特許 6201846 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】6201846

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】発光素子およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/44 20100101AFI20170914BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/44

   H01L33/32

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-60037(P2014-60037)

(22)【出願日】2014年3月24日

(65)【公開番号】特開2015-185655(P2015-185655A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年4月20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】菅藤 徹

(72)【発明者】

【氏名】五所野尾 浩一

(72)【発明者】

【氏名】戸谷 真悟

【審査官】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１６６１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０５０５５６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／００−２１／０２，２１／０４−２１／１６，

２１／７６，２３／５２，２７／１２，

３３／００−３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サファイア基板の一方の表面上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層が順に積層されたフリップチップ型の発光素子の製造方法において、
前記サファイア基板の他方の表面に、希ガスまたは酸素のイオン照射を行い、表面再構成を生じさせて平坦化する第１工程と、
前記第１工程後、前記サファイア基板の他方の表面に、光の干渉を利用して光取り出し側とは反対方向への光の反射を防止する誘電体からなる反射防止膜を形成する第２工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。

【請求項2】

前記第１工程は、加速エネルギーを０．０８〜０．１５ｋｅＶとして、５〜１０分間、イオン照射を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。

【請求項3】

前記イオン照射により、前記サファイア基板の他方の表面のＲａ（算術平均粗さ）を０．２ｎｍ以下、ＲＭＳ（二乗平均平方根粗さ）を０．２ｎｍ以下、Ｒｚ（十点平均粗さ）を５ｎｍ以下、とする、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。

【請求項4】

前記第１工程の前に、前記サファイア基板の他方の表面を研磨して、前記サファイア基板を薄くする工程を有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。

【請求項5】

サファイア基板の一方の表面上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層が順に積層されたフリップチップ型の発光素子において、
前記サファイア基板の他方の表面に、光の干渉を利用して光取り出し側とは反対方向への光の反射を防止する誘電体からなる反射防止膜が設けられ、
前記サファイア基板の他方の表面は、算術平均粗さが０．２ｎｍ以下、二乗平均平方根粗さが０．２ｎｍ以下、十点平均粗さが５ｎｍ以下である、
ことを特徴とする発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、III 族窒化物半導体からなる発光素子およびその製造方法に関する。特に、サファイア基板の裏面（半導体層の積層側とは反対側の表面）に、光の干渉によって光を反射させる誘電体からなる反射膜、あるいは、光の反射を防止する誘電体からなる反射防止膜を設けた発光素子およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光の干渉を利用して反射率を高める誘電体からなる反射膜や、同じく光の干渉を利用して光の反射を防止する誘電体からなる反射防止膜が知られている。特に、反射膜としてＤＢＲ（分布ブラッグ反射鏡）、反射防止膜として単層ＡＲ膜は広く知られている。ＤＢＲは、屈折率の異なる２種の誘電体膜をλ／４の光学膜厚で交互に繰り返し積層させた構造である。たとえば特許文献１にはＤＢＲ構造の誘電体多層膜を有した半導体レーザーが記載されている。単層ＡＲ膜は、反射を防止したい２つの部材の界面に、屈折率がその２つの部材の中間であって、光学膜厚がλ／４の誘電体膜を設けるものである。

【0003】

III 族窒化物半導体からなるフェイスアップ型の発光素子においても、サファイア基板裏面（半導体層の積層側とは反対側の表面）にＤＢＲ構造の誘電体多層膜を設け、光取り出し率を向上させることが検討されている。

【0004】

一方、特許文献２、３には、半導体基板とサファイア基板とを貼り合わせる際に、サファイア基板の貼り合わせる側の表面に表面活性化処理を行い、半導体基板とサファイア基板との密着性を高めることが記載されている。表面活性化処理として、イオンビーム処理が挙げられている。イオンビームの照射によって表面にダングリングボンド（未結合手）が露出するため、密着性を向上させることができると記載されている。イオンビーム処理したサファイア基板上に誘電体膜を成膜することは記載されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−１３８１７６号公報

【特許文献2】特開２０１０−１６１３５５号公報

【特許文献3】特開２０１０−１６１３５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、サファイア基板の裏面にＤＢＲ構造の誘電体多層膜を設けることを発明者らが検討したところ、次のような問題点が明らかとなった。それは、サファイア基板裏面の平坦性が悪いと、誘電体多層膜による反射効率が悪いということである。誘電体多層膜の反射機能が十分に発揮されず、返って発光素子の光取り出し率を低下させてしまった。

【0007】

そこで本発明の目的は、III 族窒化物半導体からなる発光素子において、サファイア基板裏面の平坦性を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明と別の発明は、サファイア基板の一方の表面上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層が順に積層されたフェイスアップ型の発光素子の製造方法において、サファイア基板の他方の表面に、希ガスまたは酸素のイオン照射を行い、表面再構成を生じさせて平坦化する第１工程と、第１工程後、サファイア基板の他方の表面に、光の干渉を利用して光取り出し側へ光を反射させる誘電体からなる反射膜を形成する第２工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。

【0009】

また、本発明は、サファイア基板の一方の表面上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層が順に積層されたフリップチップ型の発光素子の製造方法において、サファイア基板の他方の表面に、希ガスまたは酸素のイオン照射を行い、表面再構成を生じさせて平坦化する第１工程と、第１工程後、サファイア基板の他方の表面に、光の干渉を利用して光取り出し側とは反対方向への光の反射を防止する誘電体からなる反射防止膜を形成する第２工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。

【0010】

本発明とは別の発明の反射膜として、たとえば、酸化ケイ素と酸化チタンを交互に繰り返し積層したＤＢＲ構造を用いることができる。また、本発明の反射防止膜として、単層ＡＲ膜を用いることができる。

【0011】

また、本発明の第１工程は、加速エネルギーを０．０８〜０．１５ｋｅＶとして、５〜１０分間、イオン照射を行うことが望ましい。サファイア基板の他方の表面がより平坦化され、反射膜による反射効率あるいは反射防止膜による透過率がより向上するためである。

【0012】

また、イオン照射により、サファイア基板の他方の表面の算術平均粗さを０．２ｎｍ以下、二乗平均平方根粗さを０．２ｎｍ以下、十点平均粗さを５ｎｍ以下、とするのがよい。同様にサファイア基板の他方の表面の平坦性をより向上できる。

【0013】

また、第１工程の前に、サファイア基板の他方の表面を研磨して、サファイア基板を薄くする工程を設けるとよい。薄くすることで光取り出し率が向上するとともに、サファイア基板の他方の表面の平坦性をより向上できる。

【0014】

また、本発明と別の発明は、サファイア基板の一方の表面上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層が順に積層されたフェイスアップ型の発光素子において、サファイア基板の他方の表面に、光の干渉を利用して光取り出し側へ光を反射させる誘電体からなる反射膜が設けられ、サファイア基板の他方の表面は、算術平均粗さが０．２ｎｍ以下、二乗平均平方根粗さが０．２ｎｍ以下、十点平均粗さが５ｎｍ以下である、ことを特徴とする発光素子である。

【0015】

また、本発明の他の１つは、サファイア基板の一方の表面上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層、発光層、ｐ型層が順に積層されたフリップチップ型の発光素子において、サファイア基板の他方の表面に、光の干渉を利用して光取り出し側とは反対方向への光の反射を防止する誘電体からなる反射防止膜が設けられ、サファイア基板の他方の表面は、算術平均粗さが０．２ｎｍ以下、二乗平均平方根粗さが０．２ｎｍ以下、十点平均粗さが５ｎｍ以下である、ことを特徴とする発光素子である。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、サファイア基板表面へのイオン照射により、サファイア基板の表層にダングリングボンドが露出する。そして、そのダングリングボンドを減らすように表面再構成が生じて表面平坦性が増す。そのため、反射膜による反射効率、あるいは反射防止膜による透過率が向上し、光取り出し率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施例１の発光素子の構成を示した図。

【図2】実施例１の発光素子の製造工程を示した図。

【図3】実施例１の発光素子の製造工程を示した図。

【図4】サファイア基板１０の裏面１０ａの粗さを測定した結果を示したグラフ。

【図5】放射強度を比較したグラフ。

【図6】放射強度を比較したグラフ。

【図7】実施例２の発光素子の構成を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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】

【0019】

図１は、実施例１の発光素子の構成を示した図である。実施例１の発光素子は、図１のように、サファイア基板１０を有し、そのサファイア基板１０の一方の表面上に、III 族窒化物半導体からなるｎ型層１１、発光層１２、ｐ型層１３が順に積層された構造を有している。また、ｐ型層１３上には透明電極１４、透明電極１４上にｐ電極１５が位置し、ｐ型層１３側から開けられた溝の底面にｎ電極１６が設けられている。また、サファイア基板１０裏面１０ａ（ｎ型層１１形成側とは反対側の面）には、誘電体多層膜１７（本発明の反射膜に相当）が設けられている。この実施例１の発光素子は、ｐ電極１５、ｎ電極１６が同一面側に位置し、ｐ電極１５側から光を取り出すフェイスアップ型の素子である。

【0020】

サファイア基板１０は、その主面上にIII 族窒化物半導体を結晶成長させるための成長基板である。主面は、たとえばａ面やｃ面である。サファイア基板１０の厚さは１００〜６００μｍである。サファイア基板１０のｎ型層１１側の表面には光取り出し率を向上させるためにドット状、ストライプ状などの凹凸加工が施されていてもよい。

【0021】

サファイア基板１０の裏面１０ａの粗さは、Ｒａ（算術平均粗さ）が０．２ｎｍ以下、ＲＭＳ（二乗平均平方根粗さ）が０．２ｎｍ以下、Ｒｚ（十点平均粗さ）が５ｎｍ以下とするとよい。サファイア基板１０の裏面１０ａをこのような高い平坦性を有した面とすることで、誘電体多層膜１７による反射率を高めることができる。

【0022】

ｎ型層１１は、サファイア基板１０の表面上にＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を介して位置している。また、ｎ型層１１は、サファイア基板１０側から順に、ｎコンタクト層、ＥＳＤ層、ｎクラッド層が積層された構造である。ｎコンタクト層は、たとえばＳｉ濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³ 以上のｎ−ＧａＮからなる。ｎコンタクト層はＳｉ濃度の異なる複数の層で構成してもよい。ＥＳＤ層は、たとえばノンドープＧａＮとｎ−ＧａＮを積層した層であり、静電耐圧を高めるための層である。ｎクラッド層は、たとえばＩｎＧａＮとｎ−ＧａＮを交互に繰り返し積層した超格子構造の層である。

【0023】

発光層１２は、井戸層、保護層、障壁層がこの順に積層された構造を単位として、その単位構造が繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。繰り返し回数は３〜１０回である。井戸層はＩｎＧａＮからなり、厚さは１〜５ｎｍである。保護層はＧａＮやＡｌＧａＮであってバンドギャップが障壁層のバンドギャップ以下である。井戸層側から順にＧａＮ、ＡｌＧａＮの積層としてもよい。この保護層は井戸層と同じ温度で成長させる層である。厚さは２〜２０Åである。障壁層はＡｌＧａＮからなる。Ａｌ組成比は３〜１０％であり、厚さは１〜１０ｎｍである。障壁層はＡｌＧａＮ単層に限らず、複数の層で構成してもよい。たとえば、Ａｌ組成比の異なる複数の層とすることができる。

【0024】

ｐ型層１３は、発光層１２側から順にｐクラッド層とｐコンタクト層が積層された構造である。ｐクラッド層は、ｐ−ＩｎＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮが交互に繰り返し積層された超格子構造である。ｐ−ＩｎＧａＮのＩｎ組成比は５〜１２％であり、厚さは２ｎｍである。また、ｐ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比は２５〜４０％であり、厚さは２．５ｎｍである。また、ｐコンタクト層はＭｇ濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³ 以上で厚さが８０ｎｍのｐ−ＧａＮである。ｐコンタクト層はＭｇ濃度の異なる複数の層で構成してもよい。

【0025】

透明電極１４はＩＴＯからなり、ｐ型層１３表面のほぼ全面に形成されている。透明電極１４の材料にはＩＴＯ以外にも、ＩＺＯ（亜鉛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）などを用いることができる。

【0026】

ｐ電極１５は透明電極１４上に位置している。ｎ電極１６は、溝の底面に露出したｎ型層１１のｎコンタクト層上に位置している。溝は、半導体層（ｎ型層１１、発光層１２、ｐ型層１３）の一部に設けられたものであり、ｐ型層１３表面からｎ型層１１のｎコンタクト層に達する深さである。ｐ電極１５、ｎ電極１６は、ワイヤと接続するパッド部と、パッド部に連続して線状に伸びる配線状部とを有している。

【0027】

誘電体多層膜１７は、ＳｉＯ₂ 膜（図示しない）とＴｉＯ₂ 膜（図示しない）が交互に繰り返し積層されたＤＢＲ（分布ブラッグ反射鏡）である。サファイア基板１０裏面１０ａに接する膜はＳｉＯ₂ 膜である。繰り返し回数は３〜５０回である。ＳｉＯ₂ 膜およびＴｉＯ₂ 膜の厚さは、その光学膜厚がλ／４となる厚さである。ここでλは実施例１の発光素子の発光波長である。たとえばλが４５０ｎｍの場合、ＳｉＯ₂ の屈折率はおよそ１．４７、ＴｉＯ₂ の屈折率はおよそ２．６７であるため、ＳｉＯ₂ 膜の物理的な厚さは７６．５ｎｍ、ＴｉＯ₂ の物理的な厚さは４２．１ｎｍである。

【0028】

このＤＢＲである誘電体多層膜１７は、光の干渉効果によって波長がλ付近の光を強く反射する。波長λにおける反射率が９０％以上、望ましくは９５％以上となるように、誘電体多層膜１７の繰り返し回数などを設計するとよい。

【0029】

誘電体多層膜１７はサファイア基板１０の裏面１０ａに設けられているため、発光層１２からサファイア基板１０方向に向かう光を誘電体多層膜１７によってｐ電極１５やｎ電極１６方向へ反射させることができる。実施例１の発光素子はフェイスアップ型であるため、ｐ電極１５やｎ電極１６側が光取り出し側である。よって、誘電体多層膜１７を設けることにより光取り出し率を向上させることができる。また、先に説明したように、実施例１の発光素子はサファイア基板１０裏面１０ａの平坦性が高いため、誘電体多層膜１７による反射効率が高い。そのため、誘電体多層膜１７がそのＤＢＲ構造による反射機能を十分に発揮し、光取り出し率が向上する。

【0030】

なお、誘電体多層膜１７の２種の材料は上記に限るものではない。発光波長λに対して光を透過する任意の誘電体材料であって、屈折率の異なる２種の材料を用いることができる。屈折率差が大きいほど誘電体多層膜１７の反射率を向上させることができるため、波長λにおける屈折率差は１以上、望ましくは１．５以上となる２種の材料を用いるとよい。

【0031】

上記以外の誘電体多層膜１７の具体的な材料を挙げると、金属酸化物として、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、ＺｒＯ、ＺｒＯ₂ 、金属窒化物として、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、金属酸窒化物として、ＳｉＯＮ、金属フッ化物として、ＭｇＦ₂ 、ＣａＦ₂ 、などである。

【0032】

また、ＳｉＯ₂ 膜およびＴｉＯ₂ 膜の厚さは、光学膜厚がλ／４となる厚さに限らず、λ／４の奇数倍となる厚さであってもよい。ただし、誘電体多層膜１７全体が厚くなるため、光学膜厚がλ／４となる厚さが望ましい。また、厳密にλ／４の奇数倍である必要はなく、λ／４の奇数倍の０．９倍〜１．１倍の範囲で誤差を許容する。

【0033】

次に、実施例１の発光素子の製造工程について図２、３を参照に説明する。なお、III 族窒化物半導体の結晶成長にはＭＯＣＶＤ法を用いる。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（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₂ ）、キャリアガスとしてＨ₂ 、Ｎ₂ である。もちろん、原料ガスとしてこれら以外の有機金属ガスを使用することも可能である。

【0034】

まず、厚さ５００〜１０００μｍのサファイア基板１０を用意し、水素雰囲気で加熱して表面のクリーニングを行う。次に、サファイア基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を形成し、バッファ層上にIII 族窒化物半導体からなるｎ型層１１、発光層１２、ｐ型層１３を順に積層させる（図２（ａ）参照）。

【0035】

次に、ｐ型層１３表面の所定領域に、透明電極１４を蒸着あるいはスパッタによって形成する。そして、ｐ型層１３の所定の領域をドライエッチングして、ｐ型層１３表面からｎ型層１１のｎコンタクト層に達する深さの溝１９を形成する。次に、透明電極１４上にｐ電極１５、溝底面に露出したｎ型層１１のｎコンタクト層表面にｎ電極１６を形成する（図２（ｂ）参照）。

【0036】

次に、サファイア基板１０の裏面１０ａを研磨し、サファイア基板１０の厚さを１００〜６００μｍに薄くする（図３（ａ）参照）。サファイア基板１０を薄くすることで光取り出し率の向上を図っている。

【0037】

なお、単にサファイア基板１０裏面１０ａの平坦化のために研磨を行ってもよい。また、サファイア基板１０裏面１０ａを研磨せずに次工程を行ってもよい。ただし、研磨を行ってから次工程のイオン照射を行うと、サファイア基板１０裏面１０ａの平坦性がより向上するため、イオン照射前に研磨を行うことが望ましい。研磨の方法としては、機械研磨の他、ＣＭＰ研磨などを用いることができる。

【0038】

次に、サファイア基板１０の裏面１０ａにＡｒイオン照射を０．０８ｋｅＶの加速エネルギーで１０分間行う（図３（ｂ）参照）。これにより、サファイア基板１０裏面１０ａにダングリングボンド（未結合手）が露出し、そのダングリングボンドを減らす方向に表面の再構成が起こるため、サファイア基板１０裏面１０ａは平坦化する。これにより、サファイア基板１０裏面１０ａの粗さは、Ｒａが０．２ｎｍ以下、ＲＭＳが０．２ｎｍ以下、Ｒｚが５ｎｍ以下となるようにするとよい。

【0039】

照射するイオン種として、Ａｒ以外の希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）や酸素を用いることも可能であり、それらを混合して用いてもよい。なお、各イオン化ポテンシャルは酸素が１３．６ｅＶ、Ｈｅが２４．Ｎｅが２１．６ｅＶ、Ａｒが１５．８ｅＶ、Ｋｒが１４．０ｅＶ、Ｘｅが１２．１ｅＶである。

【0040】

なお、イオン照射の加速エネルギーは上記値に限るものではなく、０．０８〜０．１５ｋｅＶであればよい。０．０８ｋｅＶ未満ではエネルギーが小さすぎてサファイア基板１０裏面１０ａにダングリングボンドが露出しないため望ましくなく、０．１５ｋｅＶより大きいとサファイア基板１０内部にイオンが注入されて表面にダングリングボンドが露出せず望ましくない。

【0041】

また、イオン照射時間も上記値に限るものではなく、５〜１０分間であればよい。照射時間がこの範囲であれば、効率的にサファイア基板１０裏面１０ａを平坦化することができる。

【0042】

また、イオン発生の方式には、ＤＣ方式やＲＦ方式など各種方式を用いることができるが、ＲＦ方式がよい。イオンに大きなエネルギーを与えることが容易なためである。

【0043】

また、イオン照射中、サファイア基板１０の温度は室温とすることができる。サファイア基板１０の温度を上げることで裏面１０ａの平坦性はより高まると考えられる。しかし、加熱によりサファイア基板１０表層の原子に与えられるエネルギーは、イオンのエネルギーに比べて非常に小さい。そのため、サファイア基板１０を加熱しながらイオン照射を行っても平坦性の向上にはさほど影響はなく、加熱の手間を考えると室温で行うのがよい。

【0044】

次に、サファイア基板１０裏面１０ａに蒸着あるいはスパッタによって、光学膜厚がλ／４のＳｉＯ₂ 膜と、光学膜厚がλ／４のＴｉＯ₂ 膜を交互に繰り返し積層して誘電体多層膜１７を形成する（図３（ｃ）参照）。

【0045】

ここで、サファイア基板１０裏面１０ａは、Ｒａが０．２ｎｍ以下、ＲＭＳが０．２ｎｍ以下、Ｒｚが５ｎｍ以下であって非常に平坦性が高い。そのため、誘電体多層膜１７による反射効率が高まり、光取り出し率を向上させることができる。

【0046】

次に、素子分割予定ラインに沿ってレーザーを照射してサファイア基板１０中に改質部および改質部に連続するクラックを形成し、ブレーキングすることで改質部およびクラックを起点として各素子ごとに分割する。このようにして、実施例１の発光素子が製造される。

【0047】

以上述べた実施例１の発光素子の製造方法によれば、Ａｒのイオン照射によってサファイア基板１０裏面１０ａに表面再構成を生じさせて平坦性が非常に高くなるため、光取り出し率を向上させることができる。

【0048】

次に、実施例１の発光素子に係る各種実験結果について説明する。

【0049】

図４は、Ａｒのイオン照射前後におけるサファイア基板１０裏面１０ａの粗さを測定した結果をグラフにしたものである。イオン照射は０．０８ｋｅＶで１０分間行った。また、粗さはＲａ、ＲＭＳ、Ｒｚの３通りの方法で評価した。裏面１０ａの粗さ曲線はＡＦＭによって測定し、そのうちランダムに選択した５０μｍの区間について用いた。

【0050】

図４のように、イオン照射によってＲａは０．１２４ｎｍから０．１ｎｍに、ＲＭＳは０．１６４ｎｍから０．１３１ｎｍに減少しており、Ｒａ、ＲＭＳともに若干の改善が見られた。一方、Ｒｚは１５．０６１ｎｍから２．１５３ｎｍに大きく減少していた。このように、イオン照射によって表面再構成が起こり、サファイア基板１０裏面１０ａの平坦性が向上していることがわかった。

【0051】

図５、６は、実施例１の発光素子、および比較例１〜３の発光素子の放射強度を比較したグラフである。比較例１の発光素子は、実施例１の発光素子において誘電体多層膜１７を設けなかったものである。比較例２の発光素子は、実施例１の発光素子においてイオン照射を行わずに誘電体多層膜１７を設けたものである。比較例３の発光素子は、実施例１の発光素子において、イオン照射を行わず、誘電体多層膜１７に替えて発光波長における屈折率が１．２の低屈折率材料を設けたものである。放射強度はサファイア基板１０の主面に垂直な方向におけるものであり、比較例１の放射強度を基準とした相対値である。

【0052】

図６のように、比較例２の発光素子は、比較例１の発光素子よりも放射強度が低下していた。つまり、ＤＢＲ構造の誘電体多層膜１７が、光取り出し率を向上させる反射膜として機能していないことがわかった。また図６のように、低屈折率材料を設けた比較例３の発光素子は、比較例１、２の発光素子よりも放射強度が低下していた。このことから、比較例２の発光素子では、Ｒｚが１５ｎｍ以上であるため放射強度を低下させていると考えられる。

【0053】

また、図５のように、実施例１の発光素子は、比較例１の発光素子に比べて放射強度が１．２％向上していた。比較例２との対比から、実施例１の発光素子では、Ｒｚが５ｎｍ以下であるため、誘電体多層膜１７の反射膜としての機能が発揮され、放射強度を向上させたものと考えられる。

【実施例2】

【0054】

図７は、実施例２の発光素子の構成を示した図である。なお、実施例１と同様の構成部分には同一の符号を付している。

【0055】

実施例２の発光素子は、図７のように、サファイア基板１０を有し、そのサファイア基板１０の一方の表面上に、III 族窒化物半導体からなるｎ型層１１、発光層１２、ｐ型層１３が順に積層された構造を有している。また、ｐ型層１３上には透明電極１４、透明電極１４上に複数のドット状のｐコンタクト電極２５が位置し、ｐ型層１３側から開けられた溝の底面にｎコンタクト電極２６が設けられている。また、サファイア基板１０裏面１０ａ（ｎ型層１１形成側とは反対側の面）には、単層ＡＲ膜２７（本発明の反射防止膜に相当）が設けられている。

【0056】

また、各ｐコンタクト電極２５、ｎコンタクト電極２６の上面を除いて絶縁膜２０に覆われている。絶縁膜２０の中にはＡｌからなる反射膜（図示しない）が設けられている。各ｐコンタクト電極２５上には、それら各ｐコンタクト電極２５を互いに接続するようにしてｐ接合電極２８が設けられ、ｎコンタクト電極２６上にはｎ接合電極２９が設けられている。この実施例２の発光素子は、ｐコンタクト電極２５、ｎコンタクト電極２６が同一面側に位置し、ｐコンタクト電極２５、ｎコンタクト電極２６側とは反対側、すなわちサファイア基板１０裏面１０ａ側から光を取り出すフリップチップ型の素子である。

【0057】

単層ＡＲ膜２７は、光学膜厚がλ／４であって、屈折率がサファイア基板１０と実施例２の発光素子の封止部材（図示しない）との間である誘電体からなる。たとえばＳｉＯ₂ 膜である。この単層ＡＲ膜２７をサファイア基板１０と封止部材との間に設けることで、光取り出し側に向かう光がサファイア基板１０と封止部材との界面で反射されるのを防止し、透過率を高め、光取り出し率を向上させることができる。

【0058】

実施例２の発光素子の製造工程においては、サファイア基板１０上に素子構造を作製後、単層ＡＲ膜２７を形成する前に、サファイア基板１０裏面１０ａを研磨し、サファイア基板１０裏面１０ａにＡｒのイオン照射を行って表面再構成を生じさせている。研磨やイオン照射は実施例１と同様である。これにより、サファイア基板１０裏面１０ａの平坦性を非常に高くしている。そして、その後に単層ＡＲ膜２７を形成している。したがって、実施例１と同様に、サファイア基板１０裏面１０ａと単層ＡＲ膜２７との界面の平坦性が非常に高くなるため、光取り出し率が向上している。

【0059】

なお、本発明は、実施例１、２に示した素子構造に限らず、従来知られている任意の構造のフェイスアップ型素子あるいはフリップチップ型素子に対して適用することができる。また、フェイスアップ型素子の場合、サファイア基板１０裏面１０ａに設ける膜は、実施例１のようなＤＢＲ構造の誘電体多層膜１７に限らず、光の干渉を利用して光取り出し側へ光を反射させる誘電体からなる反射膜であれば、単層、複層を問わず従来知られている任意の構造を用いることができる。また、フリップチップ型素子の場合、サファイア基板１０裏面１０ａに設ける膜は、実施例２のような単層ＡＲ膜２７に限らず、光の干渉を利用して光取り出し側とは反対方向への光の反射を防止する誘電体からなる反射防止膜であれば、単層、複層を問わず従来知られている任意の構造を用いることができる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明により製造される発光素子は、照明装置や表示装置の光源として利用することができる。

【符号の説明】

【0061】

１０：サファイア基板
１１：ｎ型層
１２：発光層
１３：ｐ型層
１４：透明電極
１５：ｐ電極
１６：ｎ電極
１７：誘電体多層膜
２７：単層ＡＲ膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】