。

[0043] 特開 2001— 339100号公報及び日経エレクトロニクス 2002年 10月 21日号 124頁一 132頁においては、発光層部の基板に面しているのと反対側の主表面 (第一主表面)を光取出面とし、基板が除去された第二主表面側は金属層の配置により反射面として利用する、というのが基本的な考え方である。この場合、反射面積をなるベく大きくしたほうが光取出し効率の向上には好都合であるから、基板を一部でも残せばその分だけ反射面積は減少し、しかもそれが光吸収性であることを考えれば、基板の一部を敢えて残すような思想が生まれるはずもなかった。

[0044] 本発明者らはそこで発想を転換し、発光層部を有する主化合物半導体層の、残留基板部に面している第二主表面を主光取出面として利用する構成について検討した。光吸収部として作用する成長用の GaAs副基板部は、これを除去することで発光層部からの発光光束を取り出すことができる。そして、その副基板部の全てを除去するのではなぐ副基板部の一部が主化合物半導体層の第一主表面上への残留基板部となるように、その一部のみを切り欠くようにすれば、形成される切欠き部の底面を主光取出面として利用することができ、該部分へ向かう発光光束も外部へ取り出すことが可能となるので、光取出し効率を高めることができる。他方、主化合物半導体層の第二主表面には、発光駆動用の光取出側電極を形成する必要がある。該光取出側電極の直下領域では、ここに向力う発光光束が存在しても電極に遮られるため、いずれにしろ直接光としては取り出すことができない。そこで、本発明者らは、残留基板部の第二主表面を該光取出側電極の形成領域として活用すれば、該残留基板部による光吸収作用を、光取出側電極による光遮断作用により埋没させることができ、その実害を大幅に軽減できることを見出して、第三態様の発明を完成させるに至ったのである。この結果、 GaAsからなる残留基板部による、光吸収の影響がそれほど顕著ィ匕することがなくなり、 GaAs特有の物性をむしろ積極利用して、機能的素子構成要素として有効活用するようなことも可能となる。

上記の光取出側電極には、通電用ワイヤを接合することができる。発光層部と光取出側電極との間に介在する化合物半導体層の厚さが小さい場合 (特に、 2 m以下の場合)、通電用ワイヤを光取出側電極へ接合しょうとすると、接合による損傷の影響が発光層部に及びやすぐ不良を生じやすい欠点がある。例えばワイヤの接合を、超音波溶接や、これにさらに熱を付加するサーモソニックボンディングにより行なう場合、ボンディングパッド直下の化合物半導体層には、超音波や加熱（さらには加圧）による衝撃応力が集中し、転位などの結晶欠陥が損傷として導入される。その損傷領域が発光層部に及んだ場合、具体的には次のような不具合につながる。

(1)発光輝度の直接的な低下。結晶欠陥による非発光遷移過程の増加が原因として考えられる。

(2)損傷領域が発光層部に及ぶと素子ライフが低下することにつながる。転位の形成された発光層に通電を継続すると、転位に電流が集中して転位の増殖が起こりやすくなり、発光輝度の経時的な劣化を引き起こす。

[0046] しかし、光取出側電極の直下に残留基板部が存在して、れば、接合時に損傷領域が仮に生じても、その大半は残留基板部内部に留まり、発光層部や電流拡散層等にその影響が及びに《なり、不良低減を図ることができる。この効果を顕著に達成するには、残留基板部の厚さを 3 μ m以上確保しておくことが望ましい。

[0047] 次に、光取出側電極の直下領域では、発光層部をいくら光らせても発光光束の多くが光取出側電極に遮られ、外部に効率よく取り出すことができない。従って、光取出側電極の直下領域にて通電電流をなるベく少なくすることが望ましくなる。具体的には次のような構成を採用できる。すなわち、光取出側電極を、残留基板部を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに切欠き部の底面のうち残留基板部の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有するものとして形成する。また、接触抵抗低減用の接合合金化層を、副電極と接する切欠き部の底面領域に形成する。これにより、光取出側電極は残留基板部外の接合合金化層を介して化合物半導体層と導通する。そして、該構造を前提として、本第三態様の構成 1では、残留基板部を、発光層部にて p— n接合を形成する p型層部と n型層部とのうち、該残留基板部に近!ヽ側のものと逆の導電型を有する電流阻止層として構成する。同じく構成 2では、残留基板部を、発光層部にて P— n接合を形成する p型層部と n型層部とのうち、該残留基板部に近い側のものと同一の導電型を有するものとし、かつ、発光層部と残留基板部との間に、残留基板部を被覆する形で、該残留基板部と逆の導電型を有する化合物半導体からなる反転層部を介挿する。いずれの構成においても、残留基板部と発光層部との間には、素子に発光駆動電圧 (つまり、発光層部をなす p— n接合部に対し順方向となる電圧)を印カロしたとき、逆バイアス状態となる反転 p— n接合部が介在することになるので、発光光束が遮光されやすい光取出側電極直下領域への分配電流 (すなわち発光）が抑制され、光取出し効率のさらなる向上に寄与する。

[0048] また、光取出側電極が、残留基板部を覆う主電極と、該主電極に導通するとともに切欠き部の底面のうち残留基板部の周囲に位置する一部領域を覆う副電極とを有し、接触抵抗低減用の接合合金化層が、主電極と接する残留基板部には形成されず、副電極と接する切欠き部の底面領域に形成される構成とすることもできる。光取出側電極に上記のような副電極を設け、光取出側電極と主ィ匕合物半導体層との電気的な接続を、残留基板部外の切欠き部底面に形成された接合合金化層との間でのみ確保することで、発光駆動時における残留基板部での電流密度を効果的に低減できる (この場合、残留基板部と主ィ匕合物半導体層との間に前述のような反転 p— n接合部が特に形成されていなくともよい)。また、残留基板部を覆う主電極は面積を比較的大きくできるので、通電用ワイヤの接続も容易である。主電極は、残留基板部の周側面を覆う部分にて副電極と接続され、通電用ワイヤから接合合金化層への給電部としての役割を果たす。通電用ワイヤの接合時に、残留基板部が損傷吸収効果をもたらすことは既に説明した通りである。

[0049] 逆に、残留基板部の第二主表面には、光取出側電極との接触抵抗を減ずるための接合合金化層を形成することもできる。 GaAsはバンドギャップエネルギーが小さく耐酸化性にも優れるので、他の III - V族化合物半導体 (例えば発光層部を形成する A1 GalnPや、電流拡散層を形成する GaP、 AlGaAs、 GaAsPあるいは GalnPなど）と比較して、金属電極との間で格段にォーミックコンタクトを取りやすい利点がある。従つて、該 GaAsからなる残留基板部を接合合金化層の形成領域として利用することで、素子の光取出側電極との接触抵抗を効果的に低減でき、ひいては素子の順方向電圧を低減できるようになる。

[0050] 次に、第三態様の発光素子においては、発光層部の第一主表面側に、発光層部力の発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギヤップエネルギーを有する III V族化合物半導体力もなる厚さ 10 μ m以上の透明厚膜半導体層を設けることができる。このような透明厚膜半導体層を設けることで、薄い発光層部に対し面内方向により均一に発光駆動電流を供給でき、該透明厚膜半導体層の側面力の取出光束も増加するので、素子全体としての光取出し効率を高めることができる。また、透明厚膜半導体層が素子全体の補強効果を高め、素子製造時のハンドリングがより容易になる。さらに、該透明厚膜半導体層の側で発光素子を、金属ペースト層を介して金属ステージ上に接着する構成とする場合、接着時に金属ペースト層がつぶれ変形して主ィヒ合物半導体層の周側面側に這い上がることがある。この這い上がった金属ペーストが発光層部の p— n接合部側面に達すると、 p— n接合部が短絡するなどの不具合を生ずることがある。しかし、上記のように、この接着側に設ける透明厚膜半導体層の厚さを 40 m以上 (上限値に制限はないが、例えば 2 00 μ m以下である）に確保すれば、仮に金属ペーストが這い上がっても p— n接合部にまで達する確率は小さくなり、上記短絡等の不具合を効果的に防止できる。

[0051] また、主化合物半導体層は、残留基板部と発光層部との間に配置されるとともに、透明厚膜半導体層よりも薄い化合物半導体層よりなる補助電流拡散層を有するものとして構成できる。これにより、切欠き部底面部への電流拡散効果が高められ、発光層部の該切欠き部に対応した領域 (つまり、主光取出面)への分配電流が増加するので、切欠き部底面力も取り出される発光光束をより増加することができる。また、光取出側電極に通電用ワイヤを接合する場合は、この補助電流拡散層は前述の残留基板部とともに、接合による損傷の影響が発光層部へ及ぶことを抑制するクッション層としての機能も果たしうる。

[0052] ただし、上記構成では、発光層部の第二主表面側に設ける補助電流拡散の厚さは小さくなるので、電流拡散効果は透明厚膜半導体層よりも劣る。そこで、これを補うために光取出側電極を、残留基板部の第二主表面及び周側面とを覆う主電極と、切欠き部の底面をなす補助電流拡散層の第二主表面の一部領域を覆うとともに、主電極の外周縁から延出する線状の副電極とを有するものとして構成することが有効である。上記のような副電極を設けることで、駆動電圧を印加した際に、主光取出面内の電界分布の偏りを軽減することができ、主光取出面全体に、より一様に電圧印加することができるので、電流拡散効果を高めることができる。また、主電極の直下に位置する残留基板部を前述のごとく電流阻止層として機能させれば、主電極の直下に向かう電流を遮断でき、主光取出面をなす主電極の背景領域への電流分配量を増加できるので、光取出し効率を高めることができる。この場合、前述のごとぐ残留基板部の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部の周側面を傾斜面として形成し、光取出側電極をなす主電極と副電極を一体の金属膜として形成すれば、主電極と副電極との電気的導通をより確実なものとすることができる。

[0053] 発光層部が、残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有し、かつ、発光層部上に上記のような透明厚膜半導体層を設ける場合、主化合物半導体層の第二主表面側から少なくとも活性層の第一主表面までの区間を、第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、その電極用切欠き部の底面に異極性電極 (光取出側電極とは異極性となる側の電極)を配置することもできる（以下、同面側電極取出構造ともいう)。この構成は、主化合物半導体の第二主表面側の一部が異極性電極の形成スペースとして消費される難点はあるが、発光駆動用の電極を同一主表面側に形成できる利点を生ずる。

[0054] 例えば、 ΠΙ族窒化物系の青色発光素子は、 III族窒化物のェピタキシャル成長用の基板としてサファイア基板が使用されるが、サファイア基板は絶縁体であり、しカゝもエッチング等による除去も困難なため、発光層部の下に該サファイア基板を残した形で素子化されるケースが多い。この場合、発光層部とサファイア基板との間に導電性の電極取出層を形成し、発光層部の一部を切り欠いて電極取出層を露出させ、ここに異極性電極を形成することが必須となる。こうした窒化物系青色発光素子のように、製造工程上、同面側電極取出構造を取らざるを得ない発光素子と、第三態様の発光素子とを組み合わせて一体の発光モジュールを構成した、場合に、第三態様の発光素子に敢えて上記同面側電極取出構造を採用すれば、該別種の発光素子の光取出側電極又は異極性電極のうち、接地側となる電極を共通結線することができ、ワイヤボンディング等のアセンブリ工程を簡略ィ匕できる利点がある。また、 RGBフル力ラー発光素子モジュールのように、この種の発光素子を 3以上組み合わせてモジュール化する場合、それらの素子の接地側の電極電位は全て等しくなるため、これら電極をワイヤにより順次連結し、その末端に位置する電極のみ、素子チップを接着するステージ側の力ソード端子に接続する構成が可能となり、ステージ側の力ソード端子の面積縮小、ひ、てはモジュールの小型ィヒにも寄与する。

[0055] さらに、第三態様の発光素子の場合、発光層部が結合される基板が絶縁性基板でなぐ導電性の透明厚膜半導体層であるからこれを電極取出層として活用できる。透明厚膜半導体層は層厚が大きいため（10 m以上）、サファイア基板を用いた III族窒化物発光素子の電極取出層のような薄いェピタキシャル層よりもシート抵抗の低減が容易であり、素子の順方向電圧の増カロも招きにくい。さらに、サファイア基板上の発光層部は、例えば素子チップを接着する金属製のステージを使用する場合、該ステージ力サファイア基板によって絶縁分離されるため、素子チップの浮遊容量が増大し、発光層部の帯電により実効的な発光駆動電圧が低下したり、あるいはスパークにより素子寿命が低下したりするなどの不具合を生ずることもある。しかし、基板に相当する部分が上記のように導電性の透明厚膜半導体層にて構成されて!ヽれば、該透明厚膜半導体層が静電気の放電路として機能するので、発光層部の帯電が大幅に軽減され、上記の不具合を解消することができる。この場合、複数個連結する同面側電極取出構造の発光素子の一部が、上記のような絶縁基板付き素子とされていても、残りの素子の一部が第三態様の上記構成の発光素子にて構成されていれば、接地共通結線化により、絶縁基板付きの素子に帯電する静電気も、第三態様の素子の透明厚膜半導体層を介して放電できる利点もある。

[0056] (第四態様）

次に、本発明の第四態様の発光素子は、

発光層部を有した主ィ匕合物半導体層が副基板部の第一主表面上にェピタキシャル成長され、残留基板部の一部に切欠き部が形成され、残留基板部の第二主表面を覆うように、発光層部へ発光駆動電圧を印加するための第一電極部が形成される一方、

発光層部が、残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有してなり、発光層部の第一主表面側には、発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギ一よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する III V族化合物半導体力なる透明半導体層が形成されてなり、さら〖こ、主化合物半導体層の第二主表面側から少なくとも活性層の第一主表面までの区間を、第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部が形成され、その電極用切欠き部の底面に第一電極部とは異極性となる第二電極部が配置されるとともに、透明半導体層の第一主表面が主光取出面とされることを特徴とする。

[0057] この構成は、同面側電極取出構造を採用した第三態様の発光素子の上下を反転し、透明半導体層の第一主表面側に電極を形成せず、該第一主表面側から発光光束を主に取り出すようにしたものに相当する。同面側電極取出構造では、 2つの電極を同一面側に形成する必要があるので、電極形成スペースも限られたものとなる。本発明の第四態様によると、そのうちの第一電極部を残留基板部の第二主表面に形成する。 GaAsはバンドギャップエネルギーが小さく耐酸化性にも優れるので、他の III— V族化合物半導体 (例えば発光層部を形成する AlGalnPや、電流拡散層を形成する GaP、 AlGaAs、 GaAsPあるいは GalnPなど）と比較して、金属電極との間で格段にォーミックコンタクトを取りやすい利点がある。従って、該 GaAsからなる残留基板部を第一電極部の形成領域として利用することで、素子の第一電極部との接触抵抗を効果的に低減でき、素子の順方向電圧を低減できるようになる。そして、電極形成されない透明半導体層の第一主表面が主光取出面となるので、該主光取出面の面積が拡大され、光取出し効率が大幅に向上する。さらに、主化合物半導体層の第二主表面側に全ての電極が形成されるので、例えば素子チップを基板上に面実装する構成も容易となり、素子チップのアセンブリ工程の簡略化にも寄与する。

図面の簡単な説明

[図 1]第一態様の発明の発光素子の第一実施形態を示す断面模式図。

[図 2]図 1の発光素子の製造方法の一例を示す工程説明図。

[図 3]図 2に続く工程説明図。

[図 4]発光素子チップの切断線の設定例を示す模式図。

[図 5]補助残留基板部の第一の形成形態を示す模式図。

[図 6]補助残留基板部の第二の形成形態を示す模式図。

[図 7]第一態様の発明の発光素子の第二実施形態を示す断面模式図。

[図 8]第一態様の発明の発光素子の第三実施形態を示す断面模式図。

[図 9]第一態様の発明の発光素子の第四実施形態を示す断面模式図。

[図 10]第一態様の発明の発光素子の第五実施形態を示す断面模式図。

[図 11]第二態様の実施形態 Aの発光素子を示す断面模式図。

[図 12]図 11の発光素子の製造方法の一例を示す工程説明図。

[図 13]図 11の発光素子の第一変形例を示す断面模式図。 [図 14]第二態様の実施形態 Bの発光素子を示す断面模式図。

圆 15]図 14の発光素子の第一変形例を示す断面模式図。

[図 16]図 14の発光素子の製造方法の一例を示す工程説明図。

[図 17]図 16に続く工程説明図。

圆 18]金属ペーストの這い上がりによる不具合発生状況を説明する図。

圆 19]図 18の不具合を切欠き部により防止する様子を説明する図。

圆 20]図 14の発光素子の第二変形例を示す断面模式図。

[図 21]図 14の発光素子の第三変形例を示す断面模式図。

圆 22]図 14の発光素子の第四変形例を示す断面模式図。

圆 23]図 14の発光素子の第五変形例を示す断面模式図。

圆 24]図 23の発光素子の残留基板部の形成工程の一例を示す説明図。

[図 25]図 14の発光素子の第六変形例を示す断面模式図。

圆 26]本発明の第三態様の発光素子を示す断面模式図。

圆 27]図 26の発光素子の製造方法の一例を示す工程説明図。

圆 28]図 26の発光素子の第一変形例を示す断面模式図。

圆 29]図 26の発光素子の第二変形例を示す断面模式図。

圆 30]図 26の発光素子の第三変形例を示す断面模式図。

圆 31]図 26の発光素子の第四変形例を示す断面模式図。

圆 32]図 26の発光素子の第五変形例の要部を示す断面模式図及び平面図。

[図 33]図 26の発光素子の第六変形例を示す断面模式図。

[図 34]図 26の発光素子の第七変形例を示す断面模式図。

圆 35]図 26の発光素子の第八変形例を示す断面模式図。

[図 36]図 33—図 35の発光素子の応用例を示す断面模式図。

圆 37]第四態様の発光素子の第一例を示す断面模式図。

圆 38]第四態様の発光素子の第二例を示す断面模式図。

圆 39]第四態様の発光素子の第三例を示す断面模式図。

発明を実施するための最良の形態

(第一態様）以下、本発明の第一態様の実施形態を添付の図面を用いて説明する。

図 1は第一態様の一例である発光素子 100を模式的に示すものである。発光素子 100は、発光層部 24を有した主ィ匕合物半導体層 40が残留基板部 1の第一主表面上に形成されている。そして、主ィ匕合物半導体層 40の第一主表面側に主光取出面 EAが形成されるとともに、発光層部 24に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極 9が主ィ匕合物半導体層 40の第一主表面の一部を覆うように形成されて!、る。そして、残留基板部 1を一部切り欠く形で該残留基板部 1の第二主表面に開口する切欠き部としての開口部 ljが形成され、該開口部 ljの周縁に残された残留基板部 1が発光層部 24への剛性を付与している。そして、開口部 ljの内部に、発光層部 24からの発光光束を反射させる反射部 17bが設けられ、その反射光束 RBが発光層部 24からの直接光束 DBと重畳されて主光取出面 EAから取り出される。

[0060] 発光層部 24は、ノンドープ (Al Ga ) In P (ただし、 0≤x≤0. 55, 0. 45≤y≤

0. 55)混晶からなる活性層 5を、第二導電型クラッド層、本実施形態では p型 (Al Ga

) In P (ただし x< z≤l)力もなる p型クラッド層 6と、前記第二導電型クラッド層とは異なる第一導電型クラッド層、本実施形態では n型 (Al Ga ) In P (ただし x< z

≤1)力もなる n型クラッド層 4とにより挟んだ構造を有し、活性層 5の組成に応じて、発光波長を、緑色から赤色領域 (発光波長（ピーク発光波長）が 550nm以上 670nm 以下）にて調整できる。発光素子 100においては、光取出側電極 9側に p型 AlGaln Pクラッド層 6が配置されており、残留基板部 1側に n型 AlGalnPクラッド層 4が配置されている。従って、通電極性は光取出側電極 9が正である。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有 (例えば 10¹³— 10¹⁶Zcm³程度を上限とする）をも排除するものではない。また、残留基板部 1は GaAs単結晶からなる。

[0061] また、主ィ匕合物半導体層 40にお、ては、発光層部 24の第一主表面上に、 GaP (あるいは GaAsPや AlGaAsでもよい）よりなる電流拡散層 20が形成され、該電流拡散層 20の第一主表面の略中央に前述の光取出側電極 9 (例えば Au電極）が形成されている。電流拡散層 20は、光取出側電極 9との間に接合合金化層 9aを介してォーミック接触が形成できる程度に有効キャリア濃度 (従って、 p型ドーパント濃度）が高められている（例えば p型クラッド層 6と同等以上であって 2 X 10¹⁸Zcm³以下)。電流拡散層 20の第一主表面における、光取出側電極 9の周囲の領域が主光取出面 EAをなす。電流拡散層 20は、例えば 10 μ m以上 200 μ m以下（好ましくは 40 μ m以上 2 00 μ m以下)の厚膜に形成されることで、層側面からの取出光束も増加させ、発光素子全体の輝度 (積分球輝度)を高める役割も担う。また、電流拡散層 20は、発光層部 24からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギヤップエネルギーを有する III - V族化合物半導体にて構成することで、発光光束に対する吸収も抑制されている。なお、光取出側電極 9と電流拡散層 20との間には、両者の接触抵抗を減ずるための接合合金化層 9aが、例えば AuBe合金等を用いて形成されている。他方、残留基板部 1側においては、開口部 ljが該残留基板部 1を厚さ方向に貫通して形成され、主化合物半導体層 40の第二主表面、ここでは発光層部 24 (n型クラッド層 4)の第二主表面が開口部 ljに露出して、る。

[0062] 上記の開口部 ljは、光取出側電極 9の直下領域 SAと重なる形で形成されている。

本実施形態では、光取出側電極 9の直下領域 SAが開口部 ljの内側に包含され、直下領域 SAの全体が開口部 ljの領域と重なっている。そして、該直下領域 SAにおいて、主ィ匕合物半導体層 40と反射部 17bとの接触抵抗が、主化合物半導体層 40と残留基板部 1との接触抵抗よりも高く設定されている。

[0063] 本実施形態においては、反射部 17bは金属反射部とされている（以下、金属反射部 17bともいう）。そして、光取出側電極 9の直下領域 SAにおいて該金属反射部 17b 力開口部 ljの底面をなすィ匕合物半導体部（ここでは、発光層部 24の n型クラッド層 4)に対し、接合合金化層 21を介することなぐ直接接して配置されている。光取出側電極 9の直下領域 SAカゝら接合合金化層 21を排除することで、主化合物半導体層 4 0と反射部 17bとの接触抵抗が高められている。図 1において反射部 17bは、開口部 lj内に充填された金属ペースト層（以下、金属ペースト層 17bともいう）である。そして、残留基板部 1の第二主表面は、開口部 lj内を充填する金属ペースト層 17bの第二主表面とともに放熱用金属部材 19 (例えば Cu板ないし A1板）により覆われている。金属ペースト層 17bは、放熱用金属部材 19を発光層部 24 (主化合物半導体層 40) に結合する結合層と、反射部とに兼用されるものであり、 Ag等の金属粉末を結合用の榭脂及び溶剤カゝらなるビヒクル中に分散させた金属ペーストを塗付後、乾燥させること〖こより形成されるちのである。

[0064] 金属ペースト層 17bの外周縁部には、これと一体化される形で、残留基板部 1の第二主表面を覆う導通経路ペースト層（金属ペーストからなる） 17aが形成されている。そして、残留基板部 1の第二主表面には、導通経路ペースト層 17aとの接触抵抗を減ずる接合合金化層 16が形成されている。接合合金化層 16は、 Au又は Agを主成分として（50質量％以上)、これに、接触先となる半導体の種別及び導電型に応じ、ォーミック接触を取るための合金成分を適量配合した金属を半導体表面上に膜形成した後、合金化熱処理 (いわゆるシンター処理)を施すことにより形成されたものである。本実施形態では、 n型 GaAsからなる残留基板部 1上に、 AuGeNi合金 (例えば Ge : 15質量％、 Ni: 10質量％、残部 Au)を用いた接合合金化層 16が形成されている。

[0065] また、本実施形態において開口部 ljは、主光取出面 EAの直下領域との重なり PA

(以下、単に直下領域 PAという）を有しており、該開口部 lj内に金属反射部 (金属べ一スト層） 17bが、主光取出面 EAの直下領域 PAと重なる形で設けられている。前述のごとぐ発光層部 24と光取出側電極 9との間には電流拡散層 20が設けられており、主光取出面 EAは、該電流拡散層 20の第一主表面周縁に沿って光取出側電極 9 を取り囲む形態で形成されている。そして、発光層部 24への通電経路を構成する残留基板部 1は、該発光層部 24を含む主ィ匕合物半導体層 40の第二主表面の周縁に沿って枠状に形成され、当該枠状の残留基板部 1の内側に開口部 ljが形成されている。また、光取出側電極 9の主化合物半導体層 40の第二主表面への投影外形線 KLは、枠状の残留基板部 1の内側に位置するように、光取出側電極 9と開口部 ljとの形成位置及び領域寸法が定められている。そして、開口部 ljにおいて、該枠状の残留基板部 1の内縁と光取出側電極 9の投影外形線しとの間に位置する領域 PA 力金属反射部 (金属ペースト層） 17bにて覆われている。なお、図 5及び図 6に示すように、開口部 ljの内側には、枠状の残留基板部 1をさらに補強するための、補助残留基板部 lwを設けることができる。本実施形態では、補助残留基板部 lwを、開口部 ljを複数個に仕切る形で直線状に形成している。図 5は、補助残留基板部 lwを、残留基板部 1の対辺間をつなぐ十字状に形成した例であり、図 6は、同じく残留基板部 1の対角間をつなぐ X字状に形成した例である。

[0066] 開口部 lj内においては、接合合金化層を完全に排除する構成としてもよいし、主光取出面 EAの直下領域 PAには接合合金化層 21を分散形成するようにしてもよい (接合合金化層 16と材質は同じである)。この場合、金属反射部 17bは、開口部 ljの底面をなす主ィ匕合物半導体部 40に対し、主光取出面 EAの直下領域 PAにおいては接合合金化層 21を介して接することになり、主光取出面 EAの直下領域 PAにおいて発光層部 24を、金属反射部 17bを介して通電発光させることができる。他方、残留基板部 1の第二主表面に形成される接合合金化層 16は、光反射にあまり寄与しなヽため、導通経路ペースト層 17aとの接触抵抗低減を優先して、残留基板部 1の第二主表面の全面を覆うように形成される。他方、開口部 lj内における主光取出面 EAの直下領域 PAに接合合金化層 21を形成する場合は、接合合金化層 21の反射率が比較的低いため、該領域での反射光束を増加させる効果と、接合合金化層 21との接触抵抗を低減する効果とのバランスを考慮し、領域 PAの全面積に対する接合合金化層 21の形成面積の比率を 1%以上 25%以下に調整することが望ましい。

[0067] 以下、図 1の発光素子 100の製造方法について説明する。

まず、図 2の工程 1に示すように、 n型 GaAs単結晶からなる基板本体部 10mの第一主表面に GaAsからなる図示しないバッファ層をェピタキシャル成長し、次に分離用化合物半導体層としてのエッチストップ層 1 Ok (例えば AllnPよりなる）をェピタキシャル成長し、さらに該エッチストップ層 10k上に、 n型 GaAs単結晶カゝらなる副基板部 10eをェピタキシャル成長して、発光層部 24を成長するための複合成長用基板 10を得る。副基板部 10eは MOVPE法又は HVPE法により成長する。そして、工程 2に示すように、その複合成長用基板 10の副基板部 10eの第一主表面に接して、バッファ層を形成することなぐ発光層部 24として、 n型 AlGalnPクラッド層 4、 AlGalnP活性層（ノンドープ） 5、及び p型 AlGalnPクラッド層 6を、この順序にて周知の MOVPE法により、ェピタキシャル成長させる。続いて工程 3に進み、電流拡散層 20 (厚さ： 10 m以上 200 μ m以下（例えば 100 m) )を、例えばノ、イドライド気相成長法あるいは MOVPE法を用いてェピタキシャル成長する。特に、 GaPないし GaAsPからなる電流拡散層 20は、 HVPE法により良質のものを高速成長しやすい利点がある。

[0068] そして、工程 4に進み、複合成長用基板 10から副基板部 10eを分離して、主ィ匕合物半導体層 40の第二主表面上への残留基板部 1となす処理を行なう。本実施形態では該処理を、 GaAsに対して選択エッチング性を有する第一エッチング液 (例えばアンモニア Z過酸ィ匕水素混合液)を用いて基板本体部 10mをエッチング除去することにより行なう。その後、図 3の工程 5に進み、 AllnPに対して選択エッチング性を有する第二エッチング液 (例えば塩酸： A1酸化層除去用にフッ酸を添加してもよ!/ヽ）を用いて AllnPエッチストップ層 10kをエッチング除去する。なお、分離用化合物半導体層として、エッチストップ層 10kに代えて AlAs等カゝらなる剥離層 10kを形成し、例えば 10%フッ酸水溶液力もなるエッチング液に浸漬して該剥離層 10kを選択エッチングすることにより、複合成長用基板 10から副基板部 10eを分離して残留基板部 1となす工程を採用してもよい。

[0069] 工程 6に進み、残留基板部 1上の周縁に沿って枠状に、 AuGeNi合金力なる接触金属層 16 'を形成する。また、電流拡散層 20の第一主表面には、光取出側電極 9 を形成する。接触金属層 16'は、開口部 ljを形成するためのエッチングマスクの役割を兼用しており、蒸着あるいはスパッタリングにより周知のフォトリソグラフィー技術を用いて形成される。ただし、接触金属層 16'の表面を、感光性榭脂からなるエツチングレジスト層にて覆うようにしてもよい。次いで、工程 7に示すように、 GaAsからなる残留基板部 1の該接触金属層 16 'の内側に露出する部分をエッチングすることにより開口部 ljを形成する。該開口部 ljの形成により、残留基板部 1は枠状となり、発光層部 24は露出面 18を開口部 lj内に形成する。そして、 350°C以上 500°C以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、接触金属層 16'を残留基板部 1と合金化して接触合金化層 16とし、発光素子チップ 30cが得られる。

[0070] ここで、開口部 ljの内側（工程 7で生ずる露出面 18)において、光取出側電極 9の直下領域 SAには接合合金化層 21を形成しない（図 1も参照)。また、枠状の残留基板部 1の直上領域と、光取出側電極 9の直下領域 SAとの間に挟まれた領域 PAには、図 1に示すように、接合合金化層 21を例えば散点状に分散形成することができる。

[0071] 図 2の複合成長用基板 10上には、上記開口部 ljを有する発光素子チップ 30cが、図 4に示すように複数個マトリックス状に配列した形で一括形成される。このとき、残留基板部 1は、隣接した発光素子チップ 30c同士のものが一体ィ匕されているので、その幅方向中央位置に設定された切断線 CLに沿って切断することにより、個々の発光素子チップ 30cに分離される。そして、分離後の発光素子チップ 30cの第二主表面側には、図 1に示すように、開口部 ljが充填され、かつ残留基板部 1の第二主表面が覆われるように金属ペーストが塗付され、金属ペースト層 17bと導通経路ペースト層 1 7aとが一括形成される。そして、図 3の工程 8に示すように、それら金属ペースト層 17 bと導通経路ペースト層 17aとを介して放熱用金属部材 19を貼り合わせれば、図 1の発光素子 100が得られる。

[0072] 上記発光素子 100の複合成長用基板 10は、光吸収性化合物半導体である GaAs にて要部が構成される力これを発光層部 24の成長後に全て除去するのではなく副基板部 10eは残留基板部 1として残すようにし、その一部を切り欠く形で開口部 ljを形成し、その開口部 lj内を、反射部をなす金属ペースト層 17bにて充填する。そして、開口部 ljの周縁に残された残留基板部 1は、発光層部 24への剛性付与の機能を果たす。従って、特開 2001— 339100号公報や日経エレクトロニクス 2002年 10月 2 1日号 124頁一 132頁のように、発光層部 24の第二主表面側にはシリコン基板などの導電性基板を補強目的で新たに貼り合わせる必要がなくなる。

[0073] また、本実施形態では、光取出側電極 9を取り囲む形態で主光取出面 EAを形成し、残留基板部 1を主光取出面 EAに対応した枠状に形成しているので、光取出側電極 9を取り囲む主光取出面 EAの直下部分に電流を集中させることができ、発光層部 24を光取出しに有利な領域で優先的に発光させることができる。また、光取出側電極 9と枠状の残留基板部 1との間に形成される一定幅の領域 PAに金属ペースト層 1 7bを臨ませてあり、該領域 PAが存在するので反射光束 RBが光取出側電極 9により遮られることが効果的に防止される。さらに、光取出側電極 9の直下領域 SAからは、接合合金化層が排除されており、主化合物半導体層 40と反射部 17bとの接触抵抗が高められるので、発光光束が遮光されやすい光取出側電極 9の直下領域 SAでの発光が抑制され、光取出し効率の更なる向上に寄与している。さらに、残留基板部 1 の第二主表面は、金属ペースト層 17bを介して放熱用金属部材 19により覆われており、通電による発光層部 24の温度上昇が抑制される。

[0074] 以下、第一態様の発光素子の変形例について説明する（図 1の発光素子との共通部分には同一の符号を付与して詳細な説明は省略する)。まず、図 9は、接合合金化層 21を光取出側電極 9の該直下領域 SAにも配置した例である。光取出側電極 9 の直下での発光光束は、光取出側電極 9にて一部遮られるが、直下領域 SAに存在する反射部 (金属ペースト層 17b)での斜め方向への反射光を大きくできる場合 (例えば電流拡散層 20をある程度厚く形成した場合など）には、素子全体としての光取出し効率を向上できる場合がある。他方、図 10のように、開口部 lj内の領域に接合合金化層を全く形成しない構成も可能である。この場合は、残留基板部 1の領域が主たる電流通路を構成するが、電流拡散層 20がある程度厚ければ、発光層部 24において残留基板部 1の内側、つまり開口部 ljの領域 (特に、主光取出面 EAの直下領域 PA)への回りこみ電流の発生も期待できる。接合合金化層の表面は反射率が多少低下するが、図 10のように、前記接合合金化層が主光取出面 EAの直下領域 P Aから省略されていれば、該領域での反射効率をより高めることができ、素子全体としての光取出し効率を向上できる場合がある。

[0075] 次に、図 7の発光素子 200においては、反射部が、開口部 ljの底面をなす化合物半導体部上、ここでは発光層部 24 (n型クラッド層 4)上に成膜された反射金属層 31 ( 例えば、 Au、 Agあるいは A1のいずれかを主成分とするものである）とされている。なお、残留基板部 1の第二主表面側は、接合合金化層 16を介して裏面電極 32にて覆われている力これを反射金属層 31と同材質 (例えば Au)とすることで、裏面電極 32 と反射金属層 31とを一括形成できる利点がある。一方、図 8の発光素子 300のように、発光層部 24と残留基板部 1との間に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させる DBR層 30が設けられている（DB R層 30が設けられている以外は、図 7と同じ構成である）。 DBR層 30は残留基板部 1 上にェピタキシャル成長可能である。なお、 DBR層 30は、図 8では残留基板部 1の領域にのみ選択的に形成されている力開口部 ljの底面領域にまでこれを延長して形成することちでさる。

[0076] (第二態様） (実施形態 A)

図 11は本発明の第二態様の一例である発光素子 1100を模式的に示すものである。なお、図 1の発光素子 100との共通部分も多いので、以下、その相違点につき説明する。従って、以下に説明する相違点以外の部分は、図 1の発光素子 100と同一の構成を有しているので、第一態様の説明にて代用するものとし、ここでは詳細な説明を繰り返さない。また、共通の構成要素には共通の符号を付与している。発光素子

1100は、発光層部 24を有した主ィ匕合物半導体層 40が副基板部 10e (図 12参照）の第一主表面上にェピタキシャル成長されている。そして、主化合物半導体層 40の第一主表面側に主光取出面 EAが形成されるとともに、発光層部 24に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極 9が、主化合物半導体層 40の第一主表面の一部（具体的には、主光取出面 EAの残余領域)を覆うように形成されている。

[0077] 主化合物半導体層 40においては、発光層部 24の第一主表面上に、第一態様と同様の電流拡散層 20が形成され、該電流拡散層 20の第一主表面の略中央に前述の光取出側電極 9 (例えば Au電極）が形成されている。他方、残留基板部 1側においては、主光取出面 EAの直下部分に切欠き部 ljが該残留基板部 1を厚さ方向に貫通して形成され、主化合物半導体層 40の第二主表面、ここでは補助電流拡散層 91の第二主表面が切欠き部 ljに露出している。残留基板部 1は光取出側電極 9の直下部分に形成され、本実施形態では、主化合物半導体層 40の該残留基板部 1と接する部分 (本実施形態では n型クラッド層 4)と同一導電型 (すなわち n型)を有するものとされている。

[0078] 本実施形態 Aにおいては、発光層部 24からの発光光束が、該切欠き部 ljからも取り出し可能とされている。具体的には、残留基板部 1の第二主表面が、反射部材を兼ねた金属ステージ 52上に接着され、切欠き部 ljから取り出された発光光束を該金属ステージ 52の反射面 RPにて反射させるようにしている。残留基板部 1の第二主表面には、その全面に裏面電極部をなす接合合金化層 16が形成されている。接合合金化層 16は、本実施形態では AuGeNi合金 (例えば Ge : 15質量％、 Ni: 10質量％、残部 Au)を用いて形成されて!、る。

[0079] この接合合金化層 16において残留基板部 1は、金属ペースト層 117を介して金属ステージ 52の反射面 RP上に接着されている。これにより、発光層部 24は残留基板部 1を導通路とする形で、金属ペースト層 117を介して金属ステージ 52に電気的に接続される。一方、光取出側電極 9は導体金具 51に Auワイヤ等で構成されたボンデイングワイヤ 9wを介して電気的に接続される。発光層部 24には、金属ステージ 52及び導体金具 51に一体化された図示しない駆動端子部を介して発光駆動電圧が印加される。金属ペースト層 117は、第一態様と同様 Agペースト等により構成される。

[0080] また、残留基板部 1と発光層部 24との間には、 AlGaInP、 AlGaAs、 AlInP、 Gain P等の化合物半導体よりなる補助電流拡散層 91が形成されている。補助電流拡散層 91の厚さは例えば 0. 5 μ m以上 30 μ m以下（望ましくは 1 μ m以上 15 μ m以下）であり、発光層部 24の、これに近い側のクラッド層（本実施形態では n型クラッド層 4) よりも有効キャリア濃度 (従って、 n型ドーパント濃度）が高くされ、面内の電流拡散効果が高められている。なお、 n型クラッド層 4 (第一導電型クラッド層）の厚さを p型クラッド層 6 (第二導電型クラッド層）よりも厚くし、該 n型クラッド層 4の第二主表面側の表層部に補助電流拡散層としての機能を担わせることも可能である。

[0081] 上記の構成によると、切欠き部 ljの底面力取り出された発光光束を金属ステージ 52の反射面 RPにて反射させることで、その反射光束 RBにより発光層部 24の第一主表面側への発光光束を大幅に増加させることができる。残留基板部 1と発光層部 24 との間に設けられた補助電流拡散層 91は、切欠き部 ljの底面部への電流拡散効果を高め、発光層部 24の該切欠き部 ljに対応した領域への分配電流を増加させる。これにより、切欠き部 ljの底面から取り出される発光光束をより増加することができる。

[0082] 以下、図 11の発光素子 1100の製造方法について説明する。

図 12の工程 1一工程 4では、副基板部 10eの第一主表面に補助電流拡散層 91を成長し、続いて発光層部 24を成長させる点を除き、図 2及び図 3の工程 1一工程 5と同じである。なお、電流拡散層 20は、 GaP (あるいは GaAsPや AlGaAsでもよい）からなる基板を発光層部 24に貼り合わせることにより形成してもよい。この場合は、発光層部 24に続く形で AlInP、 GalnPまたは AlGaAsからなる結合層 7を形成しておき、この結合層 7に GaPないし GaAsP、 AlGaAsからなる基板を貼り合わせるようにすれば、該貼り合わせをより確実に行なうことができる。 HVPE法を用いて電流拡散層 20 をェピタキシャル成長する場合は、結合層 7は特に不要である（この点、第一態様（図 2、図 3)においても同様である）。

[0083] 次に、工程 5では、残留基板部 1の第二主表面の周縁部分を、周知のフォトリソダラフィー技術を用いてエッチングにより除去し、切欠き部 ljを形成する。なお、エツチングの施された残留基板部 1の第二主表面に Au等にて構成された電極部を形成することも可能であるが、この場合、残留基板部 1の第二主表面に該電極部を先に形成し、これを切欠き部 ljを形成するためのエッチングマスクに兼用することもできる。そして、工程 6に示すように、該残留基板部 1の第二主表面に、接合合金化層を形成するための金属材料層を蒸着等により形成し、 350°C以上 500°C以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、接合合金化層 16とする。また、電流拡散層 20の第一主表面に接合合金化層 9aを同様に形成する (接合合金化層 16と合金化熱処理を兼用することができる)。接合合金化層 9aは図 11に示すごとぐ Au等を蒸着することにより光取出側電極 9にて覆う。その後、個々の発光素子チップに分離し、図 11に示すごとぐ分離後の発光素子チップの残留基板部 1の第二主表面側を金属ペースト層 1 17により金属ステージ 52に接着し、さらに光取出側電極 9をボンディングワイヤ 9wにより導体金具 51と接続すれば発光素子 1100が完成する。

[0084] 上記発光素子 1100の製造に用いられる複合成長用基板 10は、光吸収性ィ匕合物半導体である GaAsにて要部が構成される力これを発光層部 24の成長後に全て除去するのではなぐ厚さを減じて残留基板部 1とした後に、その一部切り欠く形で、光取出部として機能する切欠き部 ljを形成する。そして、切欠き部 lj形成に関与しない部分は、発光層部 24への剛性付与の機能を果たす。従って、特開 2001— 339100 号公報や日経エレクトロニクス 2002年 10月 21日号 124頁一 132頁のように、発光層部 24の第二主表面側にはシリコン基板などの導電性基板を補強目的で新たに貼り合わせる必要がなくなる。

[0085] 図 11の実施形態では、残留基板部 1の第二主表面に接合合金化層 16を全面形成していた力図 13に示すように、補助電流拡散層 91の第二主表面 (すなわち、切欠き部 ljの底面）にて、残留基板部 1の周囲に接合合金化層 16rを形成し、これを残留基板部 1とともに金属ペースト層 117により一括して覆う構成とすることもできる。このようにすると、残留基板部 1と金属ペースト層 117との接触抵抗が上昇し、光取出側電極 9の直下に位置する残留基板部 1の中央領域の電流密度を下げることができる。その結果、発光層部 24への駆動電流は、残留基板部 1を迂回して主光取出面 E A側に優先的に流れ、発光層部 24を光取出しに有利な領域で優先的に発光させることができる。なお、残留基板部 1と接合合金化層 16rとを Au層等の金属層で覆い、この金属層を介して金属ペースト層 117により金属ステージ 52への接着を行なってちょい。

[0086] (実施形態 B)

図 14は、本発明の第二態様の別例である発光素子 1200を示す。なお、図 11の発光素子 1100 (実施形態 A)との共通部分も多いので、以下、その相違点につき説明する。従って、以下に説明する相違点以外の部分は、図 11の発光素子 1100と同一の構成を有しているので、実施形態 Aの説明にて代用するものとし、ここでは詳細な説明を繰り返さない。また、共通の構成要素には共通の符号を付与している。

[0087] 発光素子 1200の、図 11の発光素子 1100との最も大きな相違点は、切欠き部 ljの内部に、発光層部 24からの発光光束を反射させる金属反射部 17が設けられ、その反射光束 RBを、発光層部 24からの直接光束 DBと重畳させて主光取出面 EAから取り出すようにした点である。本実施形態においては、残留基板部 1の第二主表面が、切欠き部 ljの底面とともに金属反射部 17に一括して覆われている。残留基板部 1 の形成領域における素子厚さ方向の電気抵抗は、切欠き部 ljの形成領域における素子厚さ方向の電気抵抗よりも高く調整されてなる。具体的には、切欠き部 ljの底面に、金属反射部 17との接触抵抗を減ずるための接合合金化層 21を分散形成する一方、残留基板部 1の第二主表面は接合合金化層を非形成としている。これにより、発光光束が遮光されやすい光取出側電極 9の直下領域での発光が抑制されている。接合合金化層 21は、図 11の発光素子 1100の接合合金化層 16と同様に形成されるものであり、本実施形態では、 n型クラッド層 4の第二主表面上に、 AuGeNi合金 (例えば Ge : 15質量％、 Ni: 10質量％、残部 Au)を用いて形成されている。接合合金化層 21は反射率が比較的低いため、該領域での反射光束を増加させる効果と、接合合金化層 21との接触抵抗を低減する効果とのバランスを考慮し、領域 EAの全面積に対する接合合金化層 21の形成面積の比率を 1%以上 25%以下に調整することが望ましい。

[0088] 図 14において金属反射部 17は、切欠き部 lj内に充填された金属ペースト層（以下、金属ペースト層 17ともいう）である。そして、残留基板部 1の第二主表面は、切欠き部 lj内を充填する金属ペースト層 17の第二主表面とともに放熱用金属部材 19 (例えば Cu板ないし A1板）により覆われている。金属ペースト層 17は、図 11の発光素子 11 00と同様に形成されるものであり、具体的には、残留基板部 1の第二主表面と切欠き部 ljの底面とを接着面として、該接着面に金属ペースト層 17を介して放熱用金属部材 19の第一主表面が接着されている。図 14では図示していないが、この放熱用金属部材 19が図 11と同様の金属ステージに接着される。また、光取出側電極 9も図 11 と同様、ボンディングワイヤを介して導体金具に接続される。なお、放熱用金属部材 1 9を省略し、残留基板部 1の第二主表面側を金属ステージに直接接着してもよい。

[0089] 上記の切欠き部 ljは、主光取出面 EAの直下領域と重なりを有する。本実施形態では、主光取出面 EAの直下領域が切欠き部 ljの領域と略一致するように形成されている力図 15に示すように、切欠き部 ljを光取出側電極 9の直下領域 SAに入り込む形で形成し、該切欠き部 1 j内にて金属反射部 17を光取出側電極 9の直下領域に入り込む形で形成することで、反射光束 RBのより効率的な取出しを図ることができる。他方、光吸収が過度に大きくならない範囲であれば、残留基板部 1を主光取出面 E Aの直下領域に多少入り込ませる構成も可能である。

[0090] 以下、図 14の発光素子 1200の製造方法について説明する。

まず、図 16の工程 1から工程 4及び図 17の工程 5までは、副基板部 10e上に発光層部 24を、補助電流拡散層を介挿することなく直接成長する点を除いて、図 12のェ程 1から工程 5までと同じである。次に、図 17の工程 6に進み、切欠き部 ljの底面に、接合合金化層を形成するための金属材料層を蒸着等により分散形成し、 350°C以上 500°C以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、接合合金化層 21とする。なお、残留基板部 1の第二主表面には接合合金化層 21を形成しない。また、金属反射膜 31を形成する場合は、その後の工程 7にて行なう。以降は、図 3と同様に、個々の発光素子チップに分離され、分離後の発光素子チップの第二主表面側には、切欠き部 ljが充填され、かつ残留基板部 1の第二主表面が覆われるように金属ぺースト層 17が塗付形成される。そして、工程 8に示すように、該金属ペースト層 17を介して放熱用金属部材 19を接着すれば、図 14の発光素子 1200が得られる。

[0091] 切欠き部を有さない従来型の発光素子の場合、図 18に示すように、この接着により金属ペースト層 17がつぶれ変形して主化合物半導体層の周側面側に這い上がり、発光層部 24の p— n接合部 (本実施形態では、活性層 5を挟んだ n型クラッド層 4と p型クラッド層 6とを有するダブルへテロ構造）が這い上がった金属ペースト 17cにより短絡するなどの不具合を生じやすい。しかし、上記のごとく切欠き部 ljが形成されていると、図 19に示すように、切欠き部 ljを這い上がろうとする金属ペースト 17の吸収空間として利用でき、 p-n接合部の短絡防止を図ることができる。また、ここでも、残留基板部 1の第二主表面を支持体表面に密着させ、切欠き部 lj内に充填された金属ペースト層により接着を行なうことで、残留基板部 1の厚さ制御により金属ペースト層 1 7の厚さを一様に揃えることができる。この効果は第一態様にぉ、ても同様に発揮される。

[0092] なお、図では残留基板部 1の厚さを電流拡散層 20よりも薄く描いている力これは説明の便宜を図るためであって、残留基板部 1と電流拡散層 20の厚さの大小関係を限定するものではない。特に、上記の金属ペースト 17の這い上がりによる不具合を解消するためには、残留基板部 1の厚さを 40 m以上確保することが有効である（この場合、図 16の工程 4に示す基板厚さを減少させる工程は不要となる場合がある)。なお、放熱用金属部材 19を用いる場合、放熱用金属部材用の大判の金属板に分離前のゥエーハを金属ペースト 17を用いて接着し、その後ゥエーハを金属板とともに素子チップへ分離することもできるが、この場合は個々の素子チップへの金属ペースト 17の這い上がりはほとんど問題とならない。従って、残留基板部 1の厚さを 40 /z m未満に設定することも十分に可能である。

[0093] 上記発光素子 1200は、残留基板部 1に切欠き部 ljを形成し、その切欠き部 lj内を、金属反射部をなす金属ペースト層 17にて充填する。本実施形態では、残留基板部 1の第二主表面に接合合金化層を形成していないので、光取出側電極 9を取り囲む主光取出面 EAに電流を集中させることができ、発光層部 24を光取出しに有利な領域で優先的に発光させることができる。そして、この領域には金属反射部 17が配置されており、反射光束 RBにより光取出し効率が向上する。さらに、発光層部 24の第二主表面側には、金属ペースト層 17を介して放熱用金属部材 19により覆われており、通電による発光層部 24の温度上昇が抑制される。

[0094] 以下、図 14の発光素子 1200のさらに別の実施形態について説明する（図 14の発光素子との共通部分には同一の符号を付与して詳細な説明は省略する)。図 14の発光素子 1200の構成では、残留基板部 1の第二主表面に接合合金化層を形成しないことで、残留基板部 1の領域における素子の厚さ方向抵抗を、切欠き部 ljの領域における素子の厚さ方向抵抗よりも高くし、光吸収性の残留基板部 1の直上部を電流迂回させるようにしている。しかし、同様の効果は、以下のような別の構成によつても達成することができる。まず、図 20の発光素子 1300においては、残留基板部 1 力発光層部 24にて p— n接合を形成する p型層部と n型層部とのうち、該残留基板部 1に近い側のもの（すなわち、 n型クラッド層 4)と逆の導電型（つまり、 p型）を有する反転層部 lrとして構成している。この場合、副基板部として p型の GaAsェピタキシャル層を用いればよい。また、図 21の発光素子 1400においては、図 14の発光素子 120 0と同様に残留基板部 1を、発光層部 24にて p— n接合を形成する p型層部と n型層部とのうち、該残留基板部に近い側のもの（すなわち、 n型クラッド層 4)、と同一の導電型 (つまり n型)を有するものとしている。そして、発光層部 24と残留基板部 1との間には、残留基板部 1を選択被覆する形で、該残留基板部 1と逆の導電型 (つまり p型)を有する化合物半導体からなる反転層部 93を介挿している。

[0095] 次に、図 22の発光素子 1500においては、金属反射部が、切欠き部 ljの底面をなす化合物半導体部上、ここでは発光層部 24 (n型クラッド層 4)上に成膜された金属膜 31 (例えば、 Au、 Agあるいは Alのいずれかを主成分とするものである）とされている。なお、金属膜 31は、残留基板部 1の第二主表面側も一括して覆うものとされている。そして、該金属膜 31が金属ペースト層 17を介して放熱用金属部材 19に接合されている（この場合、金属ペースト層 17は金属反射部を構成するものではなくなる）。この金属膜 31は、図 17の工程 7に示すように、接合合金化層 21の合金化熱処理後に形成される。 [0096] 図 23の発光素子 1600は、図 22の発光素子 1500をさらに改良したもので、残留基板部 1の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部 1の周側面 Isを傾斜面として形成している。そして、金属膜 31は、残留基板部 1 の第二主表面及び周側面 Isと、切欠き部 ljの底面とを一体的に覆うものとされている。蒸着やスパッタリング等の指向性の強い成膜法により金属膜 31を形成する場合、残留基板部 1の周側面 Isを上記のような傾斜面としておくことで、該周側面 Isにも金属膜を十分な厚さにて形成することができる。

[0097] 周側面 Isが傾斜面となった残留基板部 1は、図 17の工程 5のエッチングを、次のように実施することで得られる。まず、図 24の工程 1に示すように、 GaAsからなる残留基板部 1と発光層部 24との間には、 AllnPよりなるエッチストップ層 lpを形成しておく。次に、工程 2に示すように、残留基板部 1の第二主表面（面方位を（100)とする）のうち、残す領域をエッチングレジスト MSKにより覆い、残余の部分を、アンモニア一過酸化水素水溶液をエッチング液としてメサエッチングする。残留基板部 1の周側面は、上記エッチング液の異方性エッチング効果により傾斜面となる。そして、工程 3に示すように、塩酸をエッチング液としてエッチストップ層 lpを除去し、さらにエッチングレジスト MSKを除去すればよ!、。

[0098] 次に、図 25の発光素子 1700は、発光層部 24と残留基板部 1との間に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させる DBR層 30が設けられている（DBR層 30が設けられている以外は、図 15と同じ構成である）。 DBR層 30により、主光取出面 EA直下に位置する発光層部 24のうち、光吸収性の残留基板部 1直上に位置する領域であっても、反射光束 RBを効果的に発生させることができる。この場合、残留基板部 1を主光取出面 EAの直下領域に多少入り込む構成であっても、 DBR層 30の形成により光吸収による発光光束の損失はほとんど生じない。なお、図 11の発光素子 1100においても、残留基板部 1と発光層部 24との間（例えば、補助電流拡散層 91と残留基板部 1との間である）に DBR層を同様に形成することが可能である。また、図 11及び図 15のいずれの構造を基本とする場合においても、上記の DBR層を、切欠き部 ljの底面領域まで延長して形成することが可能であり、切欠き部 ljの領域における発光光束の反射効果を高めることができる。

[0099] (第三態様）

以下、本発明の第三態様の実施形態を添付の図面を用いて説明する。図 26は本発明の第三態様の一例である発光素子 2100を模式的に示すものである。なお、図 1の発光素子 100との共通部分も多いので、以下、その相違点につき説明する。従つて、以下に説明する相違点以外の部分は、図 1の発光素子 100と同一の構成を有しているので、第一態様の説明にて代用するものとし、ここでは詳細な説明を繰り返さない。また、共通の構成要素には共通の符号を付与している。

[0100] 図 26は本発明の第三態様の一例である発光素子 2100を模式的に示すものである。発光素子 2100において発光層部 24を有した主ィ匕合物半導体層 40は、副基板部 10e (図 27の工程 2参照）の第一主表面上にェピタキシャル成長されたものである。そして、該残留基板部 1の周縁部が切り欠かれることにより切欠き部 ljが形成される (図 27の工程 5参照）。図 27の工程 2は層成長時の上下関係で描いており、図 26はこれと上下反転している（従って、第一主表面は、図 26中にて層や基板の下面として表れる)。切欠き部 ljの底面は主光取出面 EAを形成し、発光層部 24に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極 9が残留基板部 1の第二主表面を覆うように形成されている。図 26において、透明半導体層 90、結合層 7、発光層部 24及び補助電流拡散層 91は主ィ匕合物半導体層 40に属し、残留基板部 1は主化合物半導体層 40 に属さない。

[0101] 発光素子 2100においては、透明半導体層 90側に p型 AlGalnPクラッド層 6が配置されており、残留基板部 1側に n型 AlGalnPクラッド層 4が配置されている。残留基板部 1と光取出側電極 9との間には、両者の接触抵抗を減ずるための接合合金化層 9a が形成されている。接合合金化層 9aは、ここでは AuGeNi合金（例えば Ge : 15質量 %、 Ni: 10質量％、残部 Au)を用いて形成している。

[0102] 主ィ匕合物半導体層 40にお、ては、発光層部 24の第一主表面上に、 GaP (あるヽは GaAsPや AlGaAsでもよ!/、：ここでは p型）よりなる透明半導体層 90が形成されて V、る。透明半導体層 90は接合合金化層 21によりォーミック接触が形成できる程度に有効キャリア濃度 (従って、 p型ドーパント濃度）が高められている（例えば p型クラッド層 6と同等以上であって 2 X 10¹⁸Zcm³以下)。透明半導体層 90は、例えば 10 m 以上 200 μ m以下（好ましくは 40 μ m以上 200 μ m以下）の厚膜に形成されることで、層側面からの取出光束も増加させ、発光素子全体の輝度 (積分球輝度)を高める役割も担う。また、発光層部 24からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギ一よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する ΠΙ— V族化合物半導体にて構成することで、発光光束に対する吸収も抑制されて、る。

[0103] 透明半導体層 90の第一主表面側は、金属ステージ 52上に Agペースト等力もなる金属ペースト層 17を介して接着され、該金属ペースト層 17が反射部を形成して、る。また、透明半導体層 90の第一主表面には、光取出側電極 9側と同様に接合合金化層 21が分散形成され、該接合合金化層 21が金属ペースト層 17により覆われてヽる。これにより、発光層部 24は、金属ペースト層 17を介して金属ステージ 52に電気的に接続される。一方、光取出側電極 9は、導体金具 51に Auワイヤ等で構成された通電用ワイヤ 9wを介して電気的に接続される。発光層部 24には、金属ステージ 52 及び導体金具 51に一体化された図示しない駆動端子部を介して発光駆動電圧が印加される。

[0104] 本実施形態において接合合金化層 21は、 p型層とのコンタクトを取るために AuBe 合金を用いて形成されている。接合合金化層 21は反射率が比較的低いため、該領域での反射光束を増加させる効果と、接合合金化層 21との接触抵抗を低減する効果とのバランスを考慮し、透明半導体層 90の第一主表面の全面積に対する接合合金化層 21の形成面積の比率を 1 %以上 25%以下に調整することが望ましい。なお、接合合金化層 21を Au層、 Ag層ある、は A1層などの高反射率の金属反射層 31で覆い、該金属反射層 31を、金属ペースト層 17を介して金属ステージ 52に接着してもよい。

[0105] なお、透明半導体層 90の側で発光素子を、金属ペースト層 17を介して金属ステージ 52に接着する場合、図 26に一部拡大して示すように、その接着時に金属ペースト層 17がつぶれ変形して主ィ匕合物半導体層の周側面側に這い上がることがある。しかし、本実施形態では、この接着側に設ける透明半導体層 90の厚さを 40 m以上 20 0 m以下と厚くしてあり、仮に金属ペーストが這い上がっても発光層部 (p— n接合部 ) 24にまで達する確率は小さくなり、 p— n接合の短絡等を効果的に防止できる。

[0106] また、残留基板部 1と発光層部 24との間には、 AlGaInP、 AlGaAs、 AlInP、 Gain P等の化合物半導体よりなる補助電流拡散層 91が形成されている。補助電流拡散層 91の厚さは例えば 0. 5 μ m以上 30 μ m以下（望ましくは 1 μ m以上 15 μ m以下）であり、発光層部 24の、これに近い側のクラッド層（本実施形態では n型クラッド層 4) よりも有効キャリア濃度 (従って、 n型ドーパント濃度）が高くされ、面内の電流拡散効果が高められている。なお、 n型クラッド層 4 (第一導電型クラッド層）の厚さを p型クラッド層 6 (第二導電型クラッド層）よりも厚くし、該 n型クラッド層 4の第二主表面側の表層部に補助電流拡散層としての機能を担わせることも可能である。

[0107] 上記の構成によると、光吸収部として作用する残留基板部 1の一部のみが切り欠かれている。これにより、形成される切欠き部 ljの底面を主光取出面 EAとして利用することができ、該部分へ向力う発光光束を外部へ直接取り出すことが可能となるので、光取出し効率を大幅に高めることができる。他方、残留基板部 1の第二主表面は光取出側電極 9の形成領域として活用され、光取出側電極 9 (図 26)による光遮断作用により、残留基板部 1による光吸収作用が不具合として顕在化しなくなつている。また、バンドギャップエネルギーが小さく耐酸ィ匕性にも優れる GaAsからなる残留基板部 1 の第二主表面に光取出側電極 9用の接合合金化層 9aを形成することで、より良好なォーミックコンタクトが実現し、素子の順方向電圧低減に寄与して、る。

[0108] 以下、図 26の発光素子 2100の製造方法について説明する。

図 27の工程 1一工程 5までは、電流拡散層 20を透明半導体層 90と読み替えれば、図 12の工程 1一工程 5と全く同じである。工程 6 (工程 5までと上下を反転して描いている）では、該残留基板部 1の第二主表面に、接合合金化層を形成するための金属材料層を蒸着等により形成し、 350°C以上 500°C以下の温度域で合金化熱処理を行なうことにより、接合合金化層 9aとする。また、透明半導体層 90の第一主表面に接合合金化層 21を同様に分散形成する (接合合金化層 9aと合金化熱処理を兼用することができる)。接合合金化層 9aは図 26に示すごとぐ Au等を蒸着することにより光取出側電極 9にて覆う。その後、図 3と同様に個々の発光素子チップに分離され、図 26に示すごとぐ分離後の発光素子チップの透明半導体層 90の第二主表面（接合合金化層 21が形成されている）を金属ペースト層 17により金属ステージ 52に接着し、さらに光取出側電極 9をボンディングワイヤ 9wにより導体金具 51と接続すれば発光素子 2100が完成する。

[0109] 上記発光素子 2100は、残留基板部 1を一部切り欠く形で、主光取出面 EAとして機能する切欠き部 ljを形成する。そして、切欠き部 lj形成に関与しない部分は、ゥェーハの剛性向上機能も果たしうる。

[0110] 以下、第三態様の実施形態の発明の発光素子の種々の変形例について説明する。なお、図 26の発光素子 2100との共通部分も多いので、以下、その相違点につき説明する。従って、以下に説明する相違点以外の部分は、図 26の発光素子 2100と同一の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を繰り返さない。また、共通の構成要素には共通の符号を付与する。

[0111] 図 28の発光素子 2300には、発光層部 24と残留基板部 1との間に、屈折率の相違する半導体膜を複数積層することにより、ブラッグ反射を利用して光を反射させる DB R層 30が設けられている。 DBR層 30は、光吸収性の残留基板部 1の直下に位置する領域であっても、発光光束 DBを下向きに反射することができるので、発光光束 DB が残留基板部 1に吸収されて損失する不具合を解消することができる。反射された発光光束 DBは残留基板部等に吸収されない限り、直接あるいは素子の別部分 (例えば金属ペースト層 17あるヽは反射金属層 31)での反射を利用して素子外へ取り出すことが可能になる。

[0112] 図 29の発光素子 2400では、補助電流拡散層 91の第二主表面 (すなわち、切欠き部 ljの底面）にて、残留基板部 1の周囲に接合合金化層 9aを形成し、これを残留基板部 1とともに光取出側電極 9により一括して覆う構成とすることもできる。この場合、光取出側電極 9は、残留基板部 1の第二主表面及び周側面とを覆う主電極 9mと、切欠き部 ljの底面のうち残留基板部 1の周側面に連なる一部領域を覆う副電極 9bとを有したものとして形成される。接触抵抗低減用の接合合金化層 9aは、主電極 9mと接する残留基板部 1には形成されず、副電極 9bと接する切欠き部 ljの底面領域には形成されることとなる。従って、発光駆動電流は残留基板部 1を迂回して主光取出面側に優先的に流れ、光取出し効率が向上する。 [0113] なお、透明半導体層 90あるいは副電極 9bにより十分な電流拡散効果が得られる場合は、補助電流拡散層 91を省略することも可能である。この場合、切欠き部 ljの底面は発光層部 24の第二主表面が形成する。また、副電極 9bを設ける場合は、接合合金化層 9aとともに発光層部 24上に形成することとなる。

[0114] また、残留基板部 1の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部 1の周側面 Isが傾斜面として形成されている。光取出側電極 9をなす主電極 9m (すなわち、残留基板部 1の第二主表面及び周側面 Isとを覆う部分)と副電極 9b (切欠き部 ljの底面を覆う部分）とは、一体の金属膜として形成される。このような形状の残留基板部 1は、図 24と同様の工程により製造可能である。

[0115] 図 30の発光素子 2500においては、図 29の発光素子 2400の残留基板部 1を、発光層部 24にて p - n接合を形成する p型層部と n型層部とのうち、該残留基板部 1に近い側のもの（すなわち、 n型クラッド層 4)と逆の導電型（つまり、 p型）を有する反転層部 lrとして構成している。この場合、光吸収性化合物半導体基板として p型の副基板部を用いればよい。また、図 31の発光素子 2600においては、図 29の発光素子 240 0と同様に残留基板部 1を、発光層部 24にて p— n接合を形成する p型層部と n型層部とのうち、該残留基板部に近い側のもの（すなわち、 n型クラッド層 4)、と同一の導電型 (つまり n型)を有するものとしている。そして、発光層部 24と残留基板部 1との間には、残留基板部 1を選択被覆する形で、該残留基板部 1と逆の導電型 (つまり p型)を有する化合物半導体からなる反転層部 93を介挿している。これにより、残留基板部 1 による電流遮断層としての機能を一層高めることができる。

[0116] 図 30及び図 31の構成においては、図 29と同様に、接合合金化層 9aを、副電極 9b と接する切欠き部 ljの底面領域にのみ形成してもよいが、接合合金化層 9aが残留基板部 1をも覆う構成になっていても、反転 P— n接合部の介在により電流遮断効果は問題なく達成できる。そこで、これを利用すれば、接合合金化層 9aは、副電極 9b及び主電極 9mを有した光取出側電極 9と形状一致させた形で、副電極 9bと接する切欠き部 ljの底面領域とともに残留基板部 1も一括して覆うものとして形成することが可能となる（図では、残留基板部 1を覆う部分を符号 9kにより表している）。このように同一形状で重なり合う接合合金化層 9a (9k)と光取出側電極 9とは、形状のパターンニングを 1回のフォトリソグラフィ一にて行なうことができ、工程の簡略化に寄与する。

[0117] 図 32の発光素子 2700では光取出側電極 9を、残留基板部 1の第二主表面及び周側面を覆う主電極 9mと、切欠き部 1 jの底面をなす補助電流拡散層 91の第二主表面の一部領域を覆うとともに、主電極 9mの外周縁から延出する線状の副電極 9bとを有するものとして構成している。ここでは、線状の副電極 9bが、主電極 9mを中心として主光取出面 EA上に放射状に形成されてヽる。副電極 9bを上記のように形成することで、駆動電圧を印カロした際に、主光取出面内の電界分布の偏りを軽減することができ、主光取出面 EA全体に、より一様に電圧印加することができ、ひいては電流拡散効果を高めることができる。

[0118] 本実施形態では接合合金化層 9aも副電極 9bと重なる線状に形成しており、主電極 9mの直下に位置する残留基板部 1には接合合金化層を形成してヽなヽ。従って、残留基板部 1はここでも電流阻止層として機能し、主電極 9mの直下に向力う電流を遮断できる。その結果、主光取出面 EAをなす主電極 9mの背景領域 (つまり、切欠き部 lj)への電流分配量を増加でき、光取出し効率を高めることができる。なお、残留基板部 1の第二主表面の面積が第一主表面の面積よりも小となるように、該残留基板部 1の周側面が傾斜面 Isとして形成され、光取出側電極 9をなす主電極 9mと副電極 9bとが一体の金属膜として形成されて、る。

[0119] なお、上記の実施形態においては、光取出側電極 9とは異極性となる側の電極部（接合合金化層 21あるいは金属反射膜)を、 Vヽずれも透明半導体層 90の第一主表面側に形成してヽたが、主ィ匕合物半導体層 40の第二主表面側カゝら少なくとも活性層 5 の第一主表面までの区間を、前記第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部を形成し、その電極用切欠き部の底面に上記異極性となる側の電極を配置した、前述の同面側電極取出構造としてもよい。以下、その具体例について説明する。

[0120] 図 33の発光素子 2800は、図 26の発光素子 2100を同面側電極取出構造とした例である (発光素子 2100と同一の符号を有していて特に説明のない要素は、発光素子 2100と同一の構成であり、発光素子 2100の詳細説明にて代用する)。主化合物半導体層 40の補助電流拡散層 91から発光層部 24 (及び結合層 7)までが、第二主表面側で一部領域にて周知のフォトリソグラフィー工程により切り欠かれ、電極用切欠き部 JKが形成されている。そして、該電極用切欠き部 JKの底面をなす透明半導体層 90の第二主表面領域に、接合合金化層 21及び異極性電極 332が形成されている。なお、透明半導体層 90の第二主表面を含む表層部が、電流拡散効果を高めるために、残余の領域よりも有効キャリア濃度が高められた高濃度ドーピング層 90hとされている。また、光取出側電極 9及び異極性電極 332には、通電用ワイヤ 9w及び 32 wがそれぞれ接合されている。なお、切欠き部 JKの底面は、クラッド層 6により形成してもよい。

[0121] 図 34の発光素子 2900は、図 28の発光素子 2300を同様に同面側電極取出構造とした例である。さらに、図 35の発光素子 3000は、図 34の発光素子 2900から補助電流拡散層 91を省略した構成に相当する。

[0122] 図 36は、赤色 (R)発光素子チップ 163、緑色（G)発光素子チップ 161及び青色（B )発光素子チップ 162を全て同面側電極取出構造とし、これらを組み合わせて構成した RGBフルカラー発光素子モジュール 150の一例を示すものである。各発光素子チップ 161— 163の光取出側電極 9は全て力ソード側 (接地側:負極性の電源が使える場合は、アノード側を接地側としてもよい）であり、電極電位は全て等しくなるため、これら電極 9をワイヤ 9wにより順次連結し、その末端に位置する電極のみ、素子チップを接着するステージ 153側の力ソード端子 (光取出側電極 9がアノードである場合はアノード端子） 152に接続している。端子 152にはワイヤを 1本接続すればよいだけなので、面積が比較的小さくて済む (ただし、各光取出側電極 9から個別にワイヤ 9wを端子 152に接続する態様を排除するものではない)。他方、異極性電極 332はァノードとなり（光取出側電極 9がアノードである場合は力ソード）、発光光束の混合比調整のため、印加電圧 (ないしデューティ比）が個別に調整される。従って、ワイヤ 32w により個別のアノード端子 (光取出側電極 9がアノードである場合は力ソード端子） 15 1に接続されている。

[0123] 発光素子チップ 161— 163のうち、赤色 (R)発光素子チップ 163と緑色（G)発光素子チップ 161とは AlGalnPを用 V、た第三態様の構成 (例えば、図 33の発光素子 28 00、図 34の発光素子 2900及び図 35の発光素子 3000のいずれかである）を採用している。両素子チップの活性層 5は、発光波長に応じて異なる AlGalnP組成を有する。他方、青色 (B)発光素子チップ 162は、 InAlGaNなどの III族窒化物系の青色発光素子として構成されている。該素子チップ 162には、 III族窒化物によるダブルへテ口構造の発光層部 224 (及び電極取出層 225)をェピタキシャル成長するための絶縁性のサファイア基板 190が残され、該サファイア基板 190を介してステージ 153上に金属ペースト等により接着されている。異極性電極 332は、電極取出層 225の表面に形成されている。他方、第三態様に係る発光素子チップ 161, 163は、導電性の透明半導体層 90を介してステージ 153上に金属ペースト等により接着されている。これにより、透明半導体層 90が静電気の放電路として機能し、発光層部 24の帯電が大幅に軽減される。

[0124] (第四態様）

図 33の発光素子 2800、図 34の発光素子 2900及び図 35の発光素子 3000は、それぞれ素子の上下を反転し、透明半導体層 90の第一主表面側に電極を形成せず、該第一主表面側から発光光束を主に取り出すように構成することで、それぞれ図 37 の発光素子 3100、図 38の発光素子 3200及び図 39の発光素子 3300とすることができる。これら発光素子 3100— 3300はいずれも、第三態様の発光素子の第二の構成の実施形態を構成する。各発光素子 3100— 3300において図 33—図 35の発光素子 2800— 3000と同一の符号を有していて特に説明のない要素は、同一の構成要素であり、詳細な説明は省略する。ただし、いずれの図においても、光取出側電極は第一電極 (第一電極部） 9、異極性電極は第二電極 (第二電極部） 332と読み替える。なお、 Au電極等で構成された第一電極 9及び第二電極 332は省略することもでき、この場合は接合合金化層 9a及び 21が、それぞれ第一電極部及び第二電極部を構成する。

[0125] 各構成において GaAsからなる残留基板部 1の採用により、接合合金化層 9aとの接触抵抗をより低減することができる。また、主化合物半導体層 40の第二主表面側に全ての電極 9, 332が形成されるので、例えば素子チップを基板上に面実装する構成が容易となり、素子チップのアセンブリ工程の簡略ィ匕にも寄与する。

Claims

請求の範囲

[1] GaAs単結晶からなる基板本体部の第一主表面に、 GaAsと異なる組成の III-V族化合物半導体単結晶からなる分離用化合物半導体層をェピタキシャル成長し、該分離用化合物半導体層上に GaAs単結晶からなる副基板部をェピタキシャル成長することにより複合成長用基板を作成し前記副基板部の第一主表面上に発光層部を有した主ィ匕合物半導体層をェピタキシャル成長し、さらに前記分離用化合物半導体層を化学エッチングにて除去することにより前記複合成長用基板から前記副基板部が分離されて前記主化合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となるとともに、該残留基板部の一部が切り欠かれて形成された切欠き部の底面が、前記発光層部力の発光光束に対する光取出面又は反射面とされることを特徴とする発光素子。

[2] 前記主ィ匕合物半導体層が、前記副基板部の第一主表面に接してェピタキシャル成長されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の発光素子。

[3] 前記主化合物半導体層の第一主表面側に主光取出面が形成されるとともに、前記発光層部に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極が、前記主化合物半導体層の第一主表面の一部を覆う形で形成され、

前記主化合物半導体層の第二主表面側に位置する前記残留基板部を一部切り欠く形で、該残留基板部の第二主表面に開口する前記切欠き部としての開口部が形成されるとともに、該開口部の周縁に残留基板部が残され、

前記開口部に、前記発光層部からの発光光束を反射させる反射部が設けられたことを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の発光素子。

[4] 前記主化合物半導体層の第一主表面側に主光取出面が形成されるとともに、前記発光層部に発光駆動電圧を印加するための光取出側電極が、前記主化合物半導体層の第一主表面の一部を覆う形で形成され、

前記主化合物半導体層の第二主表面側に位置する前記残留基板部のうち、前記主光取出面の直下部分の少なくとも一部に切欠き部が形成され、かつ、前記光取出側電極の直下部分の少なくとも一部が残留基板部に含まれることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の発光素子。

[5] 前記残留基板部の一部を切り欠いて切欠き部を形成し、該切欠き部の底面を主光取出面とするとともに、前記残留基板部の第二主表面を覆うように、前記発光層部へ発光駆動電圧を印加するための光取出側電極を形成したことを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の発光素子。

[6] 発光層部を有した主ィ匕合物半導体層が前記副基板部の第一主表面上にェピタキシャル成長され、前記残留基板部の一部に切欠き部が形成され、前記残留基板部の第二主表面を覆うように、前記発光層部へ発光駆動電圧を印加するための第一電極部が形成される一方、

前記発光層部が、前記残留基板部に近い側から第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有してなり、前記発光層部の第一主表面側には、前記発光層部からの発光光束のピーク波長に相当する光量子エネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する ΠΙ— V族化合物半導体力なる透明半導体層が形成されてなり、さらに、前記主化合物半導体層の第二主表面側力少なくとも前記活性層の第一主表面までの区間を、前記第二主表面の一部領域において切り欠くことにより電極用切欠き部が形成され、その電極用切欠き部の底面に前記第一電極部とは異極性となる第二電極部が配置されるとともに、前記透明半導体層の第一主表面が主光取出面とされることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の発光素子。

[7] 請求の範囲第 1項ないし第 6項のいずれか 1項に記載の発光素子の製造方法であつて、

前記副基板部の第一主表面上に、発光層部を有した主化合物半導体層をェピタキシャル成長する発光層部成長工程と、

前記分離用化合物半導体層を化学エッチングにて除去することにより前記複合成長用基板から前記副基板部を分離して前記主化合物半導体層の第二主表面上への残留基板部となす基板本体部除去工程と、前記残留基板部の一部を切り欠いて切欠き部を形成する切欠き部形成工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法。