特許 5729328 ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5729328

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/38 20100101AFI20150514BHJP

   H01L 33/22 20100101ALI20150514BHJP

   H01L 33/44 20100101ALI20150514BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 210

   H01L33/00 172

   H01L33/00 300

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-31522(P2012-31522)

(22)【出願日】2012年2月16日

(65)【公開番号】特開2013-168547(P2013-168547A)

(43)【公開日】2013年8月29日

【審査請求日】2014年3月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(72)【発明者】

【氏名】池本 由平

(72)【発明者】

【氏名】稲沢 良平

(72)【発明者】

【氏名】水谷 浩一

【審査官】 金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２３０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２３７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３５０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４６０５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性の支持体と、前記支持体上に位置する第１電極と、前記第１電極上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなる第１伝導型の第１層、発光層、前記第１伝導型とは反対の伝導型の第２伝導型の第２層である半導体層と、を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記発光層を各素子ごとに分断する素子分離溝と、
前記素子分離溝側面に露出した前記第２層側面の少なくとも一部領域に形成され、前記第２層上には形成されていない第２電極と、
を有し、
前記素子分離溝は、
前記第１層の前記発光層側とは反対側の表面から、前記第２層に達する深さの第１素子分離溝と、
前記第２層の前記発光層側とは反対側の表面から、前記第１素子分離溝に達する深さの第２素子分離溝と、
によって構成されていて、
第１素子分離溝側面に、前記第１層と前記第２層間の短絡を防止する絶縁性の第１保護膜を有する、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。

【請求項2】

前記第２層の前記発光層側とは反対側の表面と、前記半導体層側面のうち前記第２層が露出した領域とに連続して形成された透明電極をさらに有し、
前記第２電極は、前記透明電極を介して前記第２層側面に接触する、
ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。

【請求項3】

前記第２層の前記発光層側とは反対側の表面に形成され、前記第２電極に接続された透明電極をさらに有し、
前記第２電極は、前記第２層側面に直接接触する、
ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。

【請求項4】

前記第２層の前記発光層側とは反対側の表面に形成された、絶縁性の第２保護膜をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。

【請求項5】

前記第２層の前記発光層側とは反対側の表面に凹凸形状が形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。

【請求項6】

前記第１伝導型はｐ型、前記第２伝導型はｎ型であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。

【請求項7】

成長基板上にIII 族窒化物半導体からなる前記第２層、前記発光層、前記第１層を順に形成して前記半導体層を形成し、前記第１層上に前記第１電極を形成し、前記第１電極と前記支持体とを接合した後、基板リフトオフによって前記成長基板を除去する工程を有した請求項４に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記第１層の形成後、前記第１電極の形成前に、前記第１素子分離溝を形成してｐｎ分離する第１素子分離溝形成工程と、
前記第１素子分離溝形成工程後、前記第１電極の形成前に、前記第１素子分離溝の側面を覆うようにして前記第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
前記成長基板の除去後、前記第２素子分離溝を形成して前記半導体層を貫通させ、前記半導体層を各素子ごとに分離させる第２素子分離溝形成工程と、
前記第２素子分離溝形成工程後、前記第２素子分離溝によって露出した前記第２層側面に前記第２電極を形成する第２電極形成工程と、
を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板リフトオフ法によって成長基板を除去され、支持体と接合されたIII 族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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

【0003】

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

【0004】

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

【0005】

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

【0006】

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

【0007】

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

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１０−１５７５７９

【特許文献2】特開２０１１−１１４２４０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

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

【0010】

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

【課題を解決するための手段】

【0011】

第１の発明は、導電性の支持体と、支持体上に位置する第１電極と、第１電極上に順に位置するIII 族窒化物半導体からなる第１伝導型の第１層、発光層、第１伝導型とは反対の伝導型の第２伝導型の第２層である半導体層と、を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、発光層を各素子ごとに分断する素子分離溝と、素子分離溝側面に露出した第２層側面の少なくとも一部領域に形成され、第２層上には形成されていない第２電極と、を有し、素子分離溝は、第１層の発光層側とは反対側の表面から、第２層に達する深さの第１素子分離溝と、第２層の発光層側とは反対側の表面から、第１素子分離溝に達する深さの第２素子分離溝と、によって構成されていて、第１素子分離溝側面に、第１層と第２層間の短絡を防止する絶縁性の第１保護膜を有する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

【0012】

第１伝導型がｐ型であれば、第２伝導型はｎ型であり、第１伝導型がｎ型であれば、第２伝導型はｐ型である。

【0013】

素子分離溝側面に露出する半導体層側面のうち、第２層の一部領域から第１層に連続して絶縁性の第１保護膜を形成してもよい。第１層と第２層間の短絡を防止するためである。

【0014】

第２層表面（発光層側とは反対側の面）には、凹凸形状を設けて光取り出し効率を向上させるようにしてもよい。また、第２層表面の全面には透明電極を設け、第２電極と接続する構成としてもよい。これにより電流拡散性を向上させ、発光の均一性を高めることができる。また、その透明電極に替えて、あるいは透明電極上に、第２保護膜を形成して、第２層表面または透明電極表面を保護するようにしてもよい。

【0015】

第２電極は、第２層側面に直接接触するようにしてもよいし、透明電極を介して接触するようにしてもよい。また、第２電極は第１保護膜上にも形成されていてよい。

【0016】

第２電極が第２層に接続する面積をより拡大するために、素子分離溝を平面視において櫛歯状、格子状、ジグザグ状、ストライプ状、などの形状としてもよい。素子外周に沿って枠状の平面パターンとする従来の場合に比べて、素子分離溝の側面に露出する第２層の面積が大きくなるため、第２電極が第２層側面に接する面積を増やすことができ、第２層に電子を注入する効率が向上し、発光効率の向上が期待できる。

【0017】

また、素子分離溝は、発光層を各素子ごとに分断するよう形成されていればよく、半導体層の外周を貫通するよう形成された溝であってもよい。半導体層の外周とは、平面視におけるIII 族窒化物半導体発光素子の外周またはその近傍の領域を意味する。さらには、第１層の発光層側とは反対側の表面から第２層に達する深さの第１素子分離溝と、第２層の発光層側とは反対側の表面から第１素子分離溝に達する深さの第２素子分離溝と、によって構成してもよい。この場合、第１保護膜は、第１素子分離溝の側面に形成することで、半導体層側面に露出する第１層、第２層間を容易に第１保護膜で覆うことができ、短絡を防止することができる。または、第１素子分離溝を埋めるようにして第１保護膜を形成してもよい。また、第２素子分離溝の側面には第２層のみが露出するため、第２電極の形成も容易となる。

【0018】

本発明とは別の発明として、素子分離溝側面に露出する半導体層側面のうち、第２層の一部領域から第１層に連続して形成され、第１層と第２層間の短絡を防止する絶縁性の第１保護膜をさらに有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子としてもよい。

【0019】

本発明とは別の発明として、素子分離溝は、半導体層の外周を貫通していることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子としてもよい。

【0020】

【0021】

第１素子分離溝と第２素子分離溝とでは、その平面パターンは異なっていてもよい。ただし、平面視において第１素子分離溝が形成されず第２素子分離溝のみが形成されている領域が存在すると、その領域の第１層から第２層までの総膜厚は、他の領域の第１層から第２層までの総膜厚よりも薄くなり、望ましくない。よって、第１素子分離溝と第２素子分離溝の平面パターンは同一とするか、もしくは平面視において第２素子分離溝が第１素子分離溝に含まれるようなパターンとして、平面視において第１素子分離溝が形成されず第２素子分離溝のみが形成されている領域が存在しないようにすることが望ましい。

【0022】

第２の発明は、第１の発明において、第２層の発光層側とは反対側の表面と、半導体層側面のうち第２層が露出した領域とに連続して形成された透明電極をさらに有し、第２電極は、透明電極を介して第２層側面に接触する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

【0023】

第３の発明は、第１の発明において、第２層の発光層側とは反対側の表面に形成され、第２電極に接続された透明電極をさらに有し、第２電極は、第２層側面に直接接触する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

【0024】

第４の発明は、第１の発明において、第２層の発光層側とは反対側の表面に形成された、絶縁性の第２保護膜をさらに有する、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

【0025】

第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第２層の発光層側とは反対側の表面に凹凸形状が形成されている、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

【0026】

第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、第１伝導型はｐ型、第２伝導型はｎ型であることを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。

【0027】

第７の発明は、成長基板上にIII 族窒化物半導体からなる第２層、発光層、第１層を順に形成して半導体層を形成し、第１層上に第１電極を形成し、第１電極と支持体とを接合した後、基板リフトオフによって成長基板を除去する工程を有した第４の発明のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、第１層の形成後、第１電極の形成前に、第１素子分離溝を形成してｐｎ分離する第１素子分離溝形成工程と、第１素子分離溝形成工程後、第１電極の形成前に、第１素子分離溝の側面を覆うようにして第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、成長基板の除去後、第２素子分離溝を形成して半導体層を貫通させ、半導体層を各素子ごとに分離させる第２素子分離溝形成工程と、第２素子分離溝形成工程後、第２素子分離溝によって露出した第２層側面に第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有することを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。

【発明の効果】

【0028】

本発明のIII 族窒化物半導体発光素子では、光取り出し面となる第２層表面上に第２電極が位置しないため、第２電極が光取り出しの妨げとなることがない。そのため、光取り出し効率を向上させることができる。また、従来は第２電極により光取り出しが妨げられるため、平面視において第２電極と重なる領域には第１電極を設けないようにし、平面視において第２電極と重なる領域の発光層を発光しないようにしていた。そのため、発光面積が減少していた。しかし、本発明のIII 族窒化物半導体発光素子では、上述のように第２層表面上に第２電極が位置しないため、第１電極を全面に設けることができ、発光面積を拡大することができるので、発光効率の向上を図ることができる。

【0029】

また、本発明は小型もしくは平面視で長方形のIII 族窒化物半導体発光素子に有効である。そのような形状のIII 族窒化物半導体発光素子では、素子主面の面積に対する半導体層側面の面積の割合が大きいため、電子を効率的に第２層側面から注入することができ、また側面から素子中央部までの距離が短くなるため、電流拡散性が向上して発光の均一性を高めることができる。

【0030】

また、第１、７の発明によると、第１保護膜および第２電極の形成を容易とすることができる。すなわち、第１層の形成後に第１素子分離溝を形成し、その第１素子分離溝を埋めるようにして第１保護膜を形成すれば、第１層側面から第２層側面にかけて容易に第１保護膜で覆うことができる。また、第２素子分離溝側面には、第２層のみが露出するため、第２層側面に第２電極を容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。

【図2.A】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図2.B】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図2.C】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図2.D】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図2.E】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図2.F】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図2.G】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図2.H】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図2.I】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図3】変形例のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。

【図4】実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。

【図5】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。

【図6.A】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図6.B】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図6.C】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図6.D】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図6.E】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図6.F】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図6.G】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。

【図7】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子を上方から見た図。

【図8】素子分離溝の他のパターンを示した図。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0033】

図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。III 族窒化物半導体発光素子は、図１のように、導電性の支持体１０と、支持体１０上に、接合層２０を介して接合されたｐ電極３０と、ｐ電極上に位置し、III 族窒化物半導体からなる半導体層４０と、を有している。半導体層４０は、ｐ電極３０側から順に、ｐ型層４１、発光層４２、ｎ型層４３の３層が積層された構造である。ｎ型層４３表面（発光層４２側とは反対側の面）には、透明電極６０が形成されている。また、半導体層４０の端部（平面視において素子の外周にあたる領域）には、素子分離溝７０が形成されている。素子分離溝７０は、半導体層４０を貫通している。また、その素子分離溝７０の底面７０ａ、側面７０ｂのうちｎ型層４３の一部を除く領域に連続して、絶縁体である保護膜８０（本発明の第１保護膜に相当する）が形成されている。ｎ電極５０は、素子分離溝７０の側面７０ｂであって、保護膜８０が形成されずにｎ型層４３側面が露出した領域に、そのｎ型層４３に接して形成されている。ｎ型層４３上部の領域にはｎ電極５０は位置していない。この実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、支持体１０裏面（接合層２０側とは反対側の面）に設けられた裏面電極（図示しない）とｎ電極５０間に電圧を印加して素子主面に垂直な方向に導通させて発光させ、ｎ型層４３側から光を取り出す構造である。

【0034】

支持体１０は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｃｕ−Ｗなどからなる導電性基板を用いることができる。接合層２０には、Ａｕ−Ｓｎ層、Ａｕ−Ｓｉ層、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などの金属共晶層を用いることができ、低融点金属ではないが、Ａｕ層、Ｓｎ層、Ｃｕ層などを用いることもできる。なお、接合層を用いて支持体１０１とｐ電極１０３とを接合するのではなく、ｐ電極３０上に直接めっきやスパッタなどによってＣｕなどの金属層を形成して支持体１０としてもよい。ｐ電極３０には、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕやこれらの金属を主成分とする合金などの高光反射率で低コンタクト抵抗な金属や、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｕ合金などを用いることができる。また、ｐ電極３０は透明電極膜と高反射金属膜からなる複合層（半導体層４０と接触する側が透明電極膜）であってもよい。透明電極膜にはＩＴＯ（スズドープの酸化インジウム）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）などの透明導電性酸化物や、Ａｕなどの金属薄膜を用いることができる。

【0035】

ｐ電極３０は、ｐ型層４１表面（発光層４２側とは反対側の面）のほぼ全面（素子外周部を除くすべての領域）に接して形成する。従来は、平面視においてｎ電極５０と対向する領域にはｐ電極３０を設けないようにしていた。これは、そのような領域はｎ電極によって光が吸収・反射されて光取り出しを阻害してしまう領域であるから、その領域にｐ電極３０を設けないことでその領域の発光層４２が発光しないようにし、発光効率の向上を図るものである。しかし、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子では、ｎ型層４３上部にｎ電極５０が位置していないため、ｐ電極３０をほぼ全面に形成することができ、発光面積を拡大して発光効率を向上させることができる。

【0036】

半導体層４０を構成するｐ型層４１、発光層４２、ｎ型層４３は、いずれも従来のIII 族窒化物半導体発光素子の構成として知られている任意の構成を用いることができる。たとえば、ｐ型層４１は、支持体１０側から順に、ＭｇがドープされたＧａＮからなるｐコンタクト層、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮからなるｐクラッド層が積層された構造である。発光層４２は、たとえば、ＧａＮからなる障壁層とＩｎＧａＮからなる井戸層が繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。ｎ型層４３は、たとえば、発光層４２側から順に、ＧａＮからなるｎクラッド層、ＧａＮからなる高濃度にＳｉがドープされたｎ型コンタクト層、が積層された構造である。

【0037】

ｎ型層４３の表面（発光層４２側とは反対側の面）には、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、リン酸などの水溶液によるウェットエッチングによって凹凸形状４４が形成されている。凹凸形状４４は微細な角錐が多数形成されたものであり、その角錐の側面は、素子主面に対して約６０度の角を成している。この凹凸形状４４により、光取り出し効率の向上を図っている。なお、凹凸形状４４を形成することは必ずしも必要ではなく、凹凸形状４４を形成せずにｎ型層４３表面を平坦なままとしてもよい。

【0038】

透明電極６０は、凹凸形状４４を有したｎ型層４３表面の全面に形成されている。また、透明電極６０は端部においてｎ電極６０に接続している。透明電極６０には、透明導電性酸化物や金属薄膜などを用いることができる。透明導電性酸化物は、たとえば、ＩＴＯ（スズドープの酸化インジウム）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）などである。金属薄膜は、たとえば、Ａｕなどである。

【0039】

なお、透明電極６０に替えて、透光性の絶縁膜（本発明の第２保護膜に相当する）をｎ型層４３表面を保護するために設けるようにしてもよい。また、透明電極６０上にさらに保護膜を有する構造としてもよい。これら保護膜には、後述する保護膜８０と同様の材料を用いることができる。一例として、図３に、ｎ型層４３表面に凹凸形状を設けず、透明電極６０に替えて保護膜９０をｎ型層表面に設けた例を示す。

【0040】

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

【0041】

保護膜８０には、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｓｉ_x Ｎ_y 、ＳｉＯ_x Ｎ_y などを用いることができる。また、これらの材料の複合層であってもよい。保護膜８０は、図１に示すように、素子分離溝７０側面７０ｂに露出する半導体層４３側面のうち、ｎ型層４３の発光層１２近傍からｐ型層４１にわたる領域と、素子分離溝７０底面７０ａである接合層２０上と、に連続して膜状に形成されている。この保護膜８０によって、素子分離溝７０側面に露出したｐ型層４１とｎ型層４３との間で電流のリークやショートが生じてしまうのを防止している。素子分離溝７０によって露出する半導体層４３側面のうち、発光層４２近傍以外のｎ型層４３側面については、保護膜８０に覆われず露出している。つまり、素子分離溝７０側面のうち、素子分離溝７０底面から発光層４２近傍のｎ型層４３までの高さの領域は保護膜８０に覆われ、それよりも高い領域は保護膜８０に覆われていない。なお、ｎ型層４３をコンタクト層とクラッド層とで構成する場合、保護膜８０によってクラッド層まで覆われ、ｎ型層４３のうちコンタクト層のみが露出していることが望ましいが、クラッド層が露出していてもかまわない。

【0042】

ｎ電極５０は、半導体層４３側面、および保護膜８０上に位置している。また、ｎ電極５０は、保護膜８０に覆われず露出したｎ型層４３側面に直接接するとともに、透明電極６０にも接続している。ｎ電極５０全体としての形状は、素子外周部に沿ったリング状である。ｎ電極５０の材料には、III 族窒化物半導体発光素子のｎ電極の材料として従来用いられてきた材料を用いることができる。たとえば、Ｖ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕである。ここで記号「／」は積層であることを意味し、Ａ／ＢはＡを成膜したのちＢを成膜する意味する。以下において同じである。ここではｎ型層４３側から順に積層させた構造を示すものである。なお、実施例１ではｎ電極５０は保護膜８０上にも形成しているが、保護膜８０上に形成する必要はない。ただし、形成の容易さの点などから、実施例１のように、保護膜８０上にｎ電極５０が位置するようにしてもかまわない。

【0043】

図７は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子を上方（光取り出し側であるｎ型層４３表面側）から見た図である。図７のように、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、平面視で正方形である。素子分離溝７０は、素子外周に沿って正方形の枠状のパターンに形成されている。半導体層４０およびその上に形成された透明電極６０の平面視での領域は、素子分離溝７０の正方形の枠状パターンに囲まれた内部領域であり、正方形である。ｎ電極５０の平面視でのパターンは、素子分離溝７０とおよそ一致しており、透明電極６０に接した正方形の枠状のパターンである。

【0044】

以上に説明した実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子では、ｎ電極５０をｎ型層４３側面に設け、ｎ型層４３表面には設けないようにしている。そのため、光取り出し面であるｎ型層４３表面には光取り出しを阻害するものがなく、光取り出し効率の向上が図られている。

【0045】

また、ｎ型層４３上の全面に、ｎ電極５０と接続する透明電極６０が形成されているため、その透明電極６０によって電子を素子面方向に効率的に拡散させることができ、発光の均一性および発光効率が向上されている。

【0046】

また、ｐ電極３０をｐ型層４１のほぼ全面に形成することができるため、発光面積を拡大することができ、発光効率を向上させることができる。

【0047】

また、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、小型の素子や平面視で長方形の素子などに特に有効である。それらのIII 族窒化物半導体発光素子では、素子主面の面積に対する半導体層側面の面積の割合が大きいため、電子を効率的にｎ型層側面から注入することができ、また側面から素子中央部までの距離が短くなるため、電流拡散性が向上して発光の均一性を高めることができる。

【0048】

次に、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について、図を参照に説明する。

【0049】

（半導体層４０形成工程）
まず、サファイア基板９０を用意し、サーマルクリーニングを行ってサファイア基板９０表面の不純物を除去する。そして、サファイア基板９０上に、ＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を介してＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体からなるｎ型層４３、活性層４２、ｐ型層４１を順に積層させ、半導体層４０を形成する（図２．Ａ）。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ₄ ）、ｐ型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ ）、キャリアガスとしてＨ₂ 、Ｎ₂ である。成長基板としてサファイア基板９０以外にも、ＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、などの基板を用いることができる。

【0050】

（ｐ電極３０形成工程）
次に、ｐ型層４１上であって素子外周部を除いた領域に、スパッタ法によってｐ電極３０を形成する。他に蒸着法を用いてもよい。さらにｐ電極３０上に接合層２０を形成する（図２．Ｂ）。なお、ｐ電極３０と接合層２０との間に、接合層２０を構成する金属元素がｐ電極３０やｐ型層４１に拡散するのを防止するために、拡散防止層を形成しておくことが望ましい。拡散防止層には、Ｔｉ／Ｎｉ／ＡｕなどのＴｉ／Ｎｉを含む多層膜や、Ｗ／Ｐｔ／ＡｕなどのＷ／Ｐｔを含む多層膜を用いることができる。

【0051】

（支持体１０接合工程）
次に、支持体１０を用意し、接合層２０を介して、支持体１０とｐ電極３０を接合する（図２．Ｃ）。この際、支持体１０の一方の表面にも接合層２０を形成し、支持体１０の接合層２０とｐ電極３０上の接合層２０とを合わせて加熱プレスすることで接合している。

【0052】

（レーザーリフトオフ工程）
そして、レーザーリフトオフにより、サファイア基板９０を分離除去する（図２．Ｄ）。すなわち、サファイア基板９０側から、サファイアは透過しIII 族窒化物半導体では吸収される波長のレーザー光（たとえばＫｒＦなどのエキシマレーザ）を照射し、サファイア基板９０と半導体層４０との界面近傍の半導体層４０を分解することで、半導体層４０からサファイア基板９０を剥離して除去する。

【0053】

（素子分離溝７０形成工程）
次に、ｎ型層４３表面側（発光層４２側とは反対側の面）から、そのｎ型層４３表面の素子分離する領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングによってエッチングし、半導体層４０を貫通して接合層２０に達する深さの素子分離溝７０を形成する（図２．Ｅ）。素子分離溝７０は、ドライエッチングの他、ＫＯＨなどによるウェットエッチングやレーザー光照射によって形成してもよい。

【0054】

（保護膜８０形成工程）
次に、ＣＶＤ法やスパッタを用いて、素子分離溝７０側面７０ｂに露出したｎ型層４３側面の発光層４２近傍の領域からｐ型層側面、および素子分離溝７０底面７０ａに露出した接合層２０に連続した膜状の保護膜８０を形成する（図２．Ｆ）。このようなパターンに保護膜８０を形成することで、ｎ型層４３側面の発光層４２近傍の領域からｐ型層側面にかけて保護膜８０で覆われ、ｐ型層４１とｎ型層４３との間での電流のリークやショートが防止されるとともに、ｎ型層４３側面の発光層４２近傍以外の領域は保護膜８０に覆われずに露出したままとなり、後工程でｎ電極５０が接触する領域となる。

【0055】

（凹凸形状４４形成工程）
次に、ｎ型層４３表面をＴＭＡＨ水溶液によってウェットエッチングし、ｎ型層４３表面に凹凸形状４４を形成する（図２．Ｇ）。このウェットエッチングにはＴＭＡＨ以外にもＫＯＨやＮａＯＨ、リン酸などを用いることもできる。

【0056】

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

【0057】

（透明電極６０形成工程）
次に、凹凸形状４４の形成されたｎ型層４３表面の全面に、透明電極６０をスパッタによって形成する（図２．Ｈ）。なお、透明電極６０の形成は、凹凸形状４４の形成後であれば、素子分離溝７０形成工程や保護膜８０形成工程の前に行うようにしてもよい。また、透明電極６０の形成にはスパッタ以外にも蒸着などによって形成してもよい。

【0058】

（ｎ電極５０形成工程）
次に、スパッタまたは蒸着とリフトオフ法を用いて、保護膜８０に覆われずに露出したｎ型層４３側面、および保護膜８０上に連続した領域に、透明電極６０に接するようにしてｎ電極５０を形成する（図２．Ｉ）。

【0059】

次に、支持体１０を研磨して薄くし、支持体１０裏面に裏面電極（図示しない）を形成し、レーザーダイシングによる素子分離を行う。以上によって、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。レーザーダイシング以外にも、スクライビングなどによって素子分離を行ってもよい。

【実施例2】

【0060】

図４は、実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子において、透明電極６０、ｎ電極５０に替えて以下に説明する透明電極１６０、ｎ電極１５０を設けた構成である。他の構成については実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子と同一である。

【0061】

透明電極１６０は、ｎ型層４３表面全面、ｎ型層４３側面のうち保護膜８０に覆われず露出した領域、および保護膜８０上に連続して膜状に形成されている。透明電極１６０の材料は実施例１の透明電極６０と同様である。

【0062】

ｎ電極１５０は、透明電極１６０上であってｎ型層４３上部にあたる領域を除いた領域に形成されている。つまり、透明電極６０の保護膜８０上部にあたる領域上、および素子分離溝７０の側面のうち、保護膜８０に覆われずに露出したｎ型層４３側面であって、透明電極１６０を挟んだ領域、に連続して形成されている。

【0063】

以上述べた実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子と同様に、光取り出し面であるｎ型層４３上にｎ電極１５０が位置しないため、光取り出しを阻害するものがなく、光取り出し効率が向上されている。また、ｎ型層４３側面とｎ電極１５０との間に透明電極１６０が形成され、その透明電極１６０がｎ型層４３上の全面にも連続しているため、透明電極１６０により電子を拡散させて効率的にｎ型層４３へ電子を注入することができ、発光の均一性および発光効率が向上している。

【実施例3】

【0064】

図５は、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子は、図５のように、素子分離溝７０に替えて、第１素子分離溝２７０Ａと第２素子分離溝２７０Ｂとで構成された素子分離溝２７０を有し、保護膜８０に替えて保護膜２８０、透明電極６０に替えて透明電極２６０、ｎ電極５０に替えてｎ電極２５０を有している点で、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子と異なっている。それ以外の構成については実施例１と同様である。以下、実施例１とは構成を替えた部分について説明する。

【0065】

第１素子分離溝２７０Ａは、ｐ型層４１表面（発光層４２側とは反対側の面）からｎ型層４３に達する深さの溝である。この第１素子分離溝２７０Ａは、素子外周部に沿った枠状である。また、第１素子分離溝２７０Ａ側面２７０Ａｂには、半導体層４０のｐ型層４１、発光層４２、ｎ型層４３が露出している。この第１素子分離溝２７０Ａは、半導体層４０の形成直後に、半導体層４０を各素子ごとにｐｎ分離するために設けるものである。

【0066】

第２素子分離溝２７０Ｂは、ｎ型層４３表面（発光層４２側とは反対側の面）から前記第１素子分離溝２７０Ａに達する深さの溝である。この第２素子分離溝２７０Ｂは、素子外周部に沿った枠状である。これにより第１素子分離溝２７０Ａと第２素子分離溝２７０Ｂとが素子分離溝２７０として一体に構成され、素子分離溝２７０は半導体層４０を貫通している。この素子分離溝２７０により、各素子ごとに半導体層４３が分離されている。また、第２素子分離溝２７０Ｂの底面２７０Ｂａには保護膜２８０が露出し、側面２７０Ｂｂには半導体層４０のうちｎ型層４３側面のみが露出する。

【0067】

保護膜２８０には、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｓｉ_x Ｎ_y 、ＳｉＯ_x Ｎ_y などを用いることができる。また、これらの材料の複合層であってもよい。保護膜２８０は、第１素子分離溝２７０Ａの底面および側面に沿って膜状に形成されている。これにより、第１素子分離溝２７０Ａの側面に露出するｐ型層４１、ｎ型層４３は保護膜２８０に覆われている。

【0068】

透明電極２６０は、凹凸形状４４の形成されたｎ型層４３表面全面と、第２素子分離溝２７０Ｂ側面２７０Ｂｂおよび底面２７０Ｂａと、に連続して膜状に形成されている。透明電極２６０の材料は、透明電極６０と同様の材料を用いることができる。

【0069】

ｎ電極２５０は、透明電極２６０上であってｎ型層４３上部にあたる領域を除いた領域に形成されている。つまり、透明電極２６０の保護膜２８０上部にあたる領域上、および第２素子分離溝２７０Ｂの側面２７０Ｂｂであって、透明電極２６０を挟んだ領域、に連続して形成されている。

【0070】

以上説明した実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子と同様の効果を得られる。つまり、光取り出し面であるｎ型層４３上にｎ電極２５０が位置しないため、光取り出しを阻害するものがなく、光取り出し効率が向上されている。また、ｎ型層４３側面とｎ電極２５０との間に透明電極２６０が形成され、その透明電極２６０がｎ型層４３上の全面にも連続しているため、透明電極２６０により電子を拡散させて効率的にｎ型層４３へ電子を注入することができ、発光の均一性および発光効率が向上している。

【0071】

なお、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子では、ｎ型層４３表面に凹凸形状４４を設けているが、設けずに平坦なままとしてもよい。また、透明電極２６０は第２素子分離溝２７０Ｂ側面２７０Ｂｂにも形成し、ｎ電極２５０とｎ型層４３側面との間に透明電極２６０が位置するようにしているが、透明電極２６０をｎ型層４３表面のみに設け、ｎ電極２５０とｎ型層４３が直接接触するように構成してもよい。

【0072】

次に、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について、図を参照に説明する。

【0073】

実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程における半導体層４０形成工程（図２．Ａの工程）までは、同一工程であるため説明を省略する。

【0074】

（第１素子分離溝２７０Ａ形成工程）
半導体層４０の形成工程後、半導体層４０のｐｎ分離する領域を、ｐ型層４１表面からｎ型層４３に達するまでドライエッチングする。これにより、半導体層４０を各素子ごとにｐｎ分離する第１素子分離溝２７０Ａを形成する（図６．Ａ）。

【0075】

（保護膜２８０形成工程）
次に、ＣＶＤ法やスパッタとフォトリソグラフィを用いて、第１素子分離溝２７０Ａ側面２７０Ａｂおよび底面２７０Ａａに沿って膜状に保護膜２８０を形成する（図６．Ｂ）。ｐ型層４１表面には保護膜２８０を形成せず、露出した状態とする。

【0076】

（ｐ電極３０形成工程、支持体１０接合工程、レーザーリフトオフ工程）
次に、ｐ型層４１上にｐ電極３０を形成し、接合層２０を介して支持体１０とｐ電極３０を接合し、レーザーリフトオフによりサファイア基板９０を除去する（図６．Ｃ）。これらの工程は実施例１の場合と同様であり、詳細は省略する。

【0077】

（第２素子分離溝２７０Ｂ形成工程）
次に、素子分離する領域（平面視で第１素子分離溝２７０Ａと重なる領域）を、レーザーリフトオフにより露出したｎ型層４３表面側から保護膜２８０に達するまでドライエッチングし、第２素子分離溝２７０Ｂを形成する（図６．Ｄ）。この第２素子分離溝２７０Ｂと第１素子分離溝２７０Ａとにより半導体層４０は貫通し、各素子ごとに分離される。

【0078】

（凹凸形状４４形成工程）
次に、ｎ型層４３表面をＴＭＡＨ水溶液によってウェットエッチングし、ｎ型層４３表面に凹凸形状４４を形成する（図６．Ｅ）。なお、凹凸形状４４の形成は、レーザーリフトオフ工程後、第２素子分離溝２７０Ｂの形成前に行ってもよい。

【0079】

（透明電極２６０形成工程）
次に、透明電極２６０をスパッタによって、凹凸形状４４の形成されたｎ型層４３表面の全面、第２素子分離溝２７０Ｂ側面２７０Ｂｂに露出したｎ型層４３側面、および第２素子分離溝２７０Ｂ底面２７０Ｂａに露出した保護膜２８０上に連続する膜状に形成する（図６．Ｆ）。なお、透明電極２６０の形成は、凹凸形状４４の形成後であれば、第２素子分離溝２７０Ｂの形成前に行ってもよい。

【0080】

（ｎ電極２５０形成工程）
次に、スパッタまたは蒸着とリフトオフ法を用いて、透明電極２６０を挟んで第２素子分離溝２７０Ｂ側面２７０Ｂｂにあたる領域、および保護膜２８０上に連続した領域に、透明電極６０に接するようにしてｎ電極２５０を形成する（図６．Ｇ）。

【0081】

次に、実施例１の支持体１０を研磨して薄くし、支持体１０裏面に裏面電極（図示しない）を形成し、レーザーダイシングによる素子分離を行う。以上によって、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。

【0082】

以上述べた実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、以下のような利点がある。実施例１では、ｎ型層４３側面の一部領域を覆い、他の領域を覆わずに露出するように保護膜８０を形成していた。そのため、保護膜８０のパターンを正確に制御する必要があった。一方、実施例３では、第１素子分離溝２７０Ａ側面の全面に保護膜２８０を形成することができ、第１素子分離溝２７０Ａ側面の一部を露出させる必要はない。そのため、実施例３では、実施例１の保護膜８０の形成に比べて正確なパターン制御は必要なく、容易に保護膜２８０を形成することができる。また、第２素子分離溝２７０Ｂにより、その側面にｎ型層４３側面のみを露出させることができるので、その側面にコンタクトをとるｎ電極２５０も容易に形成することができる。

【0083】

なお、実施例１〜３では、素子分離溝の平面パターンは外周部に沿った枠状としたが、必ずしもそのようなパターンに限るものではない。素子分離溝の平面パターンは、櫛歯状、ジグザグ状、ストライプ状、格子状などのパターンとすることもできる。一例として、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子において、素子分離溝７０のパターンを変形した例を図８に示す。図８は実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子を上方から見た平面図であり、図８（ａ）は、素子分離溝７０を櫛歯状のパターン、図８（ｂ）は、ジグザグ状のパターン、図８（ｃ）はストライプ状のパターン、図８（ｄ）は格子状のパターンとした場合である。素子分離溝７０をこれらのパターンとすると、図７のように単に枠状のパターンとした場合よりも素子分離溝７０側面の面積が増大する。そのため、ｎ電極５０がｎ型層４３側面にコンタクトをとる面積も増大し、発光効率の向上を期待できる。また、素子分離溝７側面から素子中央部までの距離も短縮されるので、素子中央部への電流拡散性が向上し、電流を素子面方向へ効率的に拡散させることができ、発光の均一性の向上を期待できる。

【0084】

また、実施例１〜３では、成長基板であるサファイア基板の除去にレーザーリフトオフを用いているが、サファイア基板とｎ型層との間に薬液に溶解させることができるバッファ層を形成し、支持体との接合後に薬液によってバッファ層を溶解させてサファイア基板を分離除去するケミカルリフトオフを用いてもよい。

【0085】

また、実施例１〜３では、素子分離溝７０、２７０は半導体層を貫通するものとしたが、必ずしも貫通している必要はなく、発光層を各素子ごとに分断するものであればよい。

【0086】

また、実施例１〜３では、ｐ型層とｎ型層間の短絡を防止するための保護膜８０、２８０を設けているが、ｎ電極５０、１５０、２５０がｐ型層からｎ型層にまたがって形成されず、ｎ型層側面にのみ形成されるようにすれば、保護膜８０、２８０は必ずしも必要ではない。

【0087】

また、本発明は、実施例１〜３においてｐ型層とｎ型層の位置を入れ替えた構造についても適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0088】

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

【符号の説明】

【0089】

１０：支持体
２０：接合層
３０：ｐ電極
４０：半導体層
４１：ｐ型層
４２：発光層
４３：ｎ型層
５０、１５０、２５０：ｎ電極
６０、１６０、２６０：透明電極
７０、２７０：素子分離溝
８０、９０、２８０：保護膜
２７０Ａ：第１素子分離溝
２７０Ｂ：第２素子分離溝

【図1】

【図2.A】

【図2.B】

【図2.C】

【図2.D】

【図2.E】

【図2.F】

【図2.G】

【図2.H】

【図2.I】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6.A】

【図6.B】

【図6.C】

【図6.D】

【図6.E】

【図6.F】

【図6.G】

【図7】

【図8】