WO2010044422A1 - 窒化物系半導体発光素子、窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及び発光装置 - Google Patents

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祐介 善積
孝史 京野
昌紀 上野
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    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device, a method for producing a nitride semiconductor light emitting device, And a light-emitting device.
  • Patent Document 1 describes a light emitting device and a method for mounting a light emitting element.
  • the substrate (light-emitting translucent surface) end and the lead frame die pad are partially fixed, or the substrate peripheral end and the lead frame die pad are fixed.
  • a light emitting device mounted with a light emitting element emits generated light from the back side of the die pad.
  • a multilayer reflective layer made of a nitride semiconductor is provided on the side opposite to the substrate of the light emitting layer.
  • Patent Document 2 describes a gallium nitride compound semiconductor light emitting device. After growing the gallium nitride compound semiconductor on the sapphire substrate, the sapphire substrate is polished or peeled off. In this gallium nitride compound semiconductor light emitting device, the back surface of the gallium nitride compound semiconductor becomes a non-mirror surface by etching. By removing the sapphire substrate, interference at the interface due to the difference in refractive index between sapphire and gallium nitride is eliminated. Further, light is irregularly reflected on the non-specular surface.
  • Patent Document 3 describes a method for manufacturing a self-supporting gallium nitride single crystal substrate. By improving the degree of adhesion to the substrate holder and reducing the warpage of the GaN free-standing substrate, the yield rate of nitride semiconductor devices is improved.
  • the surface (Ga surface) of the substrate is polished to a mirror surface, and the back surface (N surface) is lapped and then etched to finish the arithmetic average roughness Ra of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the back surface (N surface) is in surface contact with the substrate holder of the vapor phase growth apparatus.
  • the alternately arranged GaN layers and AlGaN layers constitute a multilayer reflection film, and an active layer is located between the multilayer reflection film and the substrate. For this reason, the light from the active layer is emitted from the back surface of the substrate.
  • Patent Document 2 in order to avoid light reflection due to a difference in refractive index at the interface between a gallium nitride-based epitaxial stack and a sapphire substrate, the back surface of the gallium nitride-based compound semiconductor is exposed by removing the sapphire substrate. The exposed gallium nitride compound semiconductor surface of the epitaxial film becomes a non-mirror surface by etching.
  • Patent Document 3 improves the yield rate of nitride semiconductor elements by improving the degree of adhesion with the substrate holder and reducing the warpage of the GaN free-standing substrate. For this reason, after the back surface (N surface) is wrapped, it is etched to finish the arithmetic average roughness Ra of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the above technology relates to a light emitting device using a sapphire substrate or a light emitting device using a c-plane GaN substrate. These are different from a light emitting device using a GaN substrate inclined from the c-plane. Even in the surface-emitting nitride-based semiconductor light-emitting element on the semipolar plane, excellent light extraction efficiency is required.
  • An object of the present invention is to provide a nitride-based semiconductor light-emitting device having excellent light extraction efficiency, and to provide a method for manufacturing the nitride-based semiconductor light-emitting device. It aims at providing the light-emitting device containing this.
  • This nitride-based semiconductor light-emitting device includes (a) a support base made of a hexagonal gallium nitride semiconductor and having a main surface and a back surface, (b) a p-type gallium nitride-based semiconductor region, an active layer, and an n-type gallium nitride.
  • the back surface of the support base is inclined with respect to a plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the hexagonal gallium nitride semiconductor, and the surface of the back surface
  • the morphology has a plurality of protrusions protruding in the direction of the reference axis, and the active layer is provided between the p-type gallium nitride semiconductor region and the n-type gallium nitride semiconductor region,
  • the p-type gallium nitride based semiconductor region, the active layer, and the n-type gallium nitride based semiconductor region are arranged in a predetermined axis direction on the main surface of the support base, and the predetermined axis direction is the front direction. Different from the direction of the reference axis.
  • the p-type gallium nitride semiconductor region, the n-type gallium nitride semiconductor region and the active layer are mounted on the main surface of the support base.
  • the back surface of the support base is inclined with respect to a plane orthogonal to the reference axis extending along the c-axis direction of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of the predetermined axis is different from the direction of the reference axis. Therefore, the light component from the active layer toward the substrate is irregularly reflected by the back surface and changes its traveling direction.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element Since the surface morphology on the back surface has a plurality of protrusions protruding in the direction of the reference axis, irregular reflection occurs efficiently on the back surface, and light does not disappear while being confined in the substrate support and the semiconductor stack. Therefore, the nitride-based semiconductor light-emitting element has excellent light extraction efficiency.
  • the main surface of the support base is 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor, and the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the back surface of the support base is inclined with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor. And at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the main surface of the support base is inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the back surface of the support substrate may be inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the main surface of the support base is inclined at an angle in the range of 55 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the back surface of the support substrate may be inclined at an angle in the range of 55 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the main surface of the support base is inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the back surface of the support substrate may be inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the main surface of the support base is inclined at an angle in the range of 55 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the back surface of the support substrate may be inclined at an angle in the range of 55 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the top of the protrusion can have a hexagonal pyramid shape.
  • the top of the protrusion is hexagonal pyramid shaped, so that light is reflected by the construction surface of the hexagonal pyramid.
  • the arithmetic mean roughness of the back surface can be not less than 0.5 micrometers and not more than 10 micrometers.
  • a surface roughness that is too small contributes little to extraction efficiency due to diffused light reflection.
  • An excessively large surface roughness has a small contribution to the extraction efficiency due to diffused light reflection.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device can further include a first electrode provided on the semiconductor stack and a second electrode provided on the back surface of the support base. According to this nitride-based semiconductor light-emitting device, one electrical connection can be made to the semiconductor stack via the first electrode, and the other electrical connection can be made to the back surface of the substrate via the second electrode.
  • the semiconductor stack has an exposed region in which a part of either the p-type gallium nitride semiconductor region or the n-type gallium nitride semiconductor region is exposed. .
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element includes a first electrode provided on the exposed region, and on the other of the p-type gallium nitride-based semiconductor region and the n-type gallium nitride-based semiconductor region in the semiconductor stack. And a second electrode provided.
  • the active layer may be provided to have a peak wavelength in a wavelength range of 350 nm or more and 650 nm or less. According to this nitride semiconductor light emitting device, light in the above wavelength range can be diffusely reflected.
  • the nitride semiconductor light emitting device In the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, light from the active layer is emitted from the upper surface of the semiconductor stack. According to this nitride-based semiconductor light-emitting device, improvement in the diffuse reflectance on the back surface leads to improvement in light extraction efficiency from the top surface. In the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, light from the active layer is emitted from the back surface of the semiconductor stack. According to this nitride-based semiconductor light-emitting device, the improvement in the diffuse reflectance on the back surface leads to an improvement in the light extraction efficiency from the back surface.
  • Another aspect of the present invention is a method for producing a surface-emitting nitride-based semiconductor light-emitting device.
  • a substrate product including a substrate having a main surface and a back surface and a semiconductor stack provided on the main surface of the substrate; and (b) the substrate in the substrate product.
  • the substrate is made of a hexagonal gallium nitride semiconductor, and the back surface of the substrate is inclined with respect to a plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the semiconductor stack Projecting in the direction of the reference axis, the semiconductor stack includes a p-type gallium nitride semiconductor region, an n-type gallium nitride semiconductor region, and an active layer, and the active layer is the p-type gallium nitride semiconductor region And the n-type gallium nitride semiconductor region, and the p-type gallium nitride semiconductor region, the n-type gallium nitride semiconductor region, and the active layer have a predetermined axis on the main surface of the substrate. The direction of the predetermined axis is different from the direction of the reference axis.
  • the surface to be processed can be formed on the back surface of the substrate by etching the back surface of the substrate.
  • the surface to be processed has a surface morphology having a plurality of protrusions.
  • the p-type gallium nitride based semiconductor region, the n-type gallium nitride based semiconductor region, and the active layer are mounted in the direction of a predetermined axis on the main surface of the support base. Further, the back surface of the support base is inclined with respect to a plane perpendicular to the reference axis extending in the c-axis direction of the hexagonal gallium nitride semiconductor. Further, the direction of the predetermined axis is different from the direction of the reference axis.
  • the light component from the active layer toward the substrate is irregularly reflected by the back surface and changes its traveling direction. Since the surface morphology on the back surface has a plurality of protrusions protruding in the direction of the reference axis, the back surface irregularly reflects incident light. Therefore, a method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device having excellent light extraction efficiency is provided.
  • the back surface of the substrate may be inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of the inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the method according to the present invention may further comprise the step of grinding the back surface of the gallium nitride semiconductor wafer to form the substrate of the substrate product.
  • a substrate having a desired thickness can be obtained by grinding.
  • a to-be-processed surface can be formed by performing an etching process on the ground back surface.
  • the surface to be processed can be formed by wet etching.
  • wet etching can be used to form a plurality of protrusions.
  • the surface to be treated can be formed with an alkaline solution.
  • a plurality of protrusions can be formed using an alkaline solution.
  • the top of the protrusion has a hexagonal pyramid shape. According to this method, since the top part of the projection is a hexagonal pyramid, light is reflected by the construction surface of the hexagonal pyramid.
  • the arithmetic mean roughness of the back surface may be not less than 0.5 micrometers and not more than 10 micrometers.
  • a surface roughness that is too small contributes little to extraction efficiency due to diffused light reflection.
  • An excessively large surface roughness has a small contribution to the extraction efficiency due to diffused light reflection.
  • the active layer may be provided to have a peak wavelength in a wavelength range of 350 nm or more and 650 nm or less. According to this method, it is possible to achieve excellent light extraction efficiency with respect to light in the above wavelength range.
  • the active layer may be provided to have a peak wavelength in a wavelength range of 450 nm to 650 nm. According to this method, it is possible to achieve excellent light extraction efficiency with respect to light in the above wavelength range.
  • the semiconductor stack has an exposed region in which a part of either the p-type gallium nitride based semiconductor region or the n-type gallium nitride based semiconductor region is exposed.
  • a first electrode is formed on the exposed region
  • a second electrode is formed on one of the p-type gallium nitride semiconductor region and the n-type gallium nitride semiconductor region in the semiconductor stack.
  • a step of forming can be further provided.
  • the method according to the present invention can further include a step of forming a first electrode on the surface to be processed of the substrate and a step of forming a second electrode on the semiconductor stack. According to this method, one electrical connection can be made via the second electrode, and the other electrical connection can be made via the electrode on the surface to be processed.
  • one or a plurality of p-type gallium nitride semiconductor layers, one or a plurality of n-type gallium nitride semiconductor layers and an active layer are grown on the main surface of the gallium nitride semiconductor wafer, and then epitaxially grown.
  • the method may further include a step of forming a wafer and a step of etching the epitaxial wafer to form a semiconductor stack.
  • the p-type gallium nitride semiconductor layer, the n-type gallium nitride semiconductor layer, and the active layer are disposed in a predetermined axis direction on the main surface of the gallium nitride semiconductor wafer, and the gallium nitride semiconductor wafer
  • the main surface is inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the main surface of the gallium nitride semiconductor wafer has so-called semipolarity.
  • the plurality of gallium nitride based semiconductors grown on the semipolar plane are arranged in the direction of a predetermined axis.
  • the maximum value of the distance between two points on the edge of the wafer may be 45 millimeters or more. This method can be applied to a large-diameter wafer.
  • a light-emitting device includes a nitride-based semiconductor light-emitting element according to any one of the above forms, and a support having a support surface that supports the back surface of the nitride-based semiconductor light-emitting element, The nitride-based semiconductor light-emitting element and a resin body that is provided on the support and seals the nitride-based semiconductor light-emitting element. Light from the nitride-based semiconductor light-emitting element passes through the resin body. According to this light emitting device, it is possible to increase the luminance directly above.
  • the surface of the resin body may include a first portion that contacts the support and a second portion that is exposed without contacting the support. it can. According to this light emitting device, the first portion is in contact with the support, and the second portion is exposed without being in contact with the support. Therefore, the resin body does not include a reflector separate from the support body.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting element having excellent light extraction efficiency is provided. Further, according to another aspect of the present invention, a method for producing this nitride-based semiconductor light-emitting device is provided. Furthermore, according to still another aspect of the present invention, a light emitting device including the nitride semiconductor light emitting element is provided.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a drawing showing the main steps in the method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a drawing showing the main steps in the method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a drawing showing the main steps in the method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing connections for measuring EL characteristics.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a drawing showing the main steps in the method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a drawing showing the main steps in the method for
  • FIG. 6 is a drawing showing EL characteristics in an LED structure manufactured using a GaN wafer with an off-state and EL characteristics in an LED structure manufactured using a c-plane GaN wafer.
  • FIG. 7 is a drawing showing an SEM image of the back surface (alkaline etched) of a GaN substrate with OFF.
  • FIG. 8 is a drawing showing an SEM image of the back surface of a GaN substrate obtained by subjecting a GaN substrate having a main surface inclined at an angle of 75 degrees from the c + axis in the m-axis direction to a back surface roughness by alkali etching.
  • FIG. 7 is a drawing showing an SEM image of the back surface (alkaline etched) of a GaN substrate with OFF.
  • FIG. 8 is a drawing showing an SEM image of the back surface of a GaN substrate obtained by subjecting a GaN substrate having a main surface inclined at an angle of 75 degrees from the c + axis in the m-
  • FIG. 9 is a drawing showing an SEM image of the back surface of a GaN substrate obtained by subjecting the GaN substrate having a main surface inclined in the a-axis direction at an angle of 58 degrees from the c + axis to the back surface roughness by alkali etching.
  • FIG. 10 shows an SEM image of the back surface of a GaN substrate in which a GaN substrate having a main surface inclined at an angle of 68 degrees from the c + axis in a direction rotated by an angle from the a-axis direction to the m-axis direction is subjected to back surface roughness by alkali etching. It is drawing which shows.
  • FIG. 11 is a drawing showing an SEM image of the back surface (alkaline etched) of the m-plane GaN substrate.
  • FIG. 12 is a drawing showing an SEM image of the back surface (alkaline etched) of the c-plane GaN substrate.
  • FIG. 13 is a drawing showing another structure of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 14 is a drawing showing still another structure of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 15 is a drawing showing the relationship between the angle formed between the normal line of the main surface of the GaN substrate and the c-axis and the In composition in InGaN growth under the same growth conditions.
  • FIG. 15 is a drawing showing the relationship between the angle formed between the normal line of the main surface of the GaN substrate and the c-axis and the In composition in InGaN growth under the same growth conditions.
  • FIG. 16 is a drawing schematically showing an electrode forming process and a back surface roughness process.
  • FIG. 17 is a view showing an LED structure in which an anode electrode and a cathode electrode are formed on the epi surface, and an LED structure in which the anode electrode is formed on the epi surface and the cathode electrode is formed on a part of the back surface.
  • FIG. 18 is a drawing showing a configuration of a light emitting device including a nitride semiconductor light emitting element according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • the nitride semiconductor light emitting device 11 includes a support base 13 and a semiconductor stack 15.
  • the support base 13 is made of a hexagonal gallium nitride semiconductor and has a main surface 13a and a back surface 13b.
  • the semiconductor stack 15 includes an n-type gallium nitride semiconductor region 17, an active layer 19, and a p-type gallium nitride semiconductor region 21.
  • the active layer 19 is provided between the p-type gallium nitride semiconductor region 21 and the n-type gallium nitride semiconductor region 17.
  • the n-type gallium nitride based semiconductor region 17, the active layer 19, and the p-type gallium nitride based semiconductor region 21 are mounted on the main surface 13a of the support base 13, and the direction of a predetermined axis Ax orthogonal to the main surface 13a. Is arranged.
  • the back surface 13b of the support base 13 is inclined with respect to a plane orthogonal to the reference axis extending in the c-axis direction of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the c-axis direction is indicated by a vector VC in FIG.
  • the surface morphology M of the back surface 13b has a plurality of protrusions 23 that protrude in the direction of the ⁇ 000-1> axis.
  • the direction of the predetermined axis Ax is different from the direction of the reference axis (the direction of the vector VC).
  • the p-type gallium nitride semiconductor region 21, the n-type gallium nitride semiconductor region 17, and the active layer 19 are on the main surface 13 a of the support base 13 in the direction of the predetermined axis Ax.
  • the back surface 13b of the support base 13 is inclined with respect to a plane orthogonal to the reference axis indicated by the vector VC.
  • the direction of the predetermined axis Ax is different from the direction of the vector VC. Therefore, the light component LB from the active layer 19 toward the substrate 13 is irregularly reflected by the back surface 13b and changes its traveling direction.
  • the reflected light LR is provided from the emission surface together with the light component LF that goes directly from the active layer 19 to the emission surface.
  • the emitted light L is shown. Since the surface morphology M of the back surface 13b has a plurality of protrusions 23 that protrude in the direction opposite to the vector VC, the back surface 13b exhibits excellent irregular reflectance. Therefore, the nitride-based semiconductor light emitting device 11 has excellent light extraction efficiency.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 11 is a surface light-emitting element, and light LB and LF from the active layer 19 are emitted from the upper surface 15 a of the semiconductor stack 15. Improvement of the irregular reflection performance of the back surface 13b leads to improvement of light extraction efficiency from the top surface 15a. Further, the light LB and LF from the active layer 19 can be emitted from the back surface 13b of the substrate. Improvement of the irregular reflection performance of the back surface 13b leads to an improvement in light extraction efficiency from the substrate back surface 13b.
  • the back surface 13b of the substrate 13 is inclined at an angle ⁇ in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor. it can.
  • the direction of inclination of the protrusion 23 is defined according to the inclination angle.
  • the substrate back surface 13b has higher irregular reflectivity than the mirror-polished back surface.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the active layer 19 is formed on the substrate main surface 13a exhibiting semipolarity, the influence of the piezoelectric field on the active layer 19 is smaller than that of the active layer on the c-plane. Furthermore, the angle formed by the predetermined axis Ax and the vector VC is not less than 10 degrees and not more than 80 degrees.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is 10 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor and ⁇ 000-1> of the hexagonal gallium nitride semiconductor. It is inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the axis. Further, the back surface 13b of the substrate 13 is 10 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor and 10 degrees or more and 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor. Inclined at an angle in the range of degrees or less. According to the nitride-based semiconductor light-emitting element 11, the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the main surface 13 a of the substrate 13 is inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor, and the back surface of the substrate 13. 13b can be inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the main surface 13 a of the substrate 13 is inclined at an angle in the range of 55 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor, and the back surface of the substrate 13. 13b can be inclined at an angle in the range of 55 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the back surface 13b of the hexagonal gallium nitride semiconductor can be inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the main surface 13a of the substrate 13 is inclined at an angle in the range of 55 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the back surface 13b of the hexagonal gallium nitride semiconductor can be inclined at an angle in the range of 55 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the direction of inclination of the protrusion is defined according to the inclination angle.
  • the top of the protrusion 23 has a hexagonal pyramid shape. Since the top of the projection 23 is hexagonal, the light is reflected by the construction surface of the hexagonal pyramid.
  • the arithmetic average roughness of the back surface 13b can be 1 micrometer or more. If the surface roughness is too small, the contribution to the extraction efficiency by diffused light reflection is small.
  • the arithmetic average roughness of the back surface 13b can be 10 micrometers or less. An excessively large surface roughness contributes little to the extraction efficiency due to light reflection.
  • FIG. 1 shows a c-plane Sc as a representative.
  • the hexagonal crystal axis is indicated by the crystal coordinate system CR.
  • the direction of the c-axis of the crystal coordinate system CR indicates the direction of the c-plane.
  • the a-axis or m-axis is oriented in the direction perpendicular to the c-axis.
  • an orthogonal coordinate system S is shown to show the structure of the nitride-based semiconductor light-emitting element 11.
  • the n-type gallium nitride semiconductor region 17, the active layer 19, and the p-type gallium nitride semiconductor region 21 are arranged on the main surface 13 a of the support base 13 in the Z-axis direction.
  • the main surface 13a and the back surface 13b of the substrate 13 extend substantially parallel to a plane defined by the X axis and the Y axis. In a preferred embodiment, the main surface 13a is formed to be parallel to the back surface 13b.
  • the first and second electrodes 27 and 29 are provided on the semiconductor structure 25 including the support base 13 and the semiconductor stack 15. Moreover, these electrodes 27 and 29 are an anode and a cathode.
  • the semiconductor stack 15 of the nitride-based semiconductor light-emitting element 11 includes a mesa region 15b and an exposed region 15c. In the exposed region 15 c, a part of either the p-type gallium nitride semiconductor region 21 or the n-type gallium nitride semiconductor region 17 is exposed.
  • the second electrode 29 is provided on the exposed region 15 c, and the first electrode 27 is on the other of the p-type gallium nitride semiconductor region 21 and the n-type gallium nitride semiconductor region 17 in the semiconductor stack 15.
  • the n-type gallium nitride semiconductor region 17, the active layer 19, and the p-type gallium nitride semiconductor region 21 are sequentially mounted on the support base 13, so that the second electrode 29 is an n-type gallium nitride.
  • the first electrode 27 is connected to the p-type gallium nitride semiconductor region 21.
  • the active layer 19 can have, for example, a bulk structure, a single quantum well structure, or a multiple quantum well structure.
  • the active layer 19 can be provided so as to have a peak wavelength in a wavelength range of 350 nm or more and 650 nm or less.
  • the back surface 13b of the substrate 13 can diffusely reflect light in the above wavelength range.
  • the active layer 19 can be made of GaN, InGaN, InAlGaN, or the like.
  • the active layer 19 has a quantum well structure
  • the active layer 19 has a well layer and a barrier layer.
  • the active layer 19 can be provided so as to have a peak wavelength in a wavelength range of 450 nm or more and 650 nm or less. Excellent light extraction efficiency can be achieved for light in the above wavelength range.
  • the n-type gallium nitride based semiconductor region 17 includes one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers (gallium nitride based semiconductor layers 31 and 33 in this embodiment).
  • the gallium nitride based semiconductor layer 31 can be, for example, n-type GaN, n-type AlGaN, AlN, or the like, and provides n-type carriers (electrons) and serves as a contact layer for the cathode.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 33 can be, for example, n-type InGaN, InAlGaN, or the like, and serves as a buffer layer for the active layer.
  • the p-type gallium nitride based semiconductor region 21 includes one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers (gallium nitride based semiconductor layers 35 and 37 in this embodiment).
  • the gallium nitride based semiconductor layer 35 can be, for example, p-type AlGaN, InAlGaN, or the like, and provides a barrier against n-type carriers (electrons).
  • the gallium nitride based semiconductor layer 37 can be, for example, p-type AlGaN, p-type GaN, InGaN or the like, and provides p-type carriers (holes) and serves as a contact layer for the anode.
  • the substrate 13 can have conductivity. If necessary, in the nitride-based semiconductor light emitting device 11, the first electrode 27 can be provided on the semiconductor stack 15, and the second electrode 29 can be provided on the back surface 13 b of the substrate 13. it can. According to this structure, the mesa region 15b and the exposed region 15c are unnecessary. Electrical connection to the p-type gallium nitride based semiconductor region 21 is made via the first electrode 27 on the semiconductor stack 15, and electrical connection to the n-type gallium nitride based semiconductor region 17 is made on the back surface 13 b of the substrate 13. Two electrodes 29 can be used.
  • FIG 2, 3, and 4 are drawings showing main steps in the method of manufacturing the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment.
  • a hexagonal gallium nitride semiconductor gallium nitride semiconductor wafer (hereinafter referred to as “GaN wafer”) 41 is prepared.
  • the gallium nitride semiconductor wafer 41 has a main surface 41a and a back surface 41b.
  • the main surface 41a of the GaN wafer 41 is inclined at an angle ⁇ in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the main surface 41a of the GaN wafer 41 has so-called semipolarity. Referring to FIG.
  • a typical c-plane Sc is orthogonal to the reference axis Cx.
  • the reference axis Cx is inclined at an angle ⁇ with respect to the normal vector VN.
  • the maximum value of the distance between two points on the edge of the wafer 41 can be 45 millimeters or more, for example. It can be applied to large-diameter wafers.
  • the main surface 41a of the substrate wafer 41 is 10 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor and / or ⁇ 000-1 of the hexagonal gallium nitride semiconductor. > It is inclined at an angle in the range of 10 degrees to 80 degrees with respect to the axis.
  • the back surface 41b of the substrate wafer 41 is 10 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor and 10 degrees with respect to the ⁇ 0001> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor. It is inclined at an angle in the range of 80 degrees or more.
  • step S102 After disposing the GaN wafer 41 in the growth furnace 10a, as shown in FIG. 2B, in step S102, a plurality of epitaxial films are grown on the main surface 41a of the GaN wafer 41 to form the epitaxial wafer E. To do. This growth is performed by, for example, a metal organic vapor phase growth method. After the thermal cleaning, first, an n-type gallium nitride based semiconductor region 43 is formed on the main surface 41a. An n-type gallium nitride based semiconductor layer 45 is grown on the main surface 41a. An n-type gallium nitride semiconductor layer 47 is grown on the n-type gallium nitride semiconductor layer 45.
  • the n-type gallium nitride based semiconductor layer 45 is made of, for example, GaN, AlGaN, AlN, and the n-type gallium nitride based semiconductor layer 47 is made of, for example, InGaN, GaN, AlGaN, or the like.
  • an active layer 49 is formed on the n-type gallium nitride based semiconductor layer 47.
  • barrier layers 49a and well layers 49b are alternately grown.
  • the barrier layer 49a can be, for example, GaN, InGaN, InAlGaN, or the like
  • the well layer 49b can be, for example, InGaN, InAlGaN, or the like.
  • the active layer 49 can be provided so as to have a peak wavelength in a wavelength range of 350 nm or more and 650 nm or less. Excellent light extraction efficiency can be achieved for light in this wavelength range. Further, the active layer 49 can be provided so as to have a peak wavelength in a wavelength range of 450 nm to 650 nm. Excellent light extraction efficiency can be achieved for light in the above wavelength range.
  • a p-type gallium nitride semiconductor region 51 is formed on the active layer 49.
  • a p-type gallium nitride based semiconductor layer 53 is grown on the barrier layer 49 a of the active layer 49.
  • a p-type gallium nitride semiconductor layer 55 is grown on the p-type gallium nitride semiconductor layer 53.
  • the p-type gallium nitride based semiconductor layer 53 is made of, for example, AlGaN
  • the p-type gallium nitride based semiconductor layer 55 is made of, for example, AlGaN, GaN, or the like.
  • the epitaxial wafer E is obtained by these growths.
  • a plurality of gallium nitride based semiconductor regions 43, 49, 51 are grown on the semipolar main surface 41a and arranged in a direction perpendicular to the main surface 41a.
  • the epitaxial wafer E is taken out from the growth furnace 10a, if necessary, the epitaxial wafer E is etched to form a semiconductor stack 57 in step S103 as shown in FIG.
  • the epitaxial wafer E is placed in the etching apparatus 10b. Dry etching (for example, reactive ion etching method) is performed using the etching apparatus 10b to form the substrate product P1.
  • the substrate product P1 includes a semiconductor stack 57 in which a mesa portion 57a and an exposed region 57b are formed on the epitaxial wafer E.
  • an n-type gallium nitride based semiconductor layer 43c, an active layer 49c, and a p-type gallium nitride based semiconductor layer 51c are sequentially arranged in a direction perpendicular to the main surface 41a of the GaN wafer 41.
  • the semiconductor stack 57 has an exposed region 57b in which a part of one of the gallium nitride based semiconductor regions 51c and 43c (in this embodiment, the n-type region 43c) is exposed. is doing.
  • the first electrode 59 is formed on the exposed region 57b
  • the second electrode is formed on the other of the gallium nitride based semiconductor regions 51c and 43c (p-type region 51c in this embodiment) of the semiconductor stack 57.
  • the electrode 61 is formed.
  • the electrode 61 includes a transparent electrode 61a formed on the surface of the semiconductor stack 57 and a pad electrode 61b formed on a part of the transparent electrode 61a.
  • the metal film for the electrode is deposited using a film forming apparatus that performs sputtering or vapor deposition.
  • the substrate product P2 is obtained through these steps.
  • step S105 the substrate product P2 is annealed using the annealing apparatus 10c.
  • step S106 the method according to the present invention grinds the back surface 41b of the GaN wafer 41 to form a ground GaN wafer 41d.
  • the ground GaN wafer 41d is referred to as “substrate 41c”.
  • the substrate 41c has a main surface 41a and a back surface 41d.
  • the substrate 41d for the substrate product P3 is formed.
  • Substrate product P3 includes substrate 41c and semiconductor stack 57 provided on main surface 41a. A substrate having a desired thickness can be obtained by grinding.
  • the grinding is performed such that the back surface 41d of the substrate 41c is inclined with respect to a plane orthogonal to the reference axis Cx extending in the c-axis direction of the hexagonal gallium nitride semiconductor. Further, the back surface 41d is substantially parallel to the main surface 41a.
  • the calculated average roughness Ra after grinding is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • a protective film 63 is formed on the semiconductor stack 57 of the substrate product P3.
  • a substrate product P4 is prepared in step S107.
  • the protective film 63 can be, for example, a resist film.
  • the back surface 41d of the substrate 41c of the substrate product P4 is exposed.
  • the back surface 41d of the substrate 41c is etched to form the surface to be processed 41e.
  • the processed surface 41e has a surface morphology M W with a plurality of projections 65.
  • the surface 41e to be processed can be formed by performing an etching process on the ground back surface 41d.
  • the p-type gallium nitride based semiconductor region 51c, the n-type gallium nitride based semiconductor region 43c, and the active layer 49c are mounted on the main surface 41a of the substrate 41c, and are disposed in a disposition direction perpendicular to the main surface 41a. On the other hand, this arrangement direction is different from the direction of the reference axis.
  • a protrusion 65 protrudes in the direction of the reference axis Cx.
  • the to-be-processed surface 41e can be formed in the board
  • the treated surface 41e has a surface morphology M W with a plurality of projections 65.
  • the arrangement direction of the p-type gallium nitride semiconductor region 51c, the active layer 49c, and the n-type gallium nitride semiconductor region 43c is different from the direction of the reference axis Cx.
  • the protrusion 65 protrudes in a direction different from the arrangement direction. Therefore, the light component from the active layer 49c toward the substrate 41c is irregularly reflected by the surface to be processed 41e and changes its traveling direction.
  • the processed surface 41e surface morphology M W since having a plurality of protrusions 65 protruding in the direction of the reference axis Cx, the processed surface 41e exhibits an excellent diffuse reflection characteristic. Therefore, a method for producing a nitride-based semiconductor light-emitting device having excellent light extraction efficiency is provided.
  • the top of the projection 65 has a hexagonal pyramid shape, light is efficiently reflected by the construction surface of the hexagonal pyramid.
  • the arithmetic average roughness of the surface to be processed 41e can be 0.5 micrometers or more. If the surface roughness is too small, the contribution to the extraction efficiency by light reflection is small.
  • the arithmetic average roughness of the processing surface 41e can be 10 micrometers or less. An excessively large surface roughness contributes little to the extraction efficiency due to light reflection.
  • the back surface 41d of the substrate 41c is inclined at an angle in the range of 10 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the ⁇ 000-1> axis of the hexagonal gallium nitride semiconductor, the inclination of the protrusions is varied according to the inclination angle.
  • Direction is defined.
  • the surface 41e to be processed can be formed with an alkaline solution.
  • the alkaline solution for example, potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH) or the like can be used.
  • the nitride semiconductor light emitting device 67a includes a support base 41f and a semiconductor stacked layer 57f.
  • the support base 41f is made of a hexagonal gallium nitride semiconductor and has a main surface 41g and a back surface 41h.
  • the semiconductor stack 57f includes a mesa portion 57g and an exposed region 57h.
  • the semiconductor stacked layer 57f includes an n-type gallium nitride based semiconductor region 43f, an active layer 49f, and a p-type gallium nitride based semiconductor region 51f.
  • the active layer 49f is provided between the p-type gallium nitride semiconductor region 51f and the n-type gallium nitride semiconductor region 43f.
  • the n-type gallium nitride semiconductor region 43f, the active layer 49f, and the p-type gallium nitride semiconductor region 51f are mounted on the main surface 41g of the support base 41f, and are arranged in the direction of the axis orthogonal to the main surface 41g. ing.
  • the back surface 41h of the support base 41f is inclined with respect to a plane perpendicular to the reference axis Cx extending in the c-axis direction of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the c-axis direction is indicated by a vector VC in FIG.
  • the surface morphology of the back surface 41g has a plurality of protrusions 65 protruding in the direction of the ⁇ 000-1> axis.
  • the description of the manufacturing method performed with reference to FIGS. 2 to 4 is an example.
  • the first electrode is formed on the processing surface of the substrate and the second electrode is formed on the semiconductor stack.
  • the second electrode is formed on the semiconductor stack
  • the surface to be processed of the wafer 41 can be formed to form the substrate, and the first electrode can be formed on the surface to be processed of the substrate.
  • one electrical connection can be made via the second electrode, and the other electrical connection can be made via the electrode on the surface to be processed.
  • a blue light emitting diode structure was fabricated by metal organic vapor phase epitaxy.
  • Trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), trimethylindium (TMI), ammonia (NH 3 ) are used as raw materials, and n-type and p-type dopants are respectively silane (SiH 4 ) and biscyclopentadidiene.
  • Enilmagnesium (CP 2 Mg) was used.
  • a 2-inch c-plane gallium nitride wafer S1 and an off-angle gallium nitride wafer S2 were prepared.
  • the main surface of the wafer S2 is off by 18 degrees in the a-axis direction from the (0001) plane (Ga plane), and the back surface of the wafer S2 is also at an angle of 18 degrees from the (000-1) plane (N plane). Inclined.
  • the main surfaces of the wafers S1 and S2 are mirror polished.
  • a wafer S1 was placed in the reaction furnace. After performing heat treatment for 10 minutes using a reaction furnace with NH 3 and H 2 flowing at a substrate temperature of 1100 degrees Celsius and an in-furnace pressure of 27 kPa, the substrate temperature was changed to 1150 degrees Celsius, and the Si-doped GaN layer Grew up. The thickness of this GaN layer was, for example, 2 micrometers. After the substrate temperature was lowered to 850 degrees Celsius, TMG, TMI, and SiH 4 were supplied to the reactor to grow a Si-doped InGaN buffer layer on the Si-doped GaN layer. The thickness of this InGaN buffer layer was 100 nm.
  • a GaN barrier layer was grown.
  • the thickness of the GaN barrier layer was 15 nm.
  • the substrate temperature was lowered to 800 degrees Celsius to grow an InGaN well layer.
  • the thickness of the InGaN well layer was 3 nm.
  • a GaN barrier layer was grown. This GaN barrier layer was 15 nm. The growth of the well layer and the barrier layer was repeated to produce a multiple quantum well structure composed of a total of three periods of the well layer and the barrier layer.
  • TMG and TMI the substrate temperature was raised to 1100 degrees Celsius.
  • TMG, TMA, NH 3 and CP 2 Mg were supplied to the reactor to grow a Mg-doped p-type AlGaN layer.
  • the thickness of the p-type AlGaN layer was 20 nm.
  • the substrate temperature was maintained, the supply of TMA was stopped, and a p-type GaN layer was grown.
  • the thickness of the p-type GaN layer was 50 nm.
  • the temperature was lowered to room temperature, and the epitaxial wafer reactor was taken out.
  • an epitaxial wafer having a blue light emitting diode structure was produced using the GaN wafer S2 by the same metal organic chemical vapor deposition method.
  • the wafers S1 and S2 have different conditions such as detailed temperature and raw material flow rate.
  • an epitaxial wafer having a light emitting diode structure that emits light of several emission wavelengths was fabricated using the GaN wafers S1 and S2.
  • electrodes were formed on the epitaxial wafer fabricated as described above.
  • a 500 nm mesa region and an exposed region were formed by reactive ion etching (RIE).
  • RIE reactive ion etching
  • the Si-doped GaN layer is exposed in the exposed region.
  • a p transparent electrode (Ni / Au) and a p pad electrode (Au) were formed on the p-type GaN layer in the mesa region, and an n electrode (Ti / Al) was formed in the exposed region.
  • electrode annealing was performed to produce a substrate product.
  • the electrode annealing temperature and annealing time were 550 degrees Celsius and 1 minute, respectively. Between each process, photolithography, ultrasonic cleaning, and the like were performed.
  • the substrate product was divided in half, and one wafer piece was mirror-polished on the back surface, and the other wafer piece was etched with an alkaline solution. This process resulted in a processed substrate product. By this etching process, fine irregularities of about 0.5 to 10 micrometers were formed on the back surface of the substrate product.
  • the chip size is 400 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m.
  • FIG. 5 shows connections for measuring EL characteristics.
  • a processed substrate product 71 for measuring EL characteristics is placed on a support.
  • a lens unit 73 is disposed immediately above the substrate product 71 at a distance D from the substrate product 71.
  • the lens unit 73 is connected to the spectroscope 77 via the optical fiber 75.
  • a power source 79 is connected to the electrode of the LED of the substrate product 71.
  • a current of 120 mA was applied from the power source 79 to the LED to be measured.
  • FIG. 6A shows EL characteristics in an LED structure fabricated using a GaN wafer with an off-state.
  • FIG. 6B shows EL characteristics in an LED structure manufactured using a c-plane GaN wafer.
  • the first group G1 of the measurement points has a back surface of mirror polishing and emits light having a wavelength of about 480 nm.
  • the second group G2 of measurement points has a back surface of the etching process and emits light having a wavelength of about 480 nm.
  • the third group G3 of measurement points has a back surface of mirror polishing, and emits light having a wavelength of about 510 nm.
  • the fourth group G4 of measurement points has a back surface of the etching process and emits light having a wavelength of about 510 nm.
  • the light output of the LED having the back surface of the etching process is larger than that of the LED having the back surface of the mirror polishing in any light emission at wavelengths of 480 nm and 510 nm. More specifically, on average over a 510 nm LED with an emission wavelength of 480 nm, the light output of an LED having an etched back surface is 3.70 times greater than that of an LED having a mirror polished back surface.
  • the first group H1 of the measurement points has a back surface of mirror polishing and exhibits light emission of a wavelength of about 445 nm.
  • the second group H2 at the measurement point has a back surface of the etching process and emits light having a wavelength of about 445 nm.
  • the light output of the LED having the back surface of the etching process is 1.39 times larger than that of the LED having the back surface of mirror polishing.
  • the improvement rate of the light output of the LED using the GaN substrate with OFF is larger than the improvement rate of the light output of the LED using the c-plane GaN substrate.
  • the effect of the c-plane GaN substrate and the GaN substrate with OFF is greatly different when the light extraction efficiency of the LED, particularly the luminance directly above, is intended to be improved by roughening the back surface by alkali etching.
  • the effect is very large by the off-attached GaN substrate.
  • FIG. 7 shows an SEM image of the back surface (alkaline etched) of the off-mounted GaN substrate.
  • FIG. 7A shows an SEM image from an oblique direction
  • FIG. 7B shows an SEM image from above.
  • FIG. 8 shows an SEM image of the GaN surface by applying back surface roughness by alkali etching to the main surface of the GaN substrate inclined at an angle of 75 degrees from the c + axis in the m-axis direction.
  • the protrusions on the back surface roughness are oriented in a direction inclined about 75 degrees (c-axis direction) with respect to the normal axis of the back surface.
  • the protrusions on the back surface roughness are related to the off direction and the off angle of the c-axis.
  • FIG. 9 shows a SEM image of the GaN surface by subjecting the main surface GaN substrate inclined in the a-axis direction at an angle of 58 degrees from the c + axis to the back surface roughness by alkali etching.
  • the protrusions on the back surface roughness are directed in a direction (c-axis direction) inclined at an angle of about 58 degrees with respect to the normal axis of the back surface.
  • the protrusions in the back surface roughness are related to the off direction and the off angle of the c-axis.
  • FIG. 10 shows a GaN substrate which is subjected to back surface roughness by alkali etching on a main surface GaN substrate rotated at an angle (for example, 15 degrees) from the a-axis direction to the m-axis direction and inclined in the direction at an angle of 68 degrees from the c + axis.
  • the SEM image of a surface is shown.
  • the protrusions on the back surface roughness are directed in a direction (c-axis direction) inclined at an angle of about 68 degrees with respect to the normal axis of the back surface.
  • the protrusion in the back surface roughness is related to the off direction and the off angle of the c-axis.
  • FIG. 11 shows an SEM image of the back surface (alkaline etched) of the m-plane GaN substrate.
  • the SEM image in FIG. 11 shows that even if the back surface of the m-plane GaN substrate is subjected to alkali etching, no projection group facing in the c-axis direction seen in the semipolar plane is formed.
  • FIG. 12 shows an SEM image of the back surface (alkaline etched) of the c-plane GaN substrate.
  • FIG. 12A shows an SEM image from an oblique direction
  • FIG. 12B shows an SEM image from above.
  • a large number of hexagonal pyramid-shaped protrusions extending in the c-axis direction are formed by alkali etching, whereas in the GaN substrate with off, the hexagonal pyramid-shaped protrusion extending in the direction indicating the inclination of the c-axis is obtained.
  • a protrusion is formed. That is, it is considered that the inclination of the protrusion appears in the difference in luminance directly above the light emitting diode due to the back surface roughness formation.
  • FIG. 13 is a drawing showing another structure of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 67b includes a support base 41f and a semiconductor stack 57i.
  • the support base 41f is made of a hexagonal gallium nitride semiconductor and has a main surface 41f and a back surface 41h.
  • the semiconductor stack 57i is substantially the same as the n-type gallium nitride semiconductor region 43i substantially the same as the n-type gallium nitride semiconductor region 43f, the active layer 49i substantially the same as the active layer 49f, and the p-type gallium nitride semiconductor region 51f.
  • the same p-type gallium nitride based semiconductor region 51i is included.
  • the n-type gallium nitride based semiconductor region 43i, the active layer 49i, and the p-type gallium nitride based semiconductor region 51i are mounted on the entire main surface 41g of the support base 41f, and in the direction of the axis orthogonal to the main surface 41g. Has been placed.
  • the back surface 41h of the support base 41f extends along a plane perpendicular to the reference axis Cx extending along the c-axis direction of the hexagonal gallium nitride semiconductor.
  • the c-axis direction is indicated by a vector VC in FIG.
  • the surface morphology of the back surface 41h has a plurality of protrusions (the same shape as the protrusions 65) protruding in the direction of the ⁇ 000-1> axis.
  • An electrode 59c is formed on the back surface 41h of the support base 41f, and an electrode 61c (transparent electrode 61d and pad electrode 61e) is formed on the top surface of the semiconductor laminate 57i.
  • FIG. 14 is a drawing showing still another structure of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment.
  • a GaN substrate 90 having a main surface inclined by an off angle of 75 degrees from the c axis in the m axis direction (an angle formed by the normal vector NV and the c axis vector VC) was prepared.
  • An epitaxial layer structure 91 for a light emitting diode was grown on the GaN substrate 90.
  • the epitaxial layer structure 91 was produced by metal organic vapor phase epitaxy. Trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA), trimethyl indium (TMI), ammonia (NH 3 ), silane (SiH 4 ), and biscyclopentadienyl magnesium (CP 2 Mg) were used as raw materials.
  • TMG Trimethyl gallium
  • TMA trimethyl aluminum
  • TMI trimethyl indium
  • NH 3 ammonia
  • SiH 4 silane
  • CP 2 Mg biscyclopenta
  • the GaN substrate was heat-treated for 10 minutes while flowing ammonia and hydrogen at a temperature of 1050 degrees Celsius and an internal pressure of 27 kPa.
  • the Si-doped GaN layer 92 was grown on the GaN substrate 90 at a substrate temperature of 950 degrees Celsius.
  • the thickness of the GaN layer 92 was 2 ⁇ m, for example.
  • TMG, TMI, ammonia and monosilane were supplied to the growth reactor at a substrate temperature of 850 degrees Celsius to grow the Si-doped InGaN layer 93 on the GaN substrate 90.
  • the thickness of the InGaN buffer layer 93 was 100 nm, for example.
  • the GaN barrier layer 94a was grown at a substrate temperature of 870 degrees Celsius.
  • the thickness of this barrier layer 94a was 15 nm, for example.
  • the InGaN well layer 94b was grown.
  • the thickness of the well layer 94b was 3 nm.
  • the growth of the GaN barrier layer (thickness 15 nm) 94a at the substrate temperature of 870 degrees Celsius and the growth of the well layer (thickness 3 nm) 94b at the substrate temperature of 720 degrees Celsius are repeated to obtain a three-period multiple quantum well structure. Grew up.
  • the supply of TMG and TMI is stopped and the substrate temperature is raised to 900 degrees Celsius, and then TMG, TMA, ammonia and CP 2 Mg are supplied to the growth furnace, and the Mg-doped p-type An AlGaN layer 95 was grown on the active layer 94.
  • the thickness of the AlGaN layer 95 was 20 nm, for example.
  • a p-type GaN layer 96 was grown on the AlGaN layer 95.
  • the thickness of the GaN layer 96 was, for example, 50 nm.
  • FIG. 15 is a drawing showing the relationship between the angle formed between the normal of the main surface of the GaN substrate and the c-axis and the In composition in InGaN growth under the same growth conditions. In incorporation is good in the angle range of 55 degrees or more, and further 58 degrees or more and 80 degrees or less. This characteristic can improve the quality of the light emitting layer when a light emitting diode having a long wavelength is manufactured. Furthermore, in this light emitting diode, the reflectance on the back surface can be increased.
  • FIG. 16 is a drawing schematically showing an electrode forming process and a back surface roughness process.
  • An electrode was formed on the epitaxial substrate EP.
  • a mesa 97 was formed on the epitaxial substrate EP by reactive ion etching (RIE).
  • RIE reactive ion etching
  • the height of the mesa was, for example, 500 nm.
  • a p transparent electrode (Ni / Au) 98a, a p pad electrode (Au) 98b, and an n electrode (Ti / Al) were formed.
  • electrode annealing 550 ° C. for 1 minute
  • Photolithography, ultrasonic cleaning, etc. were used between each process. Through these steps, the substrate product SP shown in FIG. 16A was formed.
  • the substrate product SP was divided in half to produce a substrate product SP1 and a substrate product SP2.
  • the substrate product SP1 was etched (for example, alkali etching) to form a roughness 99 on the back surface of the substrate product SP1.
  • the back surface of the substrate product SP2 was mirror-polished to form a mirror surface on the back surface of the substrate product SP.
  • the measurement arrangement as shown in FIG. 5 was performed to examine the difference in back surface reflection.
  • Light from the light emitting diode is guided to a detector through an optical fiber.
  • the light focused on the optical fiber is light traveling directly above the LED.
  • the LED on the GaN substrate having the main surface inclined at an angle of 75 degrees in the m-axis direction the light emission output of the LED is 3. It became 12 times.
  • This experimental result shows that even on a high off-angle substrate, the improvement of the light extraction efficiency of the light emitting diode, particularly the luminance directly above, is very large due to the back surface roughening by alkali etching.
  • FIG. 17A shows an LED structure in which an anode electrode and a cathode electrode are formed on the epi surface.
  • the entire back surface can be used for reflection.
  • FIG. 17B shows an LED structure in which the anode electrode is formed on the epi surface and the cathode electrode is formed on a part of the back surface.
  • This LED structure does not form a mesa. Although the entire back surface cannot be used for reflection, the light emitting region of the active layer can be widened.
  • a part of the back surface is masked so as not to be etched, and the roughness is not formed in a part, and the electrode 98c is formed in an area where the roughness is not formed.
  • the back reflection by the roughness 99b is improved, and two types of electrodes can be formed on the upper surface and the lower surface of the epitaxial substrate. The current spreads sufficiently using the GaN substrate.
  • FIG. 18 is a drawing showing a configuration of a light-emitting device including a nitride-based semiconductor light-emitting element according to this embodiment.
  • light emitting devices 79a, 79b, 79c, and 79d are shown.
  • An LED element 81 a using a sapphire substrate, an LED element 81 b using a c-plane GaN substrate, and LED elements 67 a and 67 b using an off-type GaN substrate are mounted on a support base 83.
  • a reflector 85 is mounted on the support base 83 in order to direct the side light emitted from the LED elements 81a and 81b to the upper surface.
  • a sealing resin body 87 filled between the LED elements 81a and 81b and the reflector 85 is provided so as to cover the LED elements 81a and 81b. Light from the LED elements 81 a and 81 b passes through the resin body 87. On the other hand, the luminance directly above the LED elements 67a and 67b using the off-mounted GaN substrate is large.
  • a sealing resin body 89 is provided so as to cover the LED elements 67a and 67b. Light from the LED elements 67 a and 67 b passes through the resin body 89. According to the light emitting devices 79c and 79d, it is possible to increase the luminance directly above without using the reflector 85.
  • the spread of the light emitting devices 79c and 79d is smaller than the spread of the light emitting devices 79a and 79b without using a reflector.
  • the surface of the resin body 89 includes a first portion 89 b that contacts the support body 83 and a second portion 89 a that is exposed without contacting the support body 83.
  • the first portion 89b is in contact with the support body 83 and the second portion 89a is exposed without contacting the support body.
  • 83 and another reflector are not included.
  • the light extraction efficiency can be greatly improved by roughening the back surface by very simple alkali etching. That is, simplification of the light-emitting diode element manufacturing process and significant cost reduction can be expected.
  • the luminance directly above the LED element can be greatly increased, and when used in a side-etched liquid crystal display or the like, a great advantage is obtained that the light use efficiency becomes very high.
  • SYMBOLS 11 Nitride-type semiconductor light emitting element, 13 ... Support base

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Abstract

優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子を提供する。発光素子１１では、支持基体１３及び半導体積層１５を含む。半導体積層１５は、ｎ型ＧａＮ系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型ＧａＮ系半導体領域２１を含む。ｎ型ＧａＮ系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型ＧａＮ系半導体領域２１は、主面１３ａ上に搭載されており、また主面１３ａに直交する所定の軸Ａｘの方向に配置されている。支持基体１３の裏面１３ｂは、支持基体１３の六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜する。ベクトルＶＣはｃ軸方向を示す。裏面１３ｂの表面モフォロジＭは、＜０００－１＞軸の方向に向いて突出する複数の突起２３を有する。所定の軸Ａｘの方向は基準軸の方向（ベクトルＶＣの方向）と異なる。

Description

窒化物系半導体発光素子、窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及び発光装置
　本発明は、窒化物系半導体発光素子、窒化物系半導体発光素子を作製する方法、
及び発光装置に関する。
　特許文献１には、発光装置及び発光素子の実装方法が記載されている。この発光装置の実装方法は、基板（発光透光面）端部とリードフレームのダイパッドを一部固定、または基板周囲端部とリードフレームのダイパッドを固定する。発光素子を実装した発光装置は、ダイパッドの裏面側から発生光を出射する。素子では、発光層の基板と反対側に窒化物半導体からなる多層反射層が設けられている。素子の上面及び側面に絶縁体多層膜または絶縁体層と金属反射層を設けることにより、発光層から上面と側面に向かう発生光を基板側に反射させる。
　特許文献２には、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が記載されている。サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を成長した後に、サファイア基板を研磨又は剥離除去する。この窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、窒化ガリウム系化合物半導体の裏面がエッチングにより非鏡面になる。サファイア基板を除去することにより、サファイアと窒化ガリウムの屈折率の違いよる界面での干渉が無くなる。また、非鏡面の表面で光を乱反射させる。
　特許文献３では、自立した窒化ガリウム単結晶基板の製造方法が記載されている。基板ホルダーへの密着度を良くしかつＧａＮ自立基板の反りを減らすことにより、窒化物半導体素子の良品歩留率を向上させる。基板の表面（Ｇａ面）が鏡面に研磨され、かつ裏面（Ｎ面）がラップされた後にエッチング処理されて１μｍ以上、１０μｍ以下の算術平均粗さＲａに仕上げられている。裏面（Ｎ面）が、気相成長装置の基板ホルダーと面接触する。
特開２０００－１６４９３８号公報 特開２００３－６９０７５号公報 特開２００７－１５３７１２号公報
　特許文献１では、交互に配置されたＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層は多層反射膜を構成しており、この多層反射膜と基板との間に活性層が位置している。このため、活性層からの光は、基板の裏面から出射する。特許文献２では、窒化ガリウム系エピタキシャル積層とサファイア基板との界面に屈折率差による光反射を避けるために、サファイア基板を除去して窒化ガリウム系化合物半導体の裏面を露出される。露出されたエピタキシャル膜の窒化ガリウム系化合物半導体面は、エッチングにより非鏡面になる。特許文献３には、基板ホルダーとの密着度を向上させかつＧａＮ自立基板の反りを減らして、窒化物半導体素子の良品歩留率を向上させる。このため、裏面（Ｎ面）がラップされた後にエッチング処理されて１μｍ以上１０μｍ以下の算術平均粗さＲａに仕上げられている。
　上記の技術は、サファイア基板を用いた発光素子またはｃ面ＧａＮ基板を用いる発光素子に関する。これらは、ｃ面から傾斜したＧａＮ基板を用いた発光素子と異なる。この半極性面上の面発光型の窒化物系半導体発光素子でも、優れた光の取り出し効率が求められる。
　本発明は、優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子を提供すること目的とし、またこの窒化物系半導体発光素子を作製する方法を提供すること目的とし、窒化物系半導体発光素子を含む発光装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面は、窒化物系半導体発光素子である。この窒化物系半導体発光素子は、（ａ）六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、主面及び裏面を有する支持基体と、（ｂ）ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、活性層、及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域を含む半導体積層とを備え、前記支持基体の前記裏面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜しており、前記裏面の表面モフォロジは、前記基準軸の方向に突出する複数の突起を有しており、前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域は、前記支持基体の前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、前記所定の軸の方向は前記基準軸の方向と異なる。
　この窒化物系半導体発光素子によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び活性層は支持基体の主面上に搭載されている。また、支持基体の裏面は六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に沿って延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜する。さらに、所定の軸の方向は基準軸の方向と異なる。これら故に、活性層から基板に向かう光成分は、裏面によって乱反射されて、その進行方向を変える。裏面の表面モフォロジは、基準軸の方向に突出する複数の突起を有するので、裏面では、効率よく乱反射が起こり、光が基板支持体及び半導体積層に閉じ込められたまま消失することがない。したがって、窒化物系半導体発光素子は、優れた光の取り出し効率を有する。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記突起の頂部は六角錘状の形状を成すことができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、突起の頂部が六角錘状であるので、六角錘の構成面によって光が反射される。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記裏面の算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下であることができる。この窒化物系半導体発光素子では、小さすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。大きすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、前記半導体積層上に設けられた第１の電極と、前記支持基体の前記裏面に設けられた第２の電極とを更に備えることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、一方の電気接続を第１の電極を介して半導体積層に成すと共に、他方の電気接続を第２の電極を介して基板の裏面に成すことができる。或いは、本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記半導体積層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか一方における一部分が露出された露出領域を有する。当該窒化物系半導体発光素子は、前記露出領域上に設けられた第１の電極と、前記半導体積層において前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか他方上に設けられた第２の電極とを更に備えることができる。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記活性層は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、上記の波長範囲の光を乱反射できる。
　本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記活性層からの光は前記半導体積層の上面から出射される。この窒化物系半導体発光素子によれば、裏面の乱反射率の向上が、上面からの光の取り出し効率の向上につながる。また、本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記活性層からの光は前記半導体積層の裏面から出射される。この窒化物系半導体発光素子によれば、裏面の乱反射率の向上が、裏面からの光の取り出し効率の向上につながる。
　本発明の別の側面は、面発光型の窒化物系半導体発光素子を作製する方法である。この方法では、（ａ）主面及び裏面を有する基板と該基板の前記主面上に設けられた半導体積層とを含む基板生産物を準備する工程と、（ｂ）前記基板生産物における前記基板の前記裏面にエッチングを行って、複数の突起を有する表面モフォロジを有する被処理面を形成する工程を備える。前記基板は六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、前記基板の前記裏面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜しており、前記突起は、前記基準軸の方向に突出しており、前記半導体積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び活性層を有し、前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記活性層は、前記基板の前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、前記所定の軸の方向は前記基準軸の方向と異なる。
　この方法によれば、基板の裏面にエッチング処理を施すことによって、基板の裏面に被処理面を形成できる。この被処理面は、複数の突起を有する表面モフォロジを有する。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び活性層は支持基体の主面上において所定の軸の方向に搭載されている。また、支持基体の裏面は六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜する。さらに、所定の軸の方向は基準軸の方向と異なる。これ故に、活性層から基板に向かう光成分は、裏面によって乱反射されて、その進行方向を変える。裏面の表面モフォロジは、基準軸の方向に突出する複数の突起を有するので、裏面は入射光を乱反射する。したがって、優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子を作製する方法が提供される。
　本発明に係る方法では、前記基板の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この方法によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　本発明に係る方法は、前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記裏面を研削して、前記基板生産物の前記基板を形成する工程を更に備えることができる。この方法によれば、研削により、所望の厚さを有する基板を得ることができる。また、研削済みの裏面にエッチング処理を施すことによって、被処理面を形成できる。
　本発明に係る方法では、前記被処理面の形成はウエットエッチングにより行われることができる。この方法によれば、複数の突起を形成するためにウエットエッチングを用いることができる。
　本発明に係る方法では、前記被処理面の形成はアルカリ溶液により行われることができる。この方法によれば、アルカリ溶液を用いて複数の突起を形成できる。
　本発明に係る方法では、前記突起の頂部は六角錘状の形状を成す。この方法によれば、突起の頂部が六角錘状であるので、六角錘の構成面によって光が反射される。
　本発明に係る方法では、前記裏面の算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下であることができる。この方法では、小さすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。大きすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。
　本発明に係る方法では、前記活性層は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。この方法によれば、上記の波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。
　本発明に係る方法では、前記活性層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。この方法によれば、上記の波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。
　本発明に係る方法では、前記半導体積層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか一方における一部分が露出された露出領域を有している。当該方法は、前記露出領域上に第１の電極を形成すると共に、前記半導体積層において前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか他方上に第２の電極を形成する工程を更に備えることができる。或いは、本発明に係る方法は、前記基板の前記被処理面に第１の電極を形成する工程と、前記半導体積層上に第２の電極を形成する工程を更に備えることができる。この方法によれば、一方の電気接続を第２の電極を介して成すと共に、他方電気接続を被処理面上の電極を介して成すことができる。
　本発明に係る方法は、一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層、一又は複数のｎ型窒化ガリウム系半導体層及び活性層を前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面上に成長して、エピタキシャルウエハを形成する工程と、前記エピタキシャルウエハをエッチングして半導体積層を形成する工程とを更に備えることができる。前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層、ｎ型窒化ガリウム系半導体層及び活性層は、前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。
　この方法によれば、窒化ガリウム半導体ウエハの主面はいわゆる半極性を有する。この半極性面上に成長された複数の窒化ガリウム系半導体は、所定の軸の方向に配置される。
　本発明に係る方法では、前記ウエハのエッジ上の２点間の距離の最大値は、４５ミリメートル以上であることができる。この方法を大口径のウエハに適用可能である。
　本発明の更なる別の側面に係る発光装置は、上記のいずれか一形態の窒化物系半導体発光素子と、前記窒化物系半導体発光素子の前記裏面を支持する支持面を有する支持体と、前記窒化物系半導体発光素子及び前記支持体上に設けられ、前記窒化物系半導体発光素子を封止する樹脂体とを備える。前記窒化物系半導体発光素子からの光は前記樹脂体を透過する。この発光装置によれば、直上輝度を大きくできる。
　また、本発明に係る発光装置では、前記樹脂体の表面は、前記支持体に接触する第１の部分と、前記支持体に接触すること無く露出している第２の部分とを有することができる。この発光装置によれば、第１の部分が支持体に接触すると共に、第２の部分が支持体に接触すること無く露出している。故に、樹脂体は、支持体とは別のリフレクタを含まない。
　本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
　以上説明したように、本発明の一側面によれば、優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、この窒化物系半導体発光素子を作製する方法が提供される。さらに、本発明の更なる別の側面によれば、この窒化物系半導体発光素子を含む発光装置が提供される。
図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。 図２は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。 図３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。 図４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。 図５は、ＥＬ特性を測定するための接続を示す図面である。 図６は、オフ付きＧａＮウエハを用いて作製されたＬＥＤ構造におけるＥＬ特性、及びｃ面ＧａＮウエハを用いて作製されたＬＥＤ構造におけるＥＬ特性を示す図面である。 図７は、オフ付きＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す図面である。 図８は、ｍ軸方向にｃ＋軸から７５度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施したＧａＮ基板裏面のＳＥＭ像を示す図面である。 図９は、ａ軸方向にｃ＋軸から５８度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施したＧａＮ基板裏面のＳＥＭ像を示す図面である。 図１０は、ａ軸方向からｍ軸方向にある角度で回転した方向にｃ＋軸から６８度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施したＧａＮ基板裏面のＳＥＭ像を示す図面である。 図１１は、ｍ面ＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す図面である。 図１２は、ｃ面ＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す図面である。 図１３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の別構造で示す図面である。 図１４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の更なる別の構造で示す図面である。 図１５は、ＧａＮ基板の主面の法線とｃ軸との成す角度と、同一成長条件によるＩｎＧａＮ成長におけるＩｎ組成との関係を示す図面である。 図１６は、電極形成工程及び裏面ラフネス工程を模式的に示す図面である。 図１７は、アノード電極及びカソード電極をエピ面上に形成したＬＥＤ構造、及びアノード電極をエピ面上に形成すると共にカソード電極を裏面の一部分に形成したＬＥＤ構造を示す図面である。 図１８は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を含む発光装置の構成を示す図面である。
　本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物系半導体発光素子、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。引き続く説明では、例えば＜０００１＞軸に対して逆向きの結晶軸は、＜０００－１＞で表される。
　図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。この窒化物系半導体発光素子１１は、支持基体１３及び半導体積層１５を含む。支持基体１３は、六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、また主面１３ａ及び裏面１３ｂを有する。半導体積層１５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７、活性層１９、及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１を含む。活性層１９は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１とｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７との間に設けられる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１は、支持基体１３の主面１３ａ上に搭載されており、また主面１３ａに直交する所定の軸Ａｘの方向に配置されている。支持基体１３の裏面１３ｂは、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜する。ｃ軸方向は、図１においてベクトルＶＣで示される。裏面１３ｂの表面モフォロジＭは、＜０００－１＞軸の方向に向いて突出する複数の突起２３を有する。所定の軸Ａｘの方向は基準軸の方向（ベクトルＶＣの方向）と異なる。
　この窒化物系半導体発光素子１１によれば、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７及び活性層１９は支持基体１３の主面１３ａ上において所定の軸Ａｘの方向に配置されている。また、支持基体１３の裏面１３ｂは、ベクトルＶＣで示される基準軸に直交する平面に対して傾斜する。さらに、所定の軸Ａｘの方向はベクトルＶＣの方向と異なる。これら故に、活性層１９から基板１３に向かう光成分ＬＢは、裏面１３ｂによって乱反射されて、その進行方向を変える。この反射光ＬＲは、活性層１９から直接に出射面に向かう光成分ＬＦと一緒に、出射面から提供される。図１には、出射光Ｌが示されている。裏面１３ｂの表面モフォロジＭは、ベクトルＶＣと逆向きに突出する複数の突起２３を有するので、裏面１３ｂは優れた乱反射率を示す。したがって、窒化物系半導体発光素子１１は、優れた光の取り出し効率を有する。
　窒化物系半導体発光素子１１は面発光素子であり、活性層１９からの光ＬＢ、ＬＦが半導体積層１５の上面１５ａから出射される。裏面１３ｂの乱反射性能の向上が、上面１５ａからの光の取り出し効率の向上につながる。また、活性層１９からの光ＬＢ、ＬＦを基板の裏面１３ｂから出射させるようにできる。裏面１３ｂの乱反射性能の向上が、基板裏面１３ｂからの光の取り出し効率の向上につながる。
　窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度αで傾斜していることができる。この傾斜角に応じて突起２３の傾斜の方向が規定される。このため、基板裏面１３ｂは、鏡面研磨された裏面に比べて、高い乱反射能を有する。また、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜する。活性層１９は、半極性を示す基板主面１３ａ上に形成されるので、ｃ面上の活性層に比べて、この活性層１９に対するピエゾ電界の影響が小さい。さらに、所定の軸ＡｘとベクトルＶＣとの成す角度は、１０度以上であり８０度以下である。
　上記の角度について説明する。窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。また、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　窒化物系半導体発光素子１１では、基板１３の主面１３ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜すると共に、基板１３の裏面１３ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜していることができる。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　発明者らの実験における詳細な観察によれば、突起２３の頂部は六角錘状の形状を成している。突起２３の頂部が六角錘状であるので、六角錘の構成面によって光が反射される。
　裏面１３ｂの算術平均粗さは１マイクロメートル以上であることができる。小さすぎる表面粗さは、光乱反射による取り出し効率への寄与が小さい。また、裏面１３ｂの算術平均粗さは１０マイクロメートル以下であることができる。大きすぎる表面粗さは、光反射による取り出し効率への寄与が小さい。
　図１には、代表としてｃ面Ｓｃが示されている。六方晶系の結晶軸は、結晶座標系ＣＲによって示される。結晶座標系ＣＲのｃ軸の向きはｃ面の向きを示している。ｃ軸の直交する方向にａ軸またはｍ軸が向いている。図１には、窒化物系半導体発光素子１１の構造を示すために、直交座標系Ｓが示されている。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１は支持基体１３の主面１３ａ上においてＺ軸の方向に配置されている。基板１３の主面１３ａ及び裏面１３ｂは、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面に実質的に平行に延びている。好適な実施例では、主面１３ａは裏面１３ｂに平行になるように形成される。
　支持基体１３及び半導体積層１５からなる半導体構造物２５には、第１及び第２の電極２７、２９が設けられている。また、これらの電極２７、２９は、アノード及びカソードである。窒化物系半導体発光素子１１の半導体積層１５は、メサ領域１５ｂ及び露出領域１５ｃを含む。露出領域１５ｃでは、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７のいずれか一方における一部分が露出されている。第２の電極２９は、露出領域１５ｃ上に設けられており、第１の電極２７は、半導体積層１５においてｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７のいずれか他方上に設けられている。本実施例では、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７、活性層１９及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１は、順に支持基体１３上に搭載されているので、第２の電極２９はｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７に接続を成し、第１の電極２７はｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１に接続を成す。この窒化物系半導体発光素子１１によれば、ｐダウン型の実装をしたときに、光取出し方向に対して半導体領域の全面が露出しており、パッド電極によって光がさえぎられること無く、良好な光取り出し効率を提供できる。また、この形態では、ワイヤボンディングを施す必要がないので、実装コストの低減と歩留まりの向上が達成される。
　活性層１９は、例えばバルク構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造であることができる。活性層１９は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。基板１３の裏面１３ｂは、上記の波長範囲の光を乱反射できる。活性層１９は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。活性層１９が量子井戸構造を有するとき、活性層１９は井戸層及び障壁層を有する。また、活性層１９は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。上記の波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。
　ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層（本実施例では、窒化ガリウム系半導体層３１、３３）を含む。窒化ガリウム系半導体層３１は、例えばｎ型ＧａＮまたはｎ型ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等であることができ、ｎ型キャリア（電子）を提供すると共に、カソードに対するコンタクト層として働く。窒化ガリウム系半導体層３３は、例えばｎ型ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができ、活性層のための緩衝層として働く。
　ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層（本実施例では、窒化ガリウム系半導体層３５、３７）を含む。窒化ガリウム系半導体層３５は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができ、ｎ型キャリア（電子）に対する障壁を提供する。窒化ガリウム系半導体層３７は、例えばｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等であることができ、ｐ型キャリア（正孔）を提供すると共に、アノードに対するコンタクト層として働く。
　基板１３は導電性を有することができる。必要な場合には、窒化物系半導体発光素子１１では、第１の電極２７は半導体積層１５上に設けられることができ、第２の電極２９は、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられることができる。この構造によれば、メサ領域１５ｂ及び露出領域１５ｃが不要である。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域２１への電気接続を半導体積層１５上の第１の電極２７を介して成すと共に、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１７への電気接続を基板１３の裏面１３ｂ上の第２の電極２９を介して成すことができる。
　図２、図３、図４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
　図２（ａ）に示されるように、工程Ｓ１０１では、六方晶系窒化ガリウム半導体の窒化ガリウム半導体ウエハ（以下、「ＧａＮウエハ」と記す）４１を準備する。窒化ガリウム半導体ウエハ４１は主面４１ａ及び裏面４１ｂを有する。ＧａＮウエハ４１の主面４１ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度βで傾斜している。ＧａＮウエハ４１の主面４１ａはいわゆる半極性を有する。図２（ａ）を参照すると、代表的なｃ面Ｓｃ、ｃ軸方向に延びる基準軸Ｃｘ及び主面４１ａの法線ベクトルＶＮが示されている。ｃ面Ｓｃは基準軸Ｃｘに直交している。基準軸Ｃｘは、法線ベクトルＶＮに対して角度βで傾斜している。ウエハ４１のエッジ上の２点間の距離の最大値は、例えば４５ミリメートル以上であることができる。大口径のウエハに適用可能である。既に説明したように、基板ウエハ４１の主面４１ａは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び／又は前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。また、基板ウエハ４１の裏面４１ｂは、六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している。
　成長炉１０ａにＧａＮウエハ４１を配置した後に、図２（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０２では、複数のエピタキシャル膜をＧａＮウエハ４１の主面４１ａ上に成長して、エピタキシャルウエハＥを形成する。この成長は例えば有機金属気相成長法で行われる。サーマルクリーニングをした後に、まず、主面４１ａ上にｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３を形成する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層４５を主面４１ａ上に成長する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層４５上にｎ型窒化ガリウム系半導体層４７を成長する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層４５は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等からなり、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４７は、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなる。
　次いで、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４７上に活性層４９を形成する。活性層４９の形成のために、障壁層４９ａ及び井戸層４９ｂを交互に成長する。障壁層４９ａは、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができ、井戸層４９ｂが、例えばＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができる。活性層４９は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。この波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。また、活性層４９は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられていることができる。上記の波長範囲の光に対して、優れた光の取り出し効率を達成できる。
　この後に、活性層４９上にｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１を形成する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５３を活性層４９の障壁層４９ａ上に成長する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５３上にｐ型窒化ガリウム系半導体層５５を成長する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５３は、例えばＡｌＧａＮ等からなり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層５５は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ等からなる。
　これらの成長によって、エピタキシャルウエハＥが得られる。複数の窒化ガリウム系半導体領域４３、４９、５１が半極性の主面４１ａ上に成長され、主面４１ａに垂直な方向に配置されている。
　エピタキシャルウエハＥを成長炉１０ａからに取り出した後に、必要な場合には、工程Ｓ１０３において、図２（ｃ）に示されるように、エピタキシャルウエハＥをエッチングして半導体積層５７を形成する。エピタキシャルウエハＥ上に、パターンを有するマスク５９を形成した後に、エッチング装置１０ｂにエピタキシャルウエハＥを配置する。エッチング装置１０ｂを用いてドライエッチング（例えば、反応性イオンエッチング法）を行って、基板生産物Ｐ１を形成する。基板生産物Ｐ１は、エピタキシャルウエハＥにメサ部５７ａと露出領域５７ｂが形成された半導体積層５７を含む。メサ部５７ａでは、ｎ型窒化ガリウム系半導体層４３ｃ、活性層４９ｃ及びｐ型窒化ガリウム系半導体層５１ｃがＧａＮウエハ４１の主面４１ａに垂直な方向に順に配置されている。基板生産物Ｐ１をエッチング装置１０ｂから取り出した後に、マスク５９を除去する。
　図３（ａ）に示されるように、半導体積層５７は、窒化ガリウム系半導体領域５１ｃ及び４３ｃのいずれか一方（本実施例では、ｎ型領域４３ｃ）における一部分が露出された露出領域５７ｂを有している。工程Ｓ１０４では、第１の電極５９を露出領域５７ｂ上に形成すると共に、半導体積層５７の窒化ガリウム系半導体領域５１ｃ及び４３ｃのいずれか他方（本実施例では、ｐ型領域５１ｃ）上に第２の電極６１を形成する。電極６１は、半導体積層５７の表面に形成された透明電極６１ａと、透明電極６１ａの一部上に形成されたパッド電極６１ｂを含む。電極のための金属膜の堆積は、スパッタ法または蒸着法を行う成膜装置を用いて行われる。これらの工程により基板生産物Ｐ２が得られる。
　電極の形成後に、図３（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０５では、アニール装置１０ｃを用いて基板生産物Ｐ２の電極アニールを行う。
　電極アニール後に、図３（ｃ）に示されるように、工程Ｓ１０６では、本発明に係る方法は、ＧａＮウエハ４１の裏面４１ｂを研削して、研削されたＧａＮウエハ４１ｄを形成する。以下の説明では、研削されたＧａＮウエハ４１ｄを「基板４１ｃ」として参照する。基板４１ｃは主面４１ａ及び裏面４１ｄを有する。この工程によって、基板生産物Ｐ３のための基板４１ｄが形成される。基板生産物Ｐ３は、基板４１ｃと主面４１ａ上に設けられた半導体積層５７とを含む。研削によって、所望の厚さを有する基板を得ることができる。また、研削は、基板４１ｃの裏面４１ｄが六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸Ｃｘに直交する平面に対して傾斜するように行われる。さらに、裏面４１ｄは主面４１ａに実質的に平行である。研削後の算出平均粗さＲａは、例えば０．１μｍ以上、０．５μｍ以下である。
　図４（ａ）に示されるように、例えば基板生産物Ｐ３の半導体積層５７上に保護膜６３を形成する。これによって、工程Ｓ１０７では基板生産物Ｐ４が準備される。保護膜６３は、例えばレジスト膜等であることができる。基板生産物Ｐ４の基板４１ｃの裏面４１ｄは露出されている。
　図４（ａ）に示されるように、エッチング装置１０ｄに基板生産物Ｐ４を配置した後に、基板４１ｃの裏面４１ｄにエッチングを行って、被処理面４１ｅを形成する。被処理面４１ｅは、複数の突起６５を有する表面モフォロジＭＷを有する。研削済みの裏面４１ｄにエッチング処理を施すことによって、被処理面４１ｅを形成できる。
　ｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｃ、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｃ及び活性層４９ｃは、基板４１ｃの主面４１ａ上に搭載されており、主面４１ａに垂直な配置方向に配置されている。一方、この配置方向は基準軸の方向と異なる。この基準軸Ｃｘの方向に突起６５が突出している。
　この工程Ｓ１０８によれば、基板４１ｃの裏面４１ｄにエッチング処理を施すことによって、基板４１ｃに被処理面４１ｅを形成できる。この被処理面４１ｅは、複数の突起６５を有する表面モフォロジＭＷを有する。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｃ、活性層４９ｃ及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｃの配列方向は基準軸Ｃｘの方向と異なる。この配列方向と異なる方向に、突起６５は突出する。これ故に、活性層４９ｃから基板４１ｃに向かう光成分は、被処理面４１ｅによって乱反射されて、その進行方向を変える。被処理面４１ｅ表面モフォロジＭＷは、基準軸Ｃｘの方向に突出する複数の突起６５を有するので、被処理面４１ｅは優れた乱反射特性を示す。したがって、優れた光の取り出し効率を有する窒化物系半導体発光素子を作製する方法が提供される。
　突起６５の頂部は六角錘状の形状を成すので、六角錘の構成面によって光が効率的に反射される。また、被処理面４１ｅの算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上であることができる。小さすぎる表面粗さは、光反射による取り出し効率への寄与が小さい。被処理面４１ｅの算術平均粗さは１０マイクロメートル以下であることができる。大きすぎる表面粗さは、光反射による取り出し効率への寄与が小さい。
　基板４１ｃの裏面４１ｄが六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しているので、上記の傾斜角に応じて突起の傾斜の方向が規定される。
　被処理面４１ｅの形成では、複数の突起６５を形成するためにウエットエッチングを用いることができる。また、被処理面４１ｅの形成はアルカリ溶液により行われることができる。アルカリ溶液としては、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等を用いることができる。
　保護膜６３を除去した後に、基板生産物を切断して窒化物系半導体発光素子６７ａを作製する。窒化物系半導体発光素子６７ａは、支持基体４１ｆ及び半導体積層５７ｆを含む。支持基体４１ｆは、六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、また主面４１ｇ及び裏面４１ｈを有する。半導体積層５７ｆは、メサ部５７ｇ及び露出領域５７ｈを含む。半導体積層５７ｆは、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｆ、活性層４９ｆ、及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｆを含む。活性層４９ｆは、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｆとｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｆとの間に設けられる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｆ、活性層４９ｆ及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｆは、支持基体４１ｆの主面４１ｇ上に搭載されており、また主面４１ｇに直交する軸の方向に配置されている。支持基体４１ｆの裏面４１ｈは、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸Ｃｘに直交する平面に対して傾斜している。ｃ軸方向は、図４（ｃ）においてベクトルＶＣで示される。裏面４１ｇの表面モフォロジは、＜０００－１＞軸の方向に向いて突出する複数の突起６５を有する。
　なお、図２～図４を参照しながら行われた製造方法の説明は一例である。例えば、本実施の形態に係る方法では、ウエハ４１の被処理面を形成して基板を形成した後に、基板の被処理面に第１の電極を形成すると共に半導体積層上に第２の電極を形成することができる。或いは、半導体積層上に第２の電極を形成した後に、ウエハ４１の被処理面を形成して基板を形成し、そして基板の被処理面に第１の電極を形成することができる。これら方法によれば、一方の電気接続を第２の電極を介して成すと共に、他方の電気接続を被処理面上の電極を介して成すことができる。
　（実施例）
有機金属気相成長法により青色発光ダイオード構造を作製した。原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、またｎ型及びｐ型ドーパントして、それぞれ、シラン（ＳｉＨ４）及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。
　２インチサイズのｃ面窒化ガリウムウエハＳ１及びオフ角付きの窒化ガリウムウエハＳ２を準備した。ウエハＳ２の主面は、（０００１）面（Ｇａ面）よりａ軸方向に１８度オフしており、ウエハＳ２の裏面は、（０００－１）面（Ｎ面）より同じく１８度の角度で傾斜している。ウエハＳ１、Ｓ２の主面には鏡面研磨処理が施されている。
　反応炉内にウエハＳ１を設置した。摂氏１１００度の基板温度、炉内圧力２７ｋＰａで、ＮＨ３とＨ２を流しながら１０分間の熱処理を反応炉を用いて行った後に、基板温度を摂氏１１５０度に変更して、ＳｉドープＧａＮ層を成長した。このＧａＮ層の厚さは、例えば２マイクロメートルであった。基板温度を摂氏８５０度に下げた後に、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ４を反応炉に供給して、ＳｉドープＧａＮ層上に、ＳｉドープＩｎＧａＮ緩衝層を成長した。このＩｎＧａＮ緩衝層の厚さは１００ｎｍであった。
　その後、基板温度を摂氏８７０度に上げた後に、ＧａＮ障壁層を成長した。ＧａＮ障壁層の厚さは１５ｎｍであった。次に、基板温度を摂氏８００度に下げて、ＩｎＧａＮ井戸層を成長した。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは３ｎｍであった。再び、基板温度を摂氏８７０度まで上げた後に、ＧａＮ障壁層を成長した。このＧａＮ障壁層は１５ｎｍであった。井戸層及び障壁層の成長を繰り返して、合計で３周期の井戸層及び障壁層からなる多重量子井戸構造を作製した。
　その後、反応炉へのＴＭＧとＴＭＩの供給を停止し、基板温度を摂氏１１００度に上昇した。この温度で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを反応炉に供給して、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層を成長した。ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは２０ｎｍであった。基板温度を保ち、ＴＭＡの供給を停止して、ｐ型ＧａＮ層を成長した。ｐ型ＧａＮ層の厚さは５０ｎｍであった。これらの成膜の完了後に、室温まで降温して、エピタキシャルウエハ反応炉からを取り出した。
　また、ＧａＮウエハＳ２を用いて、同様に有機金属気相成長法により、青色発光ダイオード構造のエピタキシャルウエハを作製した。ウエハＳ１、Ｓ２では、詳細な温度や原料の流量等の条件は異なる。
　さらに、ＧａＮウエハＳ１、Ｓ２を用いて、いくつかの発光波長の光を発光する発光ダイオード構造のエピタキシャルウエハを作製した。
　続いて、上記のように作製されたエピタキシャルウエハに電極を形成した。この工程では、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、５００ｎｍのメサ領域及び露出領域を形成した。露出領域にはＳｉドープＧａＮ層が露出している。メサ領域のｐ型ＧａＮ層にｐ透明電極（Ｎｉ／Ａｕ）及びｐパッド電極（Ａｕ）を形成すると共に、露出領域にｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ）を形成した。これらの電極の形成後に、電極アニールを行って基板生産物を作製した。電極アニールの温度及びアニール時間は、それぞれ、摂氏５５０度及び１分であった。各工程の間では、フォトリソグラフィーおよび超音波洗浄等を行った。
　続いて、基板生産物を半分に分割し、一方のウエハ片については、その裏面に鏡面研磨を施し、他方のウエハ片にはアルカリ溶液によるエッチング処理を施した。この工程によって、処理済み基板生産物が得られた。このエッチング処理によって、基板生産物の裏面には０．５～１０マイクロメートル程度の微細な凹凸が形成された。チップサイズは４００μｍ×４００μｍである。
　上記のように作製された基板生産物のＬＥＤチップに電流を流し、電流注入発光（エレクトロルミネセンス：ＥＬ）を評価した。図５は、ＥＬ特性を測定するための接続を示す。ＥＬ特性を測定する処理済み基板生産物７１を支持台上に配置する。基板生産物７１から距離Ｄで、基板生産物７１の直上にレンズユニット７３を配置する。レンズユニット７３は光ファイバ７５を介して分光器７７に接続される。基板生産物７１のＬＥＤの電極には電源７９が接続されている。測定するＬＥＤに電源７９から１２０ｍＡの電流を印加した。図６（ａ）は、オフ付きＧａＮウエハを用いて作製されたＬＥＤ構造におけるＥＬ特性を示す。図６（ｂ）は、ｃ面ＧａＮウエハを用いて作製されたＬＥＤ構造におけるＥＬ特性を示す。
　オフ付きＧａＮ基板
図６（ａ）を参照すると、測定点の第１群Ｇ１は、鏡面研磨の裏面を有し波長４８０ｎｍ程度の発光を示す。測定点の第２群Ｇ２は、エッチング処理の裏面を有し波長４８０ｎｍ程度の発光を示す。測定点の第３群Ｇ３は、鏡面研磨の裏面を有し波長５１０ｎｍ程度の発光を示す。測定点の第４群Ｇ４は、エッチング処理の裏面を有し波長５１０ｎｍ程度の発光を示す。
　波長４８０ｎｍ及び５１０ｎｍのいずれの発光でも、エッチング処理の裏面を有するＬＥＤの光出力は、鏡面研磨の裏面を有するＬＥＤに比べて大きい。より具体的には、発光波長４８０ｎｍ及ぶ５１０ｎｍのＬＥＤにわたる平均で、エッチング処理の裏面を有するＬＥＤの光出力は、鏡面研磨の裏面を有するＬＥＤの３．７０倍大きい。
　ｃ面ＧａＮ基板
図６（ｂ）を参照すると、測定点の第１群Ｈ１は、鏡面研磨の裏面を有し波長４４５ｎｍ程度の発光を示す。測定点の第２群Ｈ２は、エッチング処理の裏面を有し波長４４５ｎｍ程度の発光を示す。発光波長４４５ｎｍ程度のＬＥＤでは、エッチング処理の裏面を有するＬＥＤの光出力は、鏡面研磨の裏面を有するＬＥＤの１．３９倍大きい。
　エッチング処理によりラフネスを基板裏面に形成するとき、オフ付きＧａＮ基板を用いたＬＥＤの光出力の向上率は、ｃ面ＧａＮ基板を用いたＬＥＤの光出力の向上率よりも大きい。
　このようにｃ面ＧａＮ基板とオフ付きＧａＮ基板では、アルカリエッチングによる裏面荒らしによってＬＥＤの光取り出し効率、特に直上輝度の向上を意図したとき、その効果が大きく異なる。その効果は、オフ付きＧａＮ基板により非常に大きい。
　上記のように、アルカリエッチングによる裏面荒らしの効果がｃ面ＧａＮ基板上とオフ付きＧａＮ基板の間で大きく異なる原因を探るために、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、アルカリエッチング後の基板の裏面状態を観察した。図７は、オフ付きＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す。図７（ａ）は斜めからのＳＥＭ像を示し、図７（ｂ）は上からのＳＥＭ像を示す。
　さらに、いくつかのオフ角を有するＧａＮ基板の裏面のＳＥＭ像を撮影した。図８は、ｍ軸方向にｃ＋軸から７５度の角度で傾斜した主面のＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施してＧａＮ面のＳＥＭ像を示す。図８を参照すると、裏面ラフネスにおける突起は裏面の法線軸に対してほぼ７５度傾斜した方向（ｃ－軸の方向）を向いている。７５度といった比較的大きなオフ角を有するＧａＮ基板でも、裏面ラフネスにおける突起は、ｃ軸のオフ方向及びオフ角に関連している。
　図９は、ａ軸方向にｃ＋軸から５８度の角度で傾斜した主面のＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施してＧａＮ面のＳＥＭ像を示す。図９を参照すると、裏面ラフネスにおける突起は裏面の法線軸に対して５８度程度の角度で傾斜した方向（ｃ－軸の方向）を向いている。５８度といった比較的大きなオフ角を有するＧａＮ基板でも、裏面ラフネスにおける突起は、ｃ軸のオフ方向及びオフ角に関連している。
　図１０は、ａ軸方向からｍ軸方向にある角度（例えば１５度）で回転して方向にｃ＋軸から６８度の角度で傾斜した主面のＧａＮ基板にアルカリエッチングによる裏面ラフネスを施してＧａＮ面のＳＥＭ像を示す。図１０を参照すると、裏面ラフネスにおける突起は裏面の法線軸に対して６８度程度の角度で傾斜した方向（ｃ－軸の方向）を向いている。６８度といった比較的大きなオフ角を有するＧａＮ基板でも、裏面ラフネスにおける突起は、ｃ軸のオフ方向及びオフ角に関連している。
　図１１は、ｍ面ＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す。ｍ面ＧａＮ基板の裏面にアルカリエッチング済みを施しても、半極性面において見られるｃ軸方向に向いた突起群は形成されないことを、図１１のＳＥＭ像は示している。
　図１２は、ｃ面ＧａＮ基板の裏面（アルカリエッチング済み）のＳＥＭ像を示す。図１２（ａ）は斜めからのＳＥＭ像を示し、図１２（ｂ）は上からのＳＥＭ像を示す。
　ｃ面ＧａＮ基板では、アルカリエッチングによりｃ軸方向に伸びる六角錐状の多数の突起が形成されているのに対し、オフ付きＧａＮ基板では、ほぼｃ軸の傾きを示す方向に伸びる六角錐状の突起が形成されている。すなわち、この突起の傾斜が、裏面ラフネス形成による発光ダイオードの直上輝度の違いに現れたと考えられる。
　図１３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の別構造で示す図面である。窒化物系半導体発光素子６７ｂは、支持基体４１ｆ及び半導体積層５７ｉを含む。支持基体４１ｆは、六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、また主面４１ｆ及び裏面４１ｈを有する。半導体積層５７ｉは、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｆと実質的に同じｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｉ、活性層４９ｆと実質的に同じ活性層４９ｉ、及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｆと実質的に同じｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｉを含む。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域４３ｉ、活性層４９ｉ及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域５１ｉは、支持基体４１ｆの主面４１ｇの全面上に搭載されており、また主面４１ｇに直交する軸の方向に配置されている。支持基体４１ｆの裏面４１ｈは、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する平面に沿って延びている。ｃ軸方向は、図１３においてベクトルＶＣで示される。裏面４１ｈの表面モフォロジは、＜０００－１＞軸の方向に向いて突出する複数の突起（突起６５と同様な形状）を有する。支持基体４１ｆの裏面４１ｈには電極５９ｃが形成されており、半導体積層５７ｉの上面には、電極６１ｃ（透明電極６１ｄ及びパッド電極６１ｅ）が形成されている。
　図１４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の更なる別の構造で示す図面である。ｃ軸からｍ軸方向に７５度のオフ角（法線ベクトルＮＶとｃ軸ベクトルＶＣとの成す角）で傾斜した面を主面とするＧａＮ基板９０を準備した。このＧａＮ基板９０上に発光ダイオードのためのエピタキシャル層構造９１を成長した。エピタキシャル層構造９１は有機金属気相成長法により作製された。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。
　成長炉内に基板を設置した後に、摂氏１０５０度の温度及び炉内圧力２７ｋＰａで、アンモニア及び水素を流しながら、ＧａＮ基板の熱処理を１０分間行った。
　ｎ型半導体層の成長工程では、基板温度を変更した後に、摂氏９５０度の基板温度でＳｉドープＧａＮ層９２をＧａＮ基板９０上に成長した。このＧａＮ層９２の厚さは例えば２μｍであった。基板温度を変更した後に摂氏８５０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア及びモノシランを成長炉に供給してＳｉドープＩｎＧａＮ層９３をＧａＮ基板９０上に成長した。ＩｎＧａＮ緩衝層９３の厚さは例えば１００ｎｍであった。
　活性層９４の成長工程では、基板温度を変更した後に、摂氏８７０度の基板温度で、ＧａＮ障壁層９４ａを成長した。この障壁層９４ａの厚さは例えば１５ｎｍであった。次いで、基板温度を摂氏７２０度まで下げた後に、ＩｎＧａＮ井戸層９４ｂを成長した。井戸層９４ｂの厚さは３ｎｍであった。その後に、摂氏８７０度の基板温度におけるＧａＮ障壁層（厚さ１５ｎｍ）９４ａの成長、及び摂氏７２０度の基板温度における井戸層（厚さ３ｎｍ）９４ｂの成長を繰り返して３周期の多重量子井戸構造を成長した。
　ｐ型半導体層の成長工程では、ＴＭＧとＴＭＩの供給を停止すると共に摂氏９００度に基板温度を上昇した後に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇを成長炉に供給して、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層９５を活性層９４上に成長した。ＡｌＧａＮ層９５の厚さは例えば２０ｎｍであった。ＴＭＡの供給を停止した後に、ｐ型ＧａＮ層９６をＡｌＧａＮ層９５上に成長した。ＧａＮ層９６の厚さは例えば５０ｎｍであった。これらの工程により、エピタキシャル成長が完了した。エピタキシャル基板ＥＰの温度を室温まで降温した後に、エピタキシャル基板ＥＰを取り出した。
　図１５は、ＧａＮ基板の主面の法線とｃ軸との成す角度と、同一成長条件によるＩｎＧａＮ成長におけるＩｎ組成との関係を示す図面である。５５度以上、更には５８度以上８０度以下の角度範囲では、Ｉｎ取り込みが良好である。この特性は、長波長の発光ダイオードを作製する際には、発光層の品質を高めることができる。さらには、この発光ダイオードでは、裏面における反射率を高めることができる。
　図１６は、電極形成工程及び裏面ラフネス工程を模式的に示す図面である。エピタキシャル基板ＥＰに電極形成を行った。この工程は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、エピタキシャル基板ＥＰにメサ９７を形成した。メサの高さは例えば５００ｎｍであった。このメサ形成の後に、ｐ透明電極（Ｎｉ／Ａｕ）９８ａの形成、ｐパッド電極（Ａｕ）９８ｂの形成、及びｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ）形成を行った。電極形成後に、電極アニール（摂氏５５０度で１分）を行った。各工程の間においてフォトリソグラフィーおよび超音波洗浄等を用いた。これらの工程により、図１６（ａ）に示される基板生産物ＳＰが形成された。
　続いて、基板生産物ＳＰを半分に分割して、基板生産物ＳＰ１及び基板生産物ＳＰ２を作製した。基板生産物ＳＰ１の表面の全面をレジストで覆った後に、基板生産物ＳＰ１にエッチング処理（例えばアルカリエッチング）を施して、基板生産物ＳＰ１の裏面にラフネス９９を形成した。基板生産物ＳＰ２の表面の全面をレジストで覆った後に、基板生産物ＳＰ２の裏面に鏡面研磨を施して、基板生産物ＳＰの裏面の半分に鏡面を形成した。
　図５に示すような測定配置を行って裏面反射の違いを調べた。発光ダイオードからの光は光ファイバを介して検出器に導かれる。光ファイバへ集光される光はＬＥＤの直上に進む光である。この結果、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜した主面を有するＧａＮ基板上のＬＥＤでは、アルカリエッチングによる裏面荒らしにより、ＬＥＤの発光出力が裏面鏡面研磨のＬＥＤの発光出力に比べて３．１２倍となった。この実験結果は、高いオフ角基板上でも、アルカリエッチングによる裏面荒らしによって発光ダイオードの光取り出し効率、特に直上輝度の向上は、非常に大きいことを示している。
　図１７（ａ）は、アノード電極及びカソード電極をエピ面上に形成したＬＥＤ構造を示す。このＬＥＤ構造では、裏面の全面を反射のために利用できる。一方、図１７（ｂ）は、アノード電極をエピ面上に形成すると共にカソード電極を裏面の一部分に形成したＬＥＤ構造を示す。このＬＥＤ構造ではメサを形成しない。裏面の全面を反射のために利用できないけれども、活性層の発光領域を広くできる。このＬＥＤ構造は、裏面の一部をエッチングしないようにマスクして、一部分にラフネスを形成せず、またラフネスを形成しないエリアに電極９８ｃを形成する。この構造により、ラフネス９９ｂによる裏面反射の向上を得ると共に、エピタキシャル基板の上面及び下面にそれぞれ２種の電極を作製できる。ＧａＮ基板を利用して、電流は十分に広がる。
　図１８は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を含む発光装置の構成を示す図面である。図１８を参照すると、発光装置７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄが示されている。サファイア基板を用いたＬＥＤ素子８１ａ、ｃ面ＧａＮ基板を用いたＬＥＤ素子８１ｂ、オフ付きＧａＮ基板を用いたＬＥＤ素子６７ａ、６７ｂが支持台８３上に搭載されている。ＬＥＤ素子８１ａ、８１ｂの側面出射光を上面に向けるためにリフレクタ８５が支持台８３上に搭載されている。ＬＥＤ素子８１ａ、８１ｂを覆うように、ＬＥＤ素子８１ａ、８１ｂとリフレクタ８５との間に充填された封止樹脂体８７が設けられている。ＬＥＤ素子８１ａ、８１ｂからの光は樹脂体８７を透過する。一方、オフ付きＧａＮ基板を用いたＬＥＤ素子６７ａ、６７ｂの直上輝度は大きい。ＬＥＤ素子６７ａ、６７ｂを覆うように封止樹脂体８９が設けられている。ＬＥＤ素子６７ａ、６７ｂからの光は樹脂体８９を透過する。この発光装置７９ｃ、７９ｄによれば、リフレクタ８５を用いなくても直上輝度を大きくできる。
　また、図１８の配光パターンの広がりに関しては、リフレクタを用いることなく、発光装置７９ｃ、７９ｄの広がりが発光装置７９ａ、７９ｂの広がりに比べて小さい。
　さらに、発光装置７９ｃ、７９ｄでは、樹脂体８９の表面は、支持体８３に接触する第１の部分８９ｂと、支持体８３に接触すること無く露出している第２の部分８９ａとからなる。この発光装置７９ｃ、７９ｄによれば、第１の部分８９ｂが支持体８３に接触すると共に、第２の部分８９ａが支持体に接触すること無く露出しているので、樹脂体８９は、支持体８３と別のリフレクタを含まない。
　好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
　発光ダイオードの光取り出し向上に関しては、ｃ面ＧａＮ基板ではアルカリエッチングによる裏面荒らしだけでは不十分であり、さまざまなコーティングや反射膜の形成等の多くの工夫がなされてきている。しかし、下地のＧａＮ基板として、本実施の形態のようにオフ付きＧａＮ基板を用いることによって、非常に簡便なアルカリエッチングによる裏面荒らしによって、光取り出し効率の大きな向上が可能である。すなわち、発光ダイオード素子作製プロセスの簡素化と、大幅なコスト削減が見込める。特に、本実施の形態では、ＬＥＤ素子の直上の輝度を大幅に高めることができ、サイドエッチ型の液晶ディスプレイ等に用いると、光の利用効率が非常に高くなるという大きなメリットが得られる。
１１…窒化物系半導体発光素子、１３…支持基体、１３ａ…支持基体の主面、１３ｂ…支持基体の裏面、１５…半導体積層、１５ａ…半導体積層の上面、１５ｂ…メサ領域、１５ｃ…露出領域、１７…ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、１９…活性層、２１…ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、２３…突起、Ｍ…表面モフォロジ、ＶＣ…ｃ軸のベクトル、ＬＢ、ＬＦ、ＬＲ…光、Ｓｃ…ｃ面、２７、２９…電極、３１、３３…窒化ガリウム系半導体層、３５、３７…窒化ガリウム系半導体層　

Claims (29)

  1. 　六方晶系窒化ガリウム半導体からなり、主面及び裏面を有する支持基体と、
    　ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、及び活性層を含む半導体積層と
    を備え、
    　前記支持基体の前記裏面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜され、
    　前記裏面の表面モフォロジは、前記基準軸の方向に突出する複数の突起を有しており、
    　前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、
    　前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域は、前記支持基体の前記主面上において所定の軸の方向に配置されて半導体積層を構成しており、
    　前記所定の軸の方向は前記基準軸の方向と異なる、ことを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
  2. 　前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
    　前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化物系半導体発光素子。
  3. 　前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
    　前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
  4. 　前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
    　前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
  5. 　前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
    　前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
  6. 　前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
    　前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
  7. 　前記裏面の算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
  8. 　前記突起の頂部は六角錘状の形状を成す、ことを特徴とする請求項１～請求項７のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
  9. 　前記半導体積層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか一方の領域における一部分が露出された露出領域を有しており、
    　当該窒化物系半導体発光素子は、前記露出領域上に設けられた第１の電極と、前記半導体積層において前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか他方上に設けられた第２の電極とを更に備える、ことを特徴とする請求項１～請求項８のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
  10. 　前記半導体積層上に設けられた第１の電極と、
    　前記支持基体の前記裏面に設けられた第２の電極と
    を更に備える、ことを特徴とする請求項１～請求項８のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
  11. 　前記活性層は、３５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられている、ことを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
  12. 　前記活性層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するように設けられている、ことを特徴とする請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
  13. 　面発光型の窒化物系半導体発光素子を作製する方法であって、
    　主面及び裏面を有する基板と該基板の前記主面上に設けられた半導体積層とを含む基板生産物を準備する工程と、
    　前記基板生産物における前記基板の前記裏面のエッチングを行って、複数の突起を有する表面モフォロジを有する被処理面を形成する工程と
    を備え、
    　前記基板は六方晶系窒化ガリウム半導体からなり
    　前記基板の前記裏面は、該六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する平面に対して傾斜し、
    　前記突起は、前記基準軸の方向に突出しており、
    　前記半導体積層は、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び活性層を有し、
    　前記活性層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられ、
    　前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記活性層は、半導体積層を形成するように前記基板の前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、
    　前記所定の軸の方向は前記基準軸の方向と異なる、ことを特徴とする方法。
  14. 　前記基板の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下及び前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３に記載された方法。
  15. 　前記基板の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載された方法。
  16. 　前記基板の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３～請求項１５のいずれか一項に記載された方法。
  17. 　前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４のいずれか一項に記載された方法。
  18. 　前記支持基体の前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００－１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜しており、
    　前記支持基体の前記裏面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して５５度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１３、請求項１４又は請求項１７のいずれか一項に記載された方法。
  19. 　前記被処理面の形成はウエットエッチングにより行われる、ことを特徴とする請求項１３～請求項１４のいずれか一項に記載された方法。
  20. 　前記被処理面の形成はアルカリ溶液により行われる、ことを特徴とする請求項１３～請求項１９のいずれか一項に記載された方法。
  21. 　前記突起の頂部は六角錘状の形状を成す、ことを特徴とする請求項１３～請求項２０のいずれか一項に記載された方法。
  22. 　前記裏面の算術平均粗さは０．５マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項１３～請求項２１のいずれか一項に記載された方法。
  23. 　前記基板の前記被処理面に第１の電極を形成する工程と、
    　前記半導体積層上に第２の電極を形成する工程と
    を更に備える、ことを特徴とする請求項１３～請求項２２のいずれか一項に記載された方法。
  24. 　前記半導体積層は、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか一方における一部分が露出された露出領域を有しており、
    　当該方法は、
    　前記露出領域上に第１の電極を形成すると共に、前記半導体積層において前記ｐ型窒化ガリウム系半導体領域及び前記ｎ型窒化ガリウム系半導体領域のいずれか他方上に第２の電極を形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１３～請求項２２のいずれか一項に記載された方法。
  25. 　窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面上に、一又は複数のｐ型窒化ガリウム系半導体層、一又は複数のｎ型窒化ガリウム系半導体層及び活性層を成長して、エピタキシャルウエハを形成する工程と、
    　前記エピタキシャルウエハをエッチングして前記半導体積層を形成する工程と
    を更に備え、
    　前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層、ｎ型窒化ガリウム系半導体層及び活性層は、前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面上において所定の軸の方向に配置されており、
    　前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記主面は、前記六方晶系窒化ガリウム半導体の＜０００１＞軸に対して１０度以上８０度以下の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項２４に記載された方法。
  26. 　前記窒化ガリウム半導体ウエハの前記裏面を研削して、前記基板生産物の前記基板を形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項２５に記載された方法。
  27. 　前記基板のエッジ上の２点間の距離の最大値は４５ミリメートル以上である、ことを特徴とする請求項１３～請求項２６のいずれか一項に記載された方法。
  28. 　請求項１～１２のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子と、
    　前記窒化物系半導体発光素子の裏面を支持する支持面を有する支持体と、
    　前記窒化物系半導体発光素子及び前記支持体上に設けられ、前記窒化物系半導体発光素子を封止する樹脂体と
    を備え、
    　前記窒化物系半導体発光素子からの光は前記樹脂体を透過する、ことを特徴とする発光装置。
  29. 　前記樹脂体の表面は、前記支持体に接触する第１の部分と、前記支持体に接触すること無く露出している第２の部分とを有する、ことを特徴とする請求項２８に記載された発光装置。
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