特許 7534656 発光素子の製造方法及び発光素子

(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】

(24)【登録日】2024-08-06

(45)【発行日】2024-08-15

(54)【発明の名称】発光素子の製造方法及び発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20240807BHJP

   H01L 33/36 20100101ALI20240807BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240807BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20240807BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20240807BHJP

【ＦＩ】

H01L33/32

H01L33/36

H01L21/205

H01L21/20

H01L21/02 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022040395

(22)【出願日】2022-03-15

(65)【公開番号】P2023135268

(43)【公開日】2023-09-28

【審査請求日】2023-04-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】近藤 宏樹

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１８７７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０２１２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２１０８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０５０４１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０８０４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０００７１００（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／４６

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板の上方に、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとＧｅ原料ガスとを含む第１原料ガスを用いて窒化物半導体層からなる第１ｎ側層を形成する工程と、
前記第１ｎ側層の上方に、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとＳｉ原料ガスとを含む第２原料ガスを用いて窒化物半導体層からなる第２ｎ側層を形成する工程と、
前記第２ｎ側層の上方に、窒化物半導体層からなり紫外光を発する活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方に、窒化物半導体層からなるｐ側層を形成する工程と、
前記ｐ側層上に、ｐ側電極を形成する工程と、
前記第１基板及び前記第１ｎ側層を除去し、前記第２ｎ側層を露出させる工程と、
前記第２ｎ側層を露出させる工程において露出させた前記第２ｎ側層に、ｎ側電極を形成する工程と、
を備え、
前記第２ｎ側層を形成する工程において、前記第２ｎ側層を前記第１ｎ側層よりも厚く形成する発光素子の製造方法。

【請求項2】

前記ｐ側電極を形成する工程の後に、前記ｐ側層側に第２基板を配置し、前記ｐ側電極と前記第２基板とを接合する工程をさらに備え、
前記ｐ側電極と前記第２基板とを接合する工程の後に、前記第２ｎ側層を露出させる工程を行う請求項１に記載の発光素子の製造方法。

【請求項3】

第１基板の上方に、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとＧｅ原料ガスとを含む第１原料ガスを用いて窒化物半導体層からなる第１ｎ側層を形成する工程と、
前記第１ｎ側層の上方に、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとＳｉ原料ガスとを含む第２原料ガスを用いて窒化物半導体層からなる第２ｎ側層を形成する工程と、
前記第２ｎ側層の上方に、窒化物半導体層からなり紫外光を発する活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方に、窒化物半導体層からなるｐ側層を形成する工程と、
前記ｐ側層の一部及び前記活性層の一部を前記ｐ側層側から除去し、前記第２ｎ側層の一部を前記ｐ側層及び前記活性層から露出させる工程と、
前記第２ｎ側層の前記一部に、ｎ側電極を形成する工程と、
前記ｐ側層上に、ｐ側電極を形成する工程と、
前記第１基板を除去し、前記第１ｎ側層を露出させる工程と、
を備え、
前記第２ｎ側層を形成する工程において、前記第２ｎ側層を前記第１ｎ側層よりも厚く形成する発光素子の製造方法。

【請求項4】

前記ｎ側電極を形成する工程及び前記ｐ側電極を形成する工程の後に、前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極の側に第２基板を配置する工程をさらに備え、
前記第２基板を配置する工程の後に、前記第１ｎ側層を露出させる工程を行う請求項３に記載の発光素子の製造方法。

【請求項5】

前記第１ｎ側層を形成する工程において、前記第１ｎ側層の厚みを０．２μｍ以上１．２μｍ以下に形成する請求項１～４のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。

【請求項6】

前記第２ｎ側層を形成する工程において、前記第２ｎ側層の厚みを１μｍ以上３μｍ以下に形成する請求項１～５のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。

【請求項7】

ｎ側層と、ｐ側層と、前記ｎ側層と前記ｐ側層との間に配置され紫外光を発する活性層とを有する窒化物半導体層からなる半導体構造体と、
前記ｎ側層上に配置され、前記ｎ側層と電気的に接続されたｎ側電極と、
前記ｐ側層上に配置され、前記ｐ側層と電気的に接続されたｐ側電極と、
を備え、
前記ｎ側層は、Ａｌと、Ｇａと、Ｓｉと、Ｇｅとを含み、
前記ｎ側層は、第１ｎ側層と、前記第１ｎ側層よりも厚い第２ｎ側層とを有し、
前記第１ｎ側層は、複数の凸部が配置された第１面を有し、前記第２ｎ側層は、前記第１面の反対側に位置し、前記ｐ側層及び前記活性層が配置された第２面と、前記第１面の反対側に位置し、前記ｐ側層及び前記活性層から露出し、前記ｎ側電極が接続された第３面とを有し、
前記ｎ側層において、前記第１面側のＧｅ濃度は、前記第２面側及び前記第３面側のＧｅ濃度よりも高く、
前記ｎ側層において、前記第３面側のＳｉ濃度は、前記第１面側のＳｉ濃度よりも高い発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子の製造方法及び発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム系半導体をｎ型にする不純物として、シリコンやゲルマニウムが用いられている（例えば特許文献１等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－５９５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、順方向電圧の低減を可能にする発光素子の製造方法及び発光素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、発光素子の製造方法は、第１基板の上方に、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとＧｅ原料ガスとを含む第１原料ガスを用いて窒化物半導体層からなる第１ｎ側層を形成する工程と、前記第１ｎ側層の上方に、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとＳｉ原料ガスとを含む第２原料ガスを用いて窒化物半導体層からなる第２ｎ側層を形成する工程と、前記第２ｎ側層の上方に、窒化物半導体層からなり紫外光を発する活性層を形成する工程と、前記活性層の上方に、窒化物半導体層からなるｐ側層を形成する工程と、前記ｐ側層上に、ｐ側電極を形成する工程と、前記第１基板及び前記第１ｎ側層を除去し、前記第２ｎ側層を露出させる工程と、前記第２ｎ側層を露出させる工程において露出させた前記第２ｎ側層に、ｎ側電極を形成する工程と、を備える。
本発明の一態様によれば、発光素子の製造方法は、第１基板の上方に、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとＧｅ原料ガスとを含む第１原料ガスを用いて窒化物半導体層からなる第１ｎ側層を形成する工程と、前記第１ｎ側層の上方に、Ａｌ原料ガスとＧａ原料ガスとＳｉ原料ガスとを含む第２原料ガスを用いて窒化物半導体層からなる第２ｎ側層を形成する工程と、前記第２ｎ側層の上方に、窒化物半導体層からなり紫外光を発する活性層を形成する工程と、前記活性層の上方に、窒化物半導体層からなるｐ側層を形成する工程と、前記ｐ側層の一部及び前記活性層の一部を前記ｐ側層側から除去し、前記第２ｎ側層の一部を前記ｐ側層及び前記活性層から露出させる工程と、前記第２ｎ側層の前記一部に、ｎ側電極を形成する工程と、前記ｐ側層上に、ｐ側電極を形成する工程と、前記第１基板を除去し、前記第１ｎ側層を露出させる工程と、を備える。
本発明の一態様によれば、発光素子は、ｎ側層と、ｐ側層と、前記ｎ側層と前記ｐ側層との間に配置され紫外光を発する活性層とを有する窒化物半導体層からなる半導体構造体と、前記ｎ側層上に配置され、前記ｎ側層と電気的に接続されたｎ側電極と、前記ｐ側層上に配置され、前記ｐ側層と電気的に接続されたｐ側電極と、を備え、前記ｎ側層は、ＡｌとＧａとＳｉとＧｅとを含み、前記ｎ側層は、複数の凸部が配置された第１面と、前記第１面の反対側に位置し、前記ｐ側層及び前記活性層が配置された第２面と、前記第１面の反対側に位置し、前記ｐ側層及び前記活性層から露出し、前記ｎ側電極が接続された第３面とを有し、前記ｎ側層において、前記第１面側のＧｅ濃度は、前記第２面側及び前記第３面側のＧｅ濃度よりも高く、前記ｎ側層において、前記第３面側のＳｉ濃度は、前記第１面側のＳｉ濃度よりも高い。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、順方向電圧の低減を可能にする発光素子の製造方法及び発光素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図2】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図3】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図4】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図5】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図6】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図7】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図8】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図9】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図10】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図11】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図12】第１実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図13】第１実施形態の発光素子の平面図である。

【図14】第２実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図15】第２実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図16】第２実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図17】第２実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図18】第２実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図19】第２実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図20】第２実施形態の発光素子の製造方法の一工程を説明するための断面図である。

【図21】第２実施形態の発光素子の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面中、同じ構成には同じ符号を付している。なお、各図面は、実施形態を模式的に示したものであるため、各部材のスケール、間隔若しくは位置関係などが誇張、又は部材の一部の図示を省略する場合がある。また、断面図として、切断面のみを示す端面図を示す場合がある。

【0009】

以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。また、特定の方向又は位置を示す用語（例えば、「上」、「下」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向又は位置を分かり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向又は位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。本明細書において「平行」とは、２つの直線、辺、面等が延長しても交わらない場合だけでなく、２つの直線、辺、面等がなす角度が１０°以内の範囲で交わる場合も含む。本明細書において「上」と表現する位置関係は、接している場合と、接していないが上方に位置している場合も含む。

【0010】

［第１実施形態］
第１実施形態の発光素子の製造方法について、図１～図１２を参照して説明する。

【0011】

第１実施形態の発光素子の製造方法は、図５に示すように、第１基板１０１の上方に半導体構造体１０を形成する工程を有する。半導体構造体１０を形成する工程は、ｎ側層１５を形成する工程と、活性層１６を形成する工程と、ｐ側層１７を形成する工程とを有する。ｎ側層１５、活性層１６、及びｐ側層１７は、窒化物半導体からなる。窒化物半導体は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含む。半導体構造体１０に含まれる半導体層の形成には、例えば、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法等を用いることができる。

【0012】

図１に示すように、ｎ側層１５を形成する工程は、第１基板１０１の上方に第１ｎ側層１１を形成する工程を有する。第１ｎ側層１１は、第１基板１０１の上方に下地層１０３を介して形成することが好ましい。第１基板１０１は、窒化物半導体層を成長させるための基板である。第１基板１０１として、例えば、サファイア基板を用いることができる。下地層１０３として、例えば、アンドープのＧａＮ（窒化ガリウム）層を用いることができる。下地層１０３の厚みは、例えば、５μｍ以上８μｍ以下である。

【0013】

第１ｎ側層１１は、第１原料ガスを用いて第１基板１０１の上方に形成される。第１原料ガスは、Ａｌ（アルミニウム）原料ガスと、Ｇａ（ガリウム）原料ガスと、Ｇｅ（ゲルマニウム）原料ガスと、Ｎ（窒素）原料ガスとを含む。Ａｌ原料ガスとして、例えば、トリメチルアルミニウムを含むガスを用いることができる。Ｇａ原料ガスとして、例えば、トリメチルガリウム又はトリエチルガリウムを含むガスを用いることができる。Ｇｅ原料ガスとして、例えば、テトラエチルゲルマニウムを含むガスを用いることができる。Ｎ原料ガスとして、例えば、アンモニアを含むガスを用いることができる。第１ｎ側層１１は、ｎ型不純物としてＧｅを含むｎ型のＡｌＧａＮ層である。第１ｎ側層１１のＡｌ組成比は、例えば、２％以上１０％以下である。第１ｎ側層１１のＧｅ濃度は、例えば、１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である。

【0014】

図２に示すように、ｎ側層１５を形成する工程は、第１ｎ側層１１の上方に第２ｎ側層１２を形成する工程を有する。第２ｎ側層１２は、第２原料ガスを用いて形成することができる。第２原料ガスは、Ａｌ原料ガスと、Ｇａ原料ガスと、Ｓｉ（シリコン）原料ガスと、Ｎ原料ガスとを含む。第２原料ガスにおけるＡｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、及びＮ原料ガスは、第１原料ガスと同じものを用いることができる。Ｓｉ原料ガスとして、例えば、モノシランを含むガスを用いることができる。第２ｎ側層１２は、ｎ型不純物としてＳｉを含むｎ型のＡｌＧａＮ層である。第２ｎ側層１２のＡｌ組成比は、例えば、２％以上１０％以下である。第２ｎ側層１２のＳｉ濃度は、例えば、１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である。第２ｎ側層１２のＳｉ濃度は、第１ｎ側層１１のＳｉ濃度よりも高い。第２ｎ側層１２のＧｅ濃度は、第１ｎ側層１１のＧｅ濃度よりも低い。なお、Ｓｉ濃度とは、半導体層中に含まれるＳｉの不純物濃度である。また、Ｇｅ濃度とは、半導体層中に含まれるＧｅの不純物濃度である。

【0015】

第２ｎ側層１２の上方に活性層１６が形成される。ここで、第２ｎ側層１２の上方に、図３に示す第３ｎ側層１３を介して活性層１６を形成することが好ましい。この場合、ｎ側層１５を形成する工程は、第２ｎ側層１２を形成する工程の後に、第２ｎ側層１２の上方に第３ｎ側層１３を形成する工程を有する。第３ｎ側層１３は、第２ｎ側層１２を形成するときと同じ第２原料ガスを用いて形成することができる。第３ｎ側層１３は、ｎ型不純物としてＳｉを含むｎ型のＡｌＧａＮ層である。第３ｎ側層１３のＡｌ組成比は、例えば、２％以上１０％以下である。

【0016】

第３ｎ側層１３のＳｉ濃度は、第２ｎ側層１２のＳｉ濃度よりも低い。また、第３ｎ側層１３のＳｉ濃度は、第１ｎ側層１１のＧｅ濃度よりも低い。すなわち、第３ｎ側層１３のｎ型不純物濃度は、第２ｎ側層１２のｎ型不純物濃度及び第１ｎ側層１１のｎ型不純物濃度よりも低い。第３ｎ側層１３のＳｉ濃度は、例えば、１×１０^１６ｃｍ^－３以上１×１０^１８ｃｍ^－３以下である。

【0017】

第３ｎ側層１３を形成する工程において、第３ｎ側層１３を第１ｎ側層１１よりも薄く、且つ第２ｎ側層１２よりも薄く形成することが好ましい。例えば、第３ｎ側層１３を形成する工程において、第３ｎ側層１３の厚みを０．１μｍ以上０．３μｍ以下に形成する。

【0018】

第３ｎ側層１３は、第２ｎ側層１２よりもｎ型不純物濃度が低いため、第２ｎ側層１２よりも結晶性や平坦性を向上させることができる。そのため、第２ｎ側層１２の上方に、第３ｎ側層１３を介して活性層１６を形成することで、活性層１６の結晶性や平坦性を向上させることができる。

【0019】

図４に示すように、第３ｎ側層１３の上方に活性層１６が形成される。活性層１６は、紫外光を発する。例えば、活性層１６からの光の発光ピーク波長は４００ｎｍ以下であり、具体的には２１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、より具体的には３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。

【0020】

図５に示すように、活性層１６の上方にｐ側層１７が形成される。ｐ側層１７は、ｐ型のＡｌＧａＮ層を含む。ｐ型のＡｌＧａＮ層は、ｐ型不純物として、例えば、Ｍｇ（マグネシウム）を含む。

【0021】

図６に示すように、第１実施形態の発光素子の製造方法は、ｐ側層１７上にｐ側電極３１を形成する工程を有する。ｐ側電極３１は、ｐ側層１７と電気的に接続される。また、第１実施形態の発光素子の製造方法は、ｐ側層１７上に第１保護膜４１を形成する工程を有する。第１保護膜４１は、ｐ側層１７上においてｐ側電極３１が形成されていない領域に形成される。第１保護膜４１は、絶縁性を有する膜である。第１保護膜４１として、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等を用いることができる。

【0022】

図７に示すように、第１実施形態の発光素子の製造方法は、ｐ側電極３１及び第１保護膜４１を形成する工程の後に、ｐ側層１７側に第２基板１０２を配置し、ｐ側電極３１と第２基板１０２とを接合する工程を有する。第２基板１０２として、例えば、シリコン基板を用いることができる。ｐ側電極３１は、接合部材１０４を介して第２基板１０２と接合される。第１保護膜４１も、接合部材１０４を介して第２基板１０２と接合される。接合部材１０４として、例えば、錫を含む金属部材を用いることができる。

【0023】

第１実施形態の発光素子の製造方法は、ｐ側電極３１と第２基板１０２とを接合する工程の後に、第１基板１０１及び第１ｎ側層１１を除去し、第２ｎ側層１２を露出させる工程を有する。

【0024】

第１基板１０１としてサファイア基板を用いた場合、第１基板１０１は、例えば、レーザーリフトオフ法により除去することができる。下地層１０３を形成した場合、第１基板１０１を除去することで、図８に示すように、下地層１０３が露出する。その後、さらに下地層１０３と第１ｎ側層１１を除去する。下地層１０３と第１ｎ側層１１は、例えば、ドライエッチングにより除去することができる。ドライエッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）を用いることができる。

【0025】

下地層１０３及び第１ｎ側層１１を除去することで、図９に示すように、第２ｎ側層１２が露出する。第２ｎ側層１２を露出させる工程において、第２ｎ側層１２の一部を除去してもよい。第１実施形態の発光素子の製造方法は、図１０に示すように、第２ｎ側層１２を露出させる工程において露出させた第２ｎ側層１２に、ｎ側電極３２を形成する工程を有する。ｎ側電極３２は、第２ｎ側層１２上において、第１保護膜４１の上方に位置する領域に形成される。ｎ側電極３２は、第２ｎ側層１２上において、ｐ側電極３１の上方に位置する領域には形成されない。ｎ側電極３２は、第２ｎ側層１２と電気的に接続される。なお、ｎ側電極３２を形成する工程の前に、第２ｎ側層１２の上面のうち、ｎ側電極３２が形成されない部分を粗面化する工程を有していてもよい。第２ｎ側層１２を粗面化する方法としては、例えば、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法等を用いることができる。

【0026】

第１実施形態の発光素子の製造方法は、ｎ側電極３２を形成した後、図１１に示すように、半導体構造体１０に溝９１を形成し、半導体構造体１０を複数の素子部に分離する工程を有する。

【0027】

第１実施形態の発光素子の製造方法は、図１２に示す第２保護膜４２を形成する工程を有する。第２保護膜４２は、絶縁性を有する膜である。第２保護膜４２として、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２等を用いることができる。第２保護膜４２は、溝９１を画定する半導体構造体１０の側面、第２ｎ側層１２の上面、及びｎ側電極３２を覆う。ｎ側電極３２の上面を覆う第２保護膜４２の一部には開口部４２ａが形成される。ｎ側電極３２の一部が、開口部４２ａを通じて第２保護膜４２から露出する。また、第１実施形態の発光素子の製造方法は、第２基板１０２の裏面に裏面電極３３を形成する工程を有する。裏面電極３３は、第２基板１０２及び接合部材１０４を介して、ｐ側電極３１と電気的に接続される。この後、溝９１の位置で、第１保護膜４１、接合部材１０４、第２基板１０２、及び裏面電極３３を切断して、図１２に示す発光素子１が得られる。

【0028】

図１３は、第１実施形態の発光素子１の平面図である。図１２は、図１３のＸII-ＸII線における断面図である。

【0029】

図１３に示すように、ｎ側電極３２は、パッド部３２ａと延伸部３２ｂとを有する。ｎ側電極３２は、例えば、２つのパッド部３２ａを有する。パッド部３２ａの一部が、開口部４２ａにおいて第２保護膜４２から露出する。複数の延伸部３２ｂは、パッド部３２ａから延伸している。例えば、平面視において、延伸部３２ｂは発光素子１の外縁に沿って延伸している。また、２つの延伸部３２ｂが２つのパッド部３２ａの間を接続している。

【0030】

発光素子１は、配線部を有する配線基板上に実装される。裏面電極３３は、配線基板の配線部に接合され、配線部と電気的に接続される。第２保護膜４２から露出するｎ側電極３２のパッド部３２ａには配線基板の配線部と電気的に接続されたワイヤが接合される。

【0031】

Ｇｅの原子半径とＧａの原子半径との差は、Ｓｉの原子半径とＧａの原子半径との差よりも小さい。ここで、例えば、Ｇｅ原料ガスやＳｉ原料ガスを用いて不純物を含むＧａＮ層を形成する際、ＧｅやＳｉ等の不純物はＧａＮ層におけるＧａと置き換わることで点欠陥を生じさせるおそれがある。この点欠陥の発生率は、Ｇａの原子半径と、Ｇａと置き換わるＧｅ又はＳｉの原子半径との差を小さくすることで低くすることができると推測される。このことから、第２ｎ側層１２よりも高い濃度でＧｅを含む第１ｎ側層１１は、第２ｎ側層１２よりも点欠陥が生じにくく、結晶性が良好になると考えられる。そのため、第１ｎ側層１１の結晶性は、第２ｎ側層１２の結晶性よりも良好にしやすい。第１実施形態によれば、第１基板１０１の上方に第１ｎ側層１１を形成し、その第１ｎ側層１１の上方に第２ｎ側層１２を形成するので、第２ｎ側層１２の結晶性も良好にすることができる。一方で、第１ｎ側層１１よりも高い濃度でＳｉを含む第２ｎ側層１２は、第１ｎ側層１１よりも第２ｎ側層１２自体のシート抵抗、およびｎ側電極３２との接触抵抗を低くできる。第１実施形態によれば、ｎ側層１５と電気的に接続するためのｎ側電極３２は、第２ｎ側層１２に接続させる。すなわち、第１実施形態によれば、ｎ側層１５の結晶性を良好にすることができ、且つｎ側層１５におけるｎ側電極３２との接続部分の抵抗を低くできる。これにより、順方向電圧を低減することができる。

【0032】

ｎ側電極３２が接する第２ｎ側層１２は、ｎ側電極３２から供給される電流を拡散させる拡散層として機能する。そのため、第２ｎ側層１２において電流を拡散しやすくするため、第２ｎ側層１２を形成する工程において、第２ｎ側層１２を第１ｎ側層１１よりも厚く形成することが好ましい。サファイア基板上に第２ｎ側層１２としてＧａＮ層を形成する場合、ｎ側層１５の厚みに対するＧａＮ層の厚みの割合が大きくなり、ウェーハの反りが大きくなる傾向がある。これに対して、サファイア基板上に、第２ｎ側層１２としてＡｌＧａＮ層を形成することで、第２ｎ側層１２としてＧａＮ層を形成するよりもウェーハの反りを低減することができる。

【0033】

第１ｎ側層１１は除去されるため、第１ｎ側層１１を第２ｎ側層１２よりも薄くすることで、第１ｎ側層１１の除去が容易になる。例えば、第１ｎ側層１１を形成する工程において、第１ｎ側層１１の厚みを０．２μｍ以上１．２μｍ以下に形成する。例えば、第２ｎ側層１２を形成する工程において、第２ｎ側層１２の厚みを１μｍ以上３μｍ以下に形成する。

【0034】

第１ｎ側層１１を除去する工程において、第１ｎ側層１１のすべてを除去することに限らず、第１ｎ側層１１の一部を、第２ｎ側層１２上におけるｎ側電極３２を配置しない領域に残してもよい。

【0035】

［第２実施形態］
第２実施形態の発光素子の製造方法について、図１４～図２０を参照して説明する。

【0036】

第２実施形態の発光素子の製造方法も、第１実施形態と同様に、図１４に示すように、第１基板１０１の上方に半導体構造体１０を形成する工程を有する。半導体構造体１０を形成する工程は、ｎ側層１５を形成する工程と、活性層１６を形成する工程と、ｐ側層１７を形成する工程とを有する。ｎ側層１５を形成する工程は、第１基板１０１の上方に下地層１０３を介して第１ｎ側層１１を形成する工程と、第１ｎ側層１１の上方に第２ｎ側層１２を形成する工程とを有する。また、ｎ側層１５を形成する工程は、第２ｎ側層１２の上方に第３ｎ側層１３を形成する工程を有することができる。

【0037】

第２実施形態においても、第２ｎ側層１２よりも高い濃度でＧｅを含む第１ｎ側層１１の結晶性は、第２ｎ側層１２の結晶性よりも良好にしやすい。そのため、第１基板１０１の上方に第１ｎ側層１１を形成し、その第１ｎ側層１１の上方に第２ｎ側層１２を形成するので、第２ｎ側層１２の結晶性も良好にすることができる。

【0038】

第２実施形態の発光素子の製造方法は、第１基板１０１の上方に半導体構造体１０を形成した後、図１５に示すように、ｐ側層１７の一部及び活性層１６の一部をｐ側層１７側から除去し、第２ｎ側層１２の一部をｐ側層１７及び活性層１６から露出させる工程を有する。第３ｎ側層１３を形成した場合には、ｐ側層１７の一部、活性層１６の一部、及び第３ｎ側層１３の一部をｐ側層１７側から除去し、第２ｎ側層１２の一部をｐ側層１７、活性層１６、及び第３ｎ側層１３から露出させる。例えば、ＲＩＥ等により、ｐ側層１７の一部、活性層１６の一部、及び第３ｎ側層１３の一部を除去することができる。

【0039】

ｎ側層１５は、第１基板１０１側に位置する第１面１５ａと、第１面１５ａの反対側に位置し、ｐ側層１７及び活性層１６が配置された第２面１５ｂと、第１面１５ａの反対側に位置し、ｐ側層１７及び活性層１６から露出した第３面１５ｃとを有する。図１５において、第１面１５ａは第１ｎ側層１１の下面であり、第２面１５ｂは第３ｎ側層１３の上面であり、第３面１５ｃはｐ側層１７、活性層１６、及び第３ｎ側層１３から露出した第２ｎ側層１２の一部である。

【0040】

第２ｎ側層１２の一部（第３面１５ｃ）を露出させた後、図１６に示すように、ｐ側層１７上に反射電極３４が形成される。反射電極３４は、活性層１６が発する光に対して高い反射性を有することが好ましい。反射電極３４は、例えばＡｇを含む金属層である。ここで、反射電極３４が、活性層１６が発する光に対して高い反射率を有するとは、反射電極３４が活性層１６からの光の波長に対して、７０％以上の反射率、好ましくは８０％以上の反射率を有していることを意味する。

【0041】

反射電極３４を形成した後、反射電極３４及びｐ側層１７の上面を覆うように第１絶縁膜４３を形成する。第１絶縁膜４３は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２等を用いることができる。

【0042】

第１絶縁膜４３を形成した後、第２絶縁膜４４を形成する。第２絶縁膜４４は、第１絶縁膜４３、第３面１５ｃ、ｐ側層１７の側面、活性層１６の側面、第３ｎ側層１３の側面、及び第３ｎ側層１３の下の第２ｎ側層１２の側面を覆う。第２絶縁膜４４は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２等を用いることができる。

【0043】

第２絶縁膜４４を形成した後、反射電極３４上の第１絶縁膜４３の一部及び第２絶縁膜４４の一部を除去し、反射電極３４を露出させる第１ｐ側開口部を形成する。第１ｐ側開口部を形成した後、第２絶縁膜４４上及び第１ｐ側開口部にｐ側電極３７を形成する。第１ｐ側開口部においてｐ側電極３７は反射電極３４に接する。ｐ側電極３７は、反射電極３４を介してｐ側層１７と電気的に接続される。また、第２絶縁膜４４上に、導電部材３８が形成される。ｐ側電極３７及び導電部材３８は、同じ材料で同じ工程で形成することができる。ｐ側電極３７及び導電部材３８として、例えば、ＡｌおよびＣｕの少なくともいずれかを含む金属層を用いることができる。

【0044】

ｐ側電極３７及び導電部材３８を形成した後、ｐ側電極３７及び導電部材３８を覆うように、第２絶縁膜４４上に第３絶縁膜４５を形成する。第３絶縁膜４５は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２等を用いることができる。

【0045】

第３絶縁膜４５を形成した後、第３面１５ｃ上の第２絶縁膜４４の一部及び第３絶縁膜４５の一部を除去し、第３面１５ｃを露出させる第１ｎ側開口部を形成する。また、第３絶縁膜４５を形成した後、導電部材３８上の第３絶縁膜４５の一部を除去し、第２ｎ側開口部を形成する。

【0046】

第１ｎ側開口部及び第２ｎ側開口部を形成した後、第３絶縁膜４５上、第１ｎ側開口部、及び第２ｎ側開口部にｎ側電極３６を形成する。第１ｎ側開口部においてｎ側電極３６は第３面１５ｃに接し、ｎ側電極３６はｎ側層１５と電気的に接続される。第２ｎ側開口部においてｎ側電極３６は導電部材３８に接する。ｎ側電極３６として、例えば、ＡｌおよびＣｕの少なくともいずれかを含む金属層を用いることができる。

【0047】

第１ｎ側層１１よりも高い濃度でＳｉを含む第２ｎ側層１２は、第１ｎ側層１１よりも抵抗率を低くできる。第２実施形態によれば、ｎ側層１５と電気的に接続するためのｎ側電極３６は、第２ｎ側層１２に接続させる。すなわち、第２実施形態によれば、前述したようにｎ側層１５の結晶性を良好にすることができ、且つｎ側層１５におけるｎ側電極３６との接続部分の抵抗を低くできる。これにより、順方向電圧を低減することができる。

【0048】

ｎ側電極３６が接する第２ｎ側層１２は、ｎ側電極３６から供給される電流を拡散させる拡散層として機能する。そのため、第２ｎ側層１２において電流を拡散しやすくするため、第２ｎ側層１２を形成する工程において、第２ｎ側層１２を第１ｎ側層１１よりも厚く形成することが好ましい。

【0049】

第２実施形態の発光素子の製造方法は、ｐ側電極３７を形成する工程及びｎ側電極３６を形成する工程の後に、図１７に示すように、半導体構造体１０のｎ側電極３６及びｐ側電極３７側に第２基板１０２を配置する工程を有する。第２基板１０２として、例えば、シリコン基板を用いることができる。ｎ側電極３６は、接合部材１０４を介して第２基板１０２と接合される。接合部材１０４として、例えば、錫を含む金属部材を用いることができる。

【0050】

第２実施形態の発光素子の製造方法は、第２基板１０２を配置する工程の後に、第１基板１０１を除去し、第１ｎ側層１１を露出させる工程を有する。第１基板１０１としてサファイア基板を用いた場合、第１基板１０１を、例えば、レーザーリフトオフ法により除去することができる。下地層１０３を形成した場合、第１基板１０１を除去した後、下地層１０３を除去する。第１基板１０１及び下地層１０３を除去することで、図１８に示すように、第１ｎ側層１１が露出する。第１ｎ側層１１の露出した面は、ｎ側層１５の第１面１５ａである。第１面１５ａは複数の凸部を有する粗面として形成されている。

【0051】

第２ｎ側層１２よりも高い濃度でＧｅを含む第１ｎ側層１１の表面粗さは、第１基板１０１上に形成する際に第２ｎ側層１２の表面粗さよりも大きくなる傾向がある。したがって、第１基板１０１及び下地層１０３の除去により、第２ｎ側層１２の表面粗さよりも大きい表面粗さを有する第１面１５ａが露出する。第１面１５ａは発光素子における光の主な取り出し面となる。そのため、第１ｎ側層１１の表面を第１面１５ａとして露出させることで、第２ｎ側層１２の表面を第１面１５ａとして露出させる場合に比べて光取り出し効率を向上させることができる。

【0052】

さらに、第２実施形態の発光素子の製造方法によれば、第１面１５ａを露出させた後、粗面化工程を行い、第１面１５ａの表面粗さをさらに大きくする。粗面化工程としては、例えば、ＣＭＰ法等を用いることができる。このとき、第１面１５ａにおける第２領域１５ａ２はマスクで覆い、第１領域１５ａ１に対して粗面化工程を行い、第１領域１５ａ１の表面粗さ（又は第１領域１５ａ１の凸部の高さ）をさらに大きくする。

【0053】

第１ｎ側層１１を露出させた後、例えば、ＲＩＥ法により、第１ｎ側層１１の一部及び第２ｎ側層１２の一部を第１ｎ側層１１側から除去し、図１９に示すように、第２絶縁膜４４の一部を半導体構造体１０から露出させる。これにより、半導体構造体１０は複数の素子部に分離される。さらに、後述するパッド電極が配置される領域の半導体構造体１０も除去される。

【0054】

第１領域１５ａ１の下方には、活性層１６及びｐ側層１７が位置する。第２領域１５ａ２の下方には、ｎ側電極３６と第３面１５ｃとの接続部分が位置する。第１領域１５ａ１に対する粗面化工程により、第１領域１５ａ１には、第２領域１５ａ２に形成された凸部よりも大きな高さの複数の凸部が形成される。これにより、活性層１６からの光の第１領域１５ａ１からの取り出し効率をより向上させることができる。

【0055】

また、第１領域１５ａ１に対する粗面化工程により、第１領域１５ａ１の下方における第１ｎ側層１１の最小厚さは、第２領域１５ａ２の下方における第１ｎ側層１１の最小厚さよりも薄くなる。これにより、第１領域１５ａ１の下方の第１ｎ側層１１における光の減衰を抑制し、第１領域１５ａ１からの光取り出し効率をより向上させることができる。

【0056】

また、第２領域１５ａ２の下方における第１ｎ側層１１の最小厚さは、第１領域１５ａ１の下方における第１ｎ側層１１の最小厚さよりも厚い。すなわち、ｎ側電極３６と第３面１５ｃとの接続部分が位置するｎ側層１５の厚さを厚くすることで、順方向電圧を低減することができる。

【0057】

図１９に示す工程の後、図２０に示すように、保護膜４６、ｐ側パッド電極５１、及びｎ側パッド電極５２を形成し、さらに第２基板１０２を所定位置で切断して、第２実施形態の発光素子２が得られる。保護膜４６は、第１面１５ａ、半導体構造体１０の側面、及び第２絶縁膜４４を覆う。保護膜４６は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２等を用いることができる。保護膜４６を形成した後、半導体構造体１０が配置されていない領域におけるｐ側電極３７上の保護膜４６の一部及び第２絶縁膜４４の一部を除去し、ｐ側電極３７を露出させる第２ｐ側開口部を形成する。また、半導体構造体１０が配置されていない領域における導電部材３８上の保護膜４６の一部及び第２絶縁膜４４の一部を除去し、導電部材３８を露出させる第３ｎ側開口部を形成する。そして、第２ｐ側開口部にｐ側パッド電極５１を配置し、第３ｎ側開口部にｎ側パッド電極５２を配置する。ｐ側パッド電極５１はｐ側電極３７と電気的に接続され、ｎ側パッド電極５２は導電部材３８を介してｎ側電極３６と電気的に接続される。

【0058】

図２１は、第２実施形態の発光素子２の平面図である。図２０は、図２１のＸＸ-ＸＸ線における断面図である。

【0059】

発光素子２の半導体構造体１０は、ｎ側層１５と、ｐ側層１７と、ｎ側層１５とｐ側層１７との間に配置され紫外光を発する活性層１６とを有する。

【0060】

ｎ側層１５は、複数の凸部が配置された第１面１５ａと、第１面１５ａの反対側に位置し、ｐ側層１７及び活性層１６が配置された第２面１５ｂと、第１面１５ａの反対側に位置し、ｐ側層１７及び活性層１６から露出し、ｎ側電極３６が接続された第３面１５ｃとを有する。

【0061】

ｎ側層１５は、ＧｅがドープされたＡｌＧａＮ層である第１ｎ側層１１と、ＳｉがドープされたＡｌＧａＮ層である第２ｎ側層１２とを有する。また、ｎ側層１５は、ＳｉがドープされたＡｌＧａＮ層である第３ｎ側層１３をさらに有することができる。すなわち、ｎ側層１５は、Ａｌと、Ｇａと、Ｓｉと、Ｇｅとを含む。

【0062】

図２０において、第１ｎ側層１１の上面がｎ側層１５の第１面１５ａである。図２０に示す例では、第１ｎ側層１１、第２ｎ側層１２、および第３ｎ側層１３がｎ側層１５の第１面１５ａ側から順に配置されている。第３ｎ側層１３における第２ｎ側層１２とは反対側に活性層１６が配置されている。ｎ側電極３６が接続する第３面１５ｃは、第２ｎ側層１２の一部である。

【0063】

ｎ側層１５において、第１面１５ａ側のＧｅ濃度は、第２面１５ｂ側のＧｅ濃度及び第３面１５ｃ側のＧｅ濃度よりも高い。ｎ側層１５において、第３面１５ｃ側のＳｉ濃度は、第１面１５ａ側のＳｉ濃度よりも高い。ｎ側層１５において、第２面１５ｂ側のＳｉ濃度は、第１面１５ａ側のＳｉ濃度よりも高い。

【0064】

ｎ側層１５において、第１面１５ａ側のＧｅ濃度は、第２面１５ｂ側のＧｅ濃度及び第３面１５ｃ側のＧｅ濃度よりも高い。そのため、前述したように、第１面１５ａの表面粗さは、第２面１５ｂ及び第３面１５ｃの表面粗さよりも大きくなりやすく、第１面１５ａからの光の取り出し効率を向上できる。

【0065】

ｎ側電極３６は、第１面１５ａ側よりもＳｉ濃度が高い側である第３面１５ｃに接続するので、順方向電圧を低減することができる。

【0066】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。本発明の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものである。

【符号の説明】

【0067】

１，２…発光素子、１０…半導体構造体、１１…第１ｎ側層、１２…第２ｎ側層、１３…第３ｎ側層、１５…ｎ側層、１５ａ…第１面、１５ｂ…第２面、１５ｃ…第３面、１６…活性層、１７…ｐ側層、３１…ｐ側電極、３２…ｎ側電極、３３…裏面電極、３４…反射電極、３６…ｎ側電極、３７…ｐ側電極、３８…導電部材、５１…ｐ側パッド電極、５２…ｎ側パッド電極、１０１…第１基板、１０２…第２基板、１０３…下地層、１０４…接合部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】