窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子
【課題】対向電極構造を有する窒化物半導体素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】対向する二つの主面を有し、ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板１の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層２〜５と、活性層６と、ｐ型窒化物半導体層７〜８と、を成長させて接合用積層体を形成する。次に、ｐ型窒化物半導体層８の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層９を設ける一方、対向する二つの主面を有し、ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ上記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する支持基板１０の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層１１を設ける。次に、第１の接合層９と第２の接合層１１とを対向させて、接合用積層体と支持基板１０とを加熱圧接して接合する。その後、接合用積層体から成長用基板１を除去して、窒化物半導体素子を得る。
【解決手段】対向する二つの主面を有し、ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板１の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層２〜５と、活性層６と、ｐ型窒化物半導体層７〜８と、を成長させて接合用積層体を形成する。次に、ｐ型窒化物半導体層８の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層９を設ける一方、対向する二つの主面を有し、ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ上記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する支持基板１０の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層１１を設ける。次に、第１の接合層９と第２の接合層１１とを対向させて、接合用積層体と支持基板１０とを加熱圧接して接合する。その後、接合用積層体から成長用基板１を除去して、窒化物半導体素子を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、レーザダイオード素子（ＬＤ）等の発光素子、太陽電池、光センサ等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられる、窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いた窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイアは、そのエピタキシャル成長工程の高温アンモニア雰囲気中における安定性の為、高効率の窒化物半導体の発光素子を成長させる為の基板として望ましいものであることは実証されている。具体的にはサファイア基板上に成長させた窒化物半導体素子は高輝度青色ＬＥＤ、純緑色ＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）に利用されており、その用途はフルカラーディスプレイや信号表示機、イメージスキャナー、光ディスク用光源等大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、又は印刷機器等である。さらに電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような電子デバイスへの応用も期待されている。
【０００３】
窒化物半導体は有望な半導体材料でありながら、バルク単結晶の製造が難しい。したがって、現状ではサファイア、ＳｉＣ等の異種基板の上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を利用してＧａＮを成長させるヘテロエピタキシ技術が汎用されている。特にサファイア基板を用いる場合はサファイア基板上に６００℃程度の低温でＡｌＧａＮを緩衝層として形成後、その上に窒化物半導体層を成長させる方法が使用されている。これにより、窒化物半導体層の結晶性向上が実現された。特許文献１には、ＧａＸＡｌ１−ＸＮをバッファ層として、その上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させた構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１５４９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、サファイアは熱伝導率が悪い絶縁体であり、これにより素子は限定された構造となってしまう。例えば、ＧａＡｓやＧａＰのような導電体基板であれば、電気接触部（電極）を半導体装置の上面に１つ、また底面にはもう１つの接触部を設けることができるが、サファイア上に成長させた発光素子は上面（同一面）に２つの電気接触部を設けることになる。そのため、サファイア等の絶縁体基板を用いると、導電体基板に比べて同一基板面積における有効発光面積を狭めてしまう。さらに、絶縁体基板を用いた場合、同一φのウェハーから取れる素子（チップ）数が少ないことになる。
【０００５】
また、サファイア等の絶縁体基板を用いた窒化物半導体素子はフェイスアップ型やフェイスダウン型があるが、これらは同一面に両電極を有するため、電流密度が局部的に高くなり素子（チップ）が発熱する。また、電極に対するワイヤーボンディング工程においてｐｎ両電極にそれぞれワイヤーが必要なためチップサイズが大きくなりチップの収率が落ちる。更にサファイアは硬度が高く、六方晶の結晶構造である。そのため、サファイアを成長基板として使われた場合はサファイア基板をスクライブによりチップ分離する必要があり、他の基板に比べて製造工程を増加しなければならない。
【０００６】
一方、ＳｉＣを基板に用いた窒化物半導体素子では、ＳｉＣが導電性を示すため、素子の上下両面に電極を形成することができる。しかしながら、ＳｉＣ基板の上に窒化物半導体素子を成長した場合、ＳｉＣ基板と接する側の窒化物半導体層には電極を直接形成することができない。即ち、一方の電極は窒化物半導体に直接接するように形成できるが、他方の電極はＳｉＣ基板の裏面に形成する必要がある。このため、ＳｉＣ基板を介して電流を流し、発熱を放熱することになるが、ＳｉＣの導電率や熱伝導率は十分でない。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題を鑑み、窒化物半導体の積層体の一方の主面にｐ電極が形成され、他方の主面にｎ電極が形成されるような、両電極が向かい合う対向電極構造を形成した窒化物半導体素子、及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
さらにまた、近年、紫外領域等の短波長で発光するＬＥＤが実用可能となっている。図２１は、紫外領域で発光する窒化物半導体素子の構造の一例を示す模式図である。サファイヤ基板５１上に、ＧａＮバッファ層５２、ｎ型ＧａＮコンタクト層５３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５４、ＩｎＧａＮ活性層５５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５６、ｐ型ＧａＮコンタクト層５７が積層され、そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層５７の上にはｐ電極５８、エッチングにより露出させたｎ型ＧａＮコンタクト層５３の上にはｎ電極５９が形成されている。活性層のＩｎ組成比を変化させることにより発光波長を変化させることができ、Ｉｎ組成比を小さくすることにより発光波長の短波長化が図られている。
【０００９】
しかしながら、発光波長を短く、例えばＧａＮのバンドギャップである３６５ｎｍよりも短くしようとすると、活性層として従来用いられているＩｎＧａＮの量子井戸構造を用いることが困難となり、十分な発光出力が得られないという問題もある。さらには、ＧａＮコンタクト層等の、発光波長に近いバンドギャップを有する材料の吸収により光取り出し効率が著しく低下するという問題もある。
【００１０】
そこで、本発明の別の目的は、上記課題を解決し、電流分布を均一化して素子の発熱を抑制することを可能とし、さらに紫外領域においても高い発光出力を有する窒化物半導体素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本件第１発明の窒化物半導体素子の製造方法は、対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、対向する二つの主面を有し、上記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、を成長させて接合用積層体を形成し、上記ｐ型窒化物半導体層の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層を設ける一方、対向する二つの主面を有し、上記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ上記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する基板の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層を設け、第１の接合層と第２の接合層とを対向させて、接合用積層体と基板とを加熱圧接して接合し、上記接合用積層体の成長用基板を除去することを特徴とする。
【００１２】
基板は、導電性であることが好ましく、より好ましくは金属又は金属複合体であることが好ましい。金属又は金属複合体は、導電性が良好であるだけでなく、熱伝導率に優れるため、窒化物半導体素子の放熱性を向上することができる。尚、本件において「導電性」の基板には、金属伝導を示すものの他に、半導体も含まれる。
【００１３】
本件第１発明の製造方法によれば、成長用基板上に上記の活性層を含む窒化物半導体層を成長させ、次いでｐ型窒化物半導体層上に形成した第１の接合層と基板側の第２の接合層とを介して接合用積層体と基板とを接合し、次いで成長用基板を除去するようにしたので、ｐ型窒化物半導体層の上にはｐ型電極、そして露出させたｎ型窒化物半導体層の上にはｎ型電極を形成することができる。これにより、ｐ電極とｎ電極とを対向して配置することができるので、電流分布を均一化して素子の発熱を抑制することが可能となる。これにより、紫外領域においても発光出力の高い窒化物半導体素子を提供することが可能となる。
【００１４】
また、発明者らは鋭意研究した結果、窒化物半導体層への欠けや割れを防止するために、ｐ型窒化物半導体層に接合する支持用の基板を選択する際、その支持基板と成長用基板の熱膨張係数の関係に着目すべきことを見出した。即ち、支持基板の熱膨張係数を成長用基板の熱膨張係数と同じあるいは小さくすることで、窒化物半導体層の欠けや割れを大幅に低減し、歩留において信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることが可能となった。つまり、成長用基板と窒化物半導体層と支持基板との３つの熱膨張係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとしたとき、「Ａ＝Ｃ＞Ｂ」もしくは「Ａ＞Ｃ＞Ｂ」とする。
【００１５】
この熱膨張係数の関係によって窒化物半導体層の割れや欠けが防止できるメカニズムは、以下のように推定される。図２乃至４を参照しながら簡単に説明する。単純な例として、成長基板としてのサファイア基板２２上に、ＧａＮ層２３を成長し、ＧａＮ層２３の上に支持基板２４を接合する場合を考える。サファイアの熱膨張係数Ａは、約７．５×１０−６Ｋ−１であり、ＧａＮの熱膨張係数Ｂは、ｃ軸方向で約３．１７×１０−６Ｋ−１、ａ軸方向で約５．５９×１０−６Ｋ−１である。本件発明では、互いの接合界面の面方向における熱膨張係数の大小が問題となるため、サファイア基板のｃ面上にｃ軸成長させたＧａＮの場合、ＧａＮのａ軸方向での熱膨張係数に対する大小を調べれば良い。この上に種々の熱膨張係数Ｃを持った支持基板を形成する。
【００１６】
まず、熱膨張係数の関係が「Ｃ＞Ａ＞Ｂ」である場合、ウエハの反りは図２のようになる。サファイア基板２２のｃ面上にＧａＮ層２３を形成した状態では、図２（ａ）に示すように、ＧａＮ層２３の側が凸の反り形状となっている。そのＧａＮ層２３の上に、熱膨張係数Ｃがサファイア基板の熱膨張係数Ａよりも大きな支持基板２４を接合すると、図２（ｂ）に示すように、反りの方向が逆転する。このとき、ＧａＮ層２３には大きな歪みが加わるため、ＧａＮ層にクラックが生じたり、ＧａＮ層が剥がれるといった問題が生じ易い。
【００１７】
次に、熱膨張係数の関係が「Ａ＞Ｂ＞Ｃ」である場合、ウエハの反りは図３のようになる。まず、サファイア基板２２のｃ面上にＧａＮ層２３を形成した状態では、図３（ａ）に示すように、ＧａＮ層２３の側が凸の反り形状となっている。そのＧａＮ層２３の上に、熱膨張係数ＣがＧａＮ層の熱膨張係数Ｂよりも小さな支持基板２４を接合すると、図３（ｂ）に示すように、反りの方向は変わらない。次に、図３（ｃ）に示すように、ウエハを上下反転させた後、図３（ｄ）に示すように、サファイア基板２２を除去する。このとき、サファイア基板２２を除去する過程で反りの方向は変わらず、サファイア基板２２の側が凹状の反り形状となっている。このため、サファイア基板２２を研磨によって除去しようとしても、周辺部のみ研磨が進み、均一な研磨が困難である。また、レーザ照射によってサファイア基板２２を除去しようとしても、サファイア基板２２がＧａＮ層から浮上がりにくい。従って、サファイア基板２２の除去が難しく、無理にサファイア基板２２を除去しようとするとＧａＮ層２３に割れや剥離が生じてしまう。
【００１８】
これに対し、熱膨張係数の関係が「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」である場合、ウエハの反りは図４のようになる。まず、サファイア基板２２のｃ面上にＧａＮ層２３を形成した状態では、図４（ａ）に示すように、ＧａＮ層２３の側が凸の反り形状となっている。そのＧａＮ層２３の上に、熱膨張係数Ｃがサファイア基板２２の熱膨張係数Ａと同じか、やや小さな支持基板２４を接合すると、図４（ｂ）に示すように、反りが緩和される。次に、図４（ｃ）に示すように、ウエハを上下反転させた後、図４（ｄ）に示すように、サファイア基板２２を除去する。このとき、サファイア基板２２を除去すると、サファイア基板２２の側が凸の反り形状に変化する。このため、サファイア基板２２を研磨によって除去する際に、均一な研磨が行い易い。また、レーザ照射によってサファイア基板２２を除去する場合にも、サファイア基板２２がＧａＮ層２３から浮上がり易い。従って、サファイア基板２２を除去する際に、ＧａＮ層２３に割れや剥離が発生することを抑制できる。
【００１９】
このように、成長用基板と窒化物半導体層と支持基板との３つの熱膨張係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとしたとき、「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」とすることにより、窒化物半導体層に生じる欠けや割れを大幅に低減し、高い歩留で窒化物半導体素子を得ることが可能となる。また、上記のような熱膨張係数の関係とすることには、サファイア基板２２を除去した後の工程が容易になる利点もある。即ち、図４（ｄ）に示すように、最終的に窒化物半導体層２３の側が凸の反り形状となるため、支持基板２４の側を吸着する真空吸着によってフラットになり易い。従って、窒化物半導体層２３の研磨工程において均一な研磨が可能となり、フォトリソグラフィ工程におけるレジストの均一な塗布が可能となる。
【００２０】
尚、本発明における支持基板の熱膨張係数Ｃは、「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」の関係を充たすものであれば良いが、より好ましくは、成長用基板上の窒化物半導体層の厚さに応じて熱膨張係数Ｃの値を調整する。即ち、窒化物半導体層の膜厚が成長用基板の膜厚に比べて十分に薄い場合（例えば、窒化物半導体層の膜厚が３０μｍ以下の場合）、支持基板の熱膨張係数Ｃを成長用基板の熱膨張係数Ａとほぼ同じにすることが好ましい。この場合、支持基板の熱膨張係数Ｃと成長用基板の熱膨張係数Ａが完全に一致している必要はなく、支持基板の熱膨張係数Ｃが成長用基板の熱膨張係数Ａの±１０％程度であれば良い。一方、窒化物半導体層の膜厚が厚い場合（例えば、窒化物半導体層の膜厚が３０μｍを超える場合）、支持基板の好ましい熱膨張係数Ｃは、窒化物半導体層の膜厚に応じて、成長用基板の熱膨張係数Ａから窒化物半導体層の熱膨張係数Ｂに近い方に変化していく。
【００２１】
また、本件第１発明の製造方法では、上記第１の接合層がｐ型窒化物半導体層の直上に形成されたオーミック電極層を含むことが好ましい。さらに、第１の接合層が第１の共晶形成層を有し、かつ、第２の接合層が第２の共晶形成層を有することが好ましい。接合時には、第１及び第２の共晶形成層のそれぞれを構成する金属が互いに拡散して共晶を形成するので、接合力を高めることができる。
【００２２】
次に、本件第２発明の製造方法は、対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
（ａ）対向する二つの主面を有する成長用基板の一方の主面上に、上記活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体を含んだ下地層を成長し、
（ｂ）上記下地層の上に、少なくとも、前記ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層とを成長し、
（ｃ）上記ｐ型窒化物半導体層の上に、上記基板を接合し、
（ｄ）上記成長用基板と上記下地層とを除去することを特徴とする。
【００２３】
例えば３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子においては、上記成長用基板の一方の主面に接して、ＧａｅＡｌ１−ｅＮ（０＜ｅ≦１）から成るバッファ層と、アンドープのＧａＮ及びｎ型不純物をドープしたＧａＮのいずれかから成る高温成長層と、を含む下地層を設けることができる。下地層はその上に成長させる窒化物半導体の結晶性を向上させる効果を有する。さらに、アンドープのＧａＮまたはｎ型不純物をドープしたＧａＮのいずれかから成る高温成長層は、この層を成長させることで、その上に成長させる窒化物半導体層の結晶性を大きく向上させることができる。結晶性の良い窒化物半導体素子を得るためには、成長用基板、さらにはバッファ層の上に高温でＧａＮ層を成長させることが必要となる。この層を成長させずに活性層等を成長させても結晶性が非常に悪く、窒化物半導体発光素子などにおいては、発光出力が非常に弱く、実用的でない。
【００２４】
このように、ＧａＮからなる高温成長層を設けることで、結晶性の良い窒化物半導体素子を得ることができるが、下地層およびこの高温成長層としてＧａＮを含む場合、紫外領域ではＧａＮの自己吸収により、活性層からの光の一部がこのＧａＮ層で吸収されてしまい、発光出力が低下してしまう。本発明においては、導電性基板を接合した後、成長用基板と下地層および高温成長層のＧａＮとを除去するようにしたので、素子を構成する窒化物半導体の結晶性を良好に維持しながら、自己吸収を抑制することが可能となる。
【００２５】
尚、下地層を除去する際、下地層を完全に除去しなくても、発光の自己吸収を十分抑制できる程度に除去できていれば良い。例えば、上記の例において、発光を自己吸収するＧａＮ層の膜厚が０．１μｍ、好ましくは０．０１μｍになるまで除去すれば、自己吸収を十分抑制することができる。ＧａＮ層の膜厚がが０．１μｍ以下に薄膜化されている場合、発光の約７０％以上を取出すことができ、０．０１μｍ以下に薄膜化されている場合、発光の９６％以上を取出すことができる。成長用基板を除去するには、例えば、成長用基板の他方の主面の全面に電磁波を照射する方法を用いることができる。また、成長用基板を除去後にバッファ層及び高温成長層を除去するには、例えば、エッチングや研磨等の方法を用いることができる。
【００２６】
また、本件第２発明における下地層は、ＧａＮを含む場合に限定されない。その上に成長させるｎ型窒化物半導体層の結晶性を向上させるような下地層であって、活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体を含む下地層であれば良い。例えば、ＧａＮに少量のＩｎやＡｌを添加した場合であっても、その上に形成する層に比べてＩｎやＡｌの含有量が十分に少なければ、結晶性を向上させる効果が得られる。そのような下地層を介して素子構造を形成した後、成長用基板と共に下地層を除去することにより、素子を構成する窒化物半導体の結晶性を良好に維持しながら、自己吸収を抑制することができる。
【００２７】
ここで、「活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体」とは、活性層の発光波長に近いバンドギャップエネルギーを有する結果、発光の吸収が無視できないような窒化物半導体を指す。例えば、窒化物半導体のバンドギャップエネルギーが、次式で表されるように、発光ピークエネルギーよりも０．１ｅＶ大きいバンドギャップエネルギーを基準として、その基準よりも小さなバンドギャップエネルギーを持っていれば、活性層の発光を自己吸収する。
（自己吸収する窒化物半導体のバンドギャップエネルギー）≦（発光ピークエネルギー＋０．１ｅＶ）
尚、窒化物半導体のバンドギャップエネルギーと組成の関係については、ボウイングパラメータを１として考えれば良い。例えば３元混晶Ａ１−ｘＢｘＣの窒化物半導体のバンドギャップエネルギーは、２元混晶ＡＣとＢＣのバンドギャップエネルギーをＥＧ，ＡＣ、ＥＧ、ＢＣとして、次式で表すことができる。
ＥＧ（Ａ１−ｘＢｘＣ）＝（１−ｘ）ＥＧ，ＡＣ＋ｘＥＧ、ＢＣ−（１−ｘ）ｘ
【００２８】
また、「ｎ型窒化物半導体の結晶性を向上させる下地層」とは、その下地層を省略した点を除いて同一の層構成を持つ窒化物半導体素子と対比して、素子中のｎ型窒化物半導体の結晶性が高くなるような下地層をいう。一般に、下地層の上に成長させる層に比べて、結晶性が良好になり易い組成から成る下地層であれば、結晶性を向上させる機能を有する。窒化物半導体の場合、四元混晶よりも三元混晶、三元混晶よりも二元混晶の方が、結晶性が良好になり易い。また、同じ四元混晶同士又は三元混晶同士であれば、Ｉｎ組成比やＡｌ組成比が小さい方が結晶性が良好になり易い。
【００２９】
本件第１発明及び第２発明の製造方法（以下、本件発明の製造方法）は、互いに組合せても良いことは言うまでもない。本件発明の製造方法において、活性層がＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る窒化物半導体素子に関するもので、ＡｌＩｎＧａＮ系で発光する発光素子において、様々な波長の光を発光する素子に適応可能であるが、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子においてさらに特別な効果を奏する。ＩｎＡｌＧａＮの４元混晶から成る井戸層と、少なくともＡｌを含む窒化物半導体から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層を有することにより、３８０ｎｍ以下の短波長領域に好適に使用可能な窒化物半導体素子を製造することができる。上記の活性層は、井戸層がＩｎＡｌＧａＮの４元混晶から形成されているので、構成元素数を最小限にしながら結晶性の悪化を抑制することができ、かつ発光効率を高めることができる。また、障壁層に少なくともＡｌを含む窒化物半導体を用いることにより井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくして発光波長に合わせた量子井戸構造の活性層を形成できるとともに、活性層内の結晶性を良好に保つことができる。
【００３０】
本発明の製造方法では、高温成長層の上にさらに、組成傾斜層を設けても良い。この組成傾斜層は、高温成長層と、その上に成長させる窒化物半導体との格子不整合を緩和させるためのもので、高温成長層の組成から、その上に成長させる窒化物半導体層の組成へと組成比を変化させていく。たとえば高温成長層がアンドープのＧａＮであり、上に成長させる窒化物半導体層がＡｌｖＧａ１−ｖＮのｎ型クラッド層であるとき、高温成長層とｎ型クラッド層との間にＧａＮからＡｌｖＧａ１−ｖＮへとＡｌの混晶比を徐々に大きくしていく組成傾斜層を設ける。この組成傾斜層は特に、紫外領域で発光するＬＥＤに有効で、非常に欠陥が少なく、結晶性の良い窒化物半導体層を積層することが可能となる。また、組成傾斜層は、ｎ型クラッド層にＡｌ混晶比が高い（例えば５％以上）窒化物半導体を用いた場合に有効であり、格子不整合を緩和して、結晶性の良い窒化物半導体層を積層することが可能となる。また、この組成傾斜層は、導電性を決定する不純物を傾斜して設けた変調ドープとしても良い。たとえば上に成長させる窒化物半導体層がＳｉドープのＡｌｖＧａ１−ｖＮである場合、組成傾斜層を、アンドープから、ｎ型クラッド層のＳｉ濃度へと不純物濃度を大きくしていく構造とすることで、さらに欠陥が少なく、結晶性の良い窒化物半導体層を積層することが可能となる。
【００３１】
また、本発明の製造方法において、窒化物半導体素子の表面の少なくとも一部に、蛍光物質を含有するコーティング層を形成することが好ましい。
【００３２】
本件第３発明に係る窒化物半導体素子は、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子では、対向する二つの主面を有し、窒化物半導体よりも大きい熱膨張係数を有する基板と、該基板の一方の主面上に形成され、共晶層を有する接合層と、該接合層の上に形成された１層以上のｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の上に形成され、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを有する活性層と、該活性層の上に形成されたＡｌを含む１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有することを特徴とする。ここで、接合層は、前述の第１の接合層と第２の接合層とから構成され、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層とは互いに拡散して共晶層を形成している。
【００３３】
上記基板は、導電性であることが好ましく、より好ましくは、高導電性金属と高硬度の金属とを含むことが望ましい。高導電性で熱膨張係数の大きな金属材料と、高硬度で熱膨張係数の小さな金属材料とを複合することによって、高導電性でかつ窒化物半導体層よりも熱膨張係数の大きな基板を構成することができる。高硬度で熱膨張係数の小さな金属材料として、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ等が挙げられる。高硬度で熱膨張係数の小さな金属材料として、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等が挙げられる。
【００３４】
尚、高導電性で熱膨張係数の大きな金属材料と、高硬度で熱膨張係数の小さな金属材料とが相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい場合には、これらの複合体によって基板を構成することができる。相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい金属材料同士を複合することによって、互いに性質が大きく異なる金属材料同士を組合せることが可能となり、高導電性を持ちながら、所望の熱膨張係数を持った支持基板を構成することができる。また、高導電性で熱膨張係数の大きな金属材料とダイヤ等のセラミックス材料との複合体によって基板を構成しても良い。この構成によっても、高い導電性を持ちながら所望の熱膨張係数を持った支持基板を構成することができる。
【００３５】
また、本件第４発明の窒化物半導体素子は、対向する二つの主面を有する基板と、該基板の一方の主面上に設けられた、共晶層を有する接合層と、該接合層の上に設けられた１層以上のｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の上に設けられ、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを有する活性層と、該活性層の上に設けられ、前記活性層の発光を実質的に自己吸収しない窒化物半導体から成るｎ型窒化物半導体層と、を有することを特徴とする。
【００３６】
ここで、「活性層の発光を実質的に自己吸収しない窒化物半導体」とは、波長で表したバンドギャップエネルギーが十分短波長であるか、又は、膜厚が十分薄いことにより、活性層からの発光の自己吸収を無視できるような窒化物半導体をいう。窒化物半導体が、（発光ピークエネルギー＋０．１ｅＶ）よりも大きなバンドギャッエネルギーを持っていれば、その窒化物半導体による発光の自己吸収は無視できる。また、窒化物半導体中に、自己吸収が起きるようなバンドギャップエネルギ−を有する層が含まれている場合であっても、その層の膜厚が０．１μｍ以下、より好ましくは０．０１μｍ以下であれば良い。
【００３７】
また、本件第３発明及び第４発明の窒化物半導体素子（以下、本発明の窒化物半導体素子）、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子では、上記のｐ型窒化物半導体層は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜１）から成るｐ型コンタクト層を有し、そのｐ型コンタクト層には、導電性基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有するものを用いることができる。この場合、組成勾配は、連続的に組成を変化させても、あるいは、不連続に段階的に組成を変化させても良い。
【００３８】
また、本発明の窒化物半導体素子、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子では、上記ｐ型コンタクト層は少なくとも２層からなり、その２層は、導電性電極側に形成されたＡｌｇＧａ１−ｇＮ（０＜ｇ＜０．０５）から成る第１のｐ型コンタクト層と、活性層側に形成されたＡｌｈＧａ１−ｈＮ（０＜ｈ＜０．１）から成る第２のコンタクト層とからなり、第１のコンタクト層は第２のコンタクト層より高いｐ型不純物濃度を有するものを用いることができる。しかしながら、ｐ型コンタクト層は、必ずしもＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜１）である必要はなく、ＧａＮでもよい。これはｐ型コンタクト層はｐ電極を形成するための層であり、ｐ電極とオーミック性が得られれば良く、厚膜で形成する高温成長層と比較して膜厚は薄くても良いからであり、ｐ型コンタクト層にＧａＮを用いても、この層における自己吸収による光取り出し効率の低下はそれほど大きいものではないからである。
【００３９】
本発明の素子、特に発光素子において、導電性基板と接合させて形成された窒化物半導体素子に、活性層のＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層を形成することで、様々な波長の光を発光することができる。特にＹＡＧを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源など用途も格段に広がる。
【００４０】
また、光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質について、可視光を吸収して異なる光を発する材料は限られており、材料の選択性に問題がある。しかしながら、紫外光を吸収して異なる光を発する材料は非常に多く、様々な用途に応じてその材料を選択することができる。材料が選択できる要因の一つとしては、紫外光で吸収する蛍光物質は光の変換効率が可視光の変換効率と比べて高いということである。特に白色光においては、演色性の高い白色光を得るなど、可能性はさらに広がる。本発明は、紫外領域で発光する窒化物半導体素子において、自己吸収の少ない窒化物半導体発光素子が得られ、さらに蛍光物質をコーティングすることで、非常に変換効率の高い白色の発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法によれば、成長用基板上に窒化物半導体の積層体を良好な結晶性で成長させた後、所定の熱膨張係数を持った支持基板を貼り合せて、成長用基板の剥離を行うため、窒化物半導体層の欠けや割れを防止しながら、歩留まり良く製造することができる。また、活性層からの発光を自己吸収する窒化物半導体層を成長用基板と共に除去することにより、高効率の発光素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における製造工程の一例を示す模式断面図である。成長用基板１の表面に、バッファ層３と高温成長層４とから成る下地層２を形成する（図１（ａ））。次に、下地層２上にｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８、そして、１層以上の金属層から成る第１の接合層９を形成する（図１（ｂ））。ここで、第１の接合層９において、ｐ型コンタクト層８上にｐ電極を形成した後、オーミック接触を得るためのアニール処理を行う。次に、１層以上の金属層から成る第２の接合層１１を表面に形成した導電性基板１０を、第１の接合層９と第２の接合層１１とが対向するように成長用基板１の上に積層し、加熱圧接して接合する。
【００４３】
次に、導電性基板１０と接合した成長用基板１を研磨器に設置し、成長用基板１のラッピングを行い、成長用基板１と下地層２を除去して、ｎ型クラッド層５を露出させる（図１（ｄ））。
【００４４】
次に、露出させたｎ型クラッド層５の表面をポリシングした後、ｎ型クラッド層５上にｎ電極１２を形成する一方、導電性基板１０上にはｐ電極用パッド電極１３を全面に形成する。次に、ダイシングにより発光素子をチップ状に分離する。これにより、導電性基板上に窒化物半導体層が積層され、電極が導電性基板上に形成された発光素子を得ることができる（図１（ｅ））。
【００４５】
本発明の方法において、成長用基板には、Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とするサファイヤ、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４のような絶縁性基板）、ＳｉＣ、Ｓｉ、そして窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等を挙げることができる。サファイヤやスピネルが好ましい。
【００４６】
また、成長用基板上に窒化物半導体層を積層する場合、下地層上にＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral Overgrowth）成長させることにより結晶性の向上した窒化物半導体を得ることができる。具体的には、成長用基板上に下地層を成長させ、その下地層上にストライプ状のマスクを複数形成し、マスクの開口部から窒化物半導体を選択成長させ、横方向の成長を伴った成長により成膜された窒化物半導体層（横方向成長層）を形成する。この横方向成長層は貫通転位が低減されているので、横方向成長層の上に形成する窒化物半導体の結晶性を向上させることができる。
【００４７】
成長用基板としては、成長用基板となる材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステップ状にオフアングルさせた基板を用いるほうが好ましい。オフアングルさせた基板を用いると、表面の３次元成長が見られず、ステップ成長があらわれ表面が平坦になり易い。さらに、ステップ状にオフアングルされているサファイヤ基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サファイヤのＡ面に対して垂直に形成されていると、窒化物半導体のステップ面がレーザの共振器方向と一致し、レーザ光が表面粗さにより乱反射されることが少なくなり好ましい。
【００４８】
また、ｐ型窒化物半導体層に接合する支持基板には、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ等の半導体から成る半導体基板、又は、金属単体基板、又は相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることができる。金属基板を用いることが好ましい。金属基板は、半導体基板に比べ機械的特性が優れており、弾性変形、さらには塑性変形し易く、割れにくいからである。さらに、金属基板には、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ等の高導電性金属から選択された１種以上の金属と、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の高硬度の金属から選択された１種以上の金属と、から成るものを用いることができる。さらに、金属基板としては、Ｃｕ−ＷあるいはＣｕ−Ｍｏの複合体を用いることが好ましい。熱伝導率の高いＣｕを有し放熱性が優れているからである。さらに、Ｃｕ−Ｗの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦３０重量％、Ｃｕ−Ｍｏの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦５０重量％であることが好ましい。また、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックスの複合体などを用いることができる。なお、ｐ型窒化物半導体層に接合する基板の厚さは、放熱性を高めるため５０〜５００μｍが好ましい。前記範囲に支持基板を薄くすることで放熱性が良くなる。また、支持基板には、窒化物半導体との張り合わせ面、又はその反対面に凹凸を有する構造としてもよい。
【００４９】
支持基板の材料は、成長用基板と窒化物半導体層と支持基板との３つの熱膨張係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとしたとき、「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」となるように選択することが好ましい。支持基板が金属複合体である場合には、複合する金属材料の組成比を制御することによって所望の熱膨張係数にすることができる。例えば、ＣｕとＭｏとの複合体によって支持基板を構成する場合を考える。Ｃｕの熱膨張係数は、約１６×１０−６Ｋ−１であり、Ｍｏの熱膨張係数は約５×１０−６Ｋ−１である。従って、支持基板の熱膨張係数を小さくしたい場合には、複合体中のＣｕ組成比を小さくし、熱膨張係数を大きくしたい場合には、Ｃｕ組成比を大きくすれば良い。
【００５０】
また、第１の接合層は、少なくとも、ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触し、高い反射率を有するｐ電極をｐ型窒化物半導体層に接して有することが好ましい。ｐ電極には、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌから成る群から選択される少なくとも１種を含む金属材料を用いることが好ましい。より好ましくは、Ｒｈ，Ａｇ，Ｎｉ−Ａｕ，Ｎｉ−Ａｕ−ＲｈＯ及びＲｈ−Ｉｒのいずれか、より好ましくは、Ｒｈを用いることができる。ここで、ｐ電極は、ｎ型窒化物半導体層に比べ抵抗率の高いｐ型窒化物半導体層上に形成するため、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面に形成することが好ましい。なお、ｐ電極の厚さは、０．０５〜０．５μｍが好ましい。
【００５１】
また、第１の接合層のｐ電極を形成したｐ型窒化物半導体層の露出面に絶縁性の保護膜を形成することが好ましい。この保護膜の材料には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等から成る単層膜あるいは多層膜を用いることができる。さらに、その保護膜の上にＡｌ、Ａｇ、Ｒｈ等の高反射率の金属膜を形成しても良い。この金属膜により反射率が高くなり、光の取出し効率を向上させることができる。
【００５２】
また、第１の接合層のｐ電極の上に第１の共晶形成層を設けるとともに、第２の接合層に、導電性基板の主面の上に第２の共晶形成層を設けることが好ましい。第１及び第２の共晶形成層は、接合時に互いに拡散して共晶を形成する層であり、それぞれ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、Ｉｎ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ等を用いることが好ましい。より好ましくは、第１及び第２の共晶形成層は、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ等の金属から成る。第１及び第２の共晶形成層の組合せは、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、又はＩｎ−Ｐｄが好ましい。さらに好ましくは、第１の共晶形成層にＳｎを、そして第２の共晶形成層にＡｕを用いる組合せである。
【００５３】
また、第１の接合層の第１の共晶形成層とｐ電極との間に、ｐ電極側から密着層とバリア層を設けることが好ましい。密着層はｐ電極との間に高い密着性を確保する層であり、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏのいずれかの金属が好ましい。また、バリア層は、第１の共晶形成層を構成する金属が密着層へ拡散するのを防止する層であり、ＰｔあるいはＷが好ましい。また、第１の共晶形成層の金属が密着層へ拡散するのをさらに防止するため、バリア層と第１の共晶形成層との間に、０．３μｍ程度の厚さのＡｕ膜を形成しても良い。なお、第２の共晶層と導電性基板との間に、上記の密着層とバリア層及びＡｕ膜を設けることが好ましい。
【００５４】
密着層、バリア層、共晶層の組合せとして、例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｐｄ又はＴｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｗ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、ＲｈＯ−Ｐｔ−（Ａｕ、Ｓｎ）等を用いることができる。これらの金属膜は共晶により合金化され、後工程で導電層となる。また、第１の共晶層と第２の共晶層は異なることが好ましい。この理由は低温で共晶が可能で、共晶後の融点が上がるためである。
【００５５】
また、接合用積層体と導電性基板とを加熱圧接する際の温度は、１５０℃〜３５０℃が好ましい。１５０℃以上とすることにより、共晶形成層の金属の拡散が促進され均一な密度分布の共晶が形成され、接合用積層体と導電性基板との密着性を向上させることができる。３５０℃より大きいと、共晶形成層の金属がバリア層、さらには密着層まで拡散して、良好な密着性が得られないからである。
【００５６】
貼り合わせ時には、第１の接合層は、次のような構成となる。ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＡｕＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／導電性基板、ｐ電極／ＲｈＯ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／導電性基板、ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＰｄＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／導電性基板、ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＡｕＳｎ―Ｐｔ―ＲｈＯ／導電性基板等である。これにより剥がれにくい合金形成ができる。導電層を共晶とすることで低温での貼り合わせが可能となり、また接着力も強力になる。低温で貼り合わせることで反りの緩和効果を有する。
【００５７】
また、導電性基板を接合後に成長用基板を除去するには、研磨、エッチング、電磁波照射、あるいはこれらの方法を組合せた方法を用いることができる。電磁波照射は、電磁波に例えばレーザを用い、導電性基板を接合後、成長用基板の下地層の形成されていない面の全面にレーザを照射して、下地層を分解させることにより成長用基板と下地層とを除去することができる。さらに、成長用基板と下地層とを除去した後、露出した窒化物半導体層の表面をＣＭＰ処理して所望の膜を露出させる。これにより、ダメージ層の除去や、窒化物半導体層の厚み及び表面粗さの調整を行うことができる。
【００５８】
なお、電磁波照射には、以下の方法を用いることもできる。すなわち、成長用基板上に窒化物半導体からなる下地層を形成し、次いで、その下地層を部分的に成長用基板までエッチングして凹凸を形成した後、凹凸を有する下地層上にＥＬＯＧ成長させて横方向成長層を形成する。次いで、横方向成長層の上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層を順次形成した後、ｐ型窒化物半導体層の上に導電性基板を接合する。次いで、成長用基板の下地層の形成されていない面の全面にレーザを照射して、下地層を分解させることにより成長用基板と下地層とを除去することができる。この方法によれば、電磁波照射時に窒化物半導体の分解により発生するＮ２ガスが上記の凹凸と横方向成長層との間に形成された空隙に広がり、ガス圧による成長用基板の割れを防止し、さらにその割れに起因する下地層のえぐれ傷を防止して、面状態及び結晶性の良好な窒化物半導体基板を得ることができる。また、研磨による方法に比べ、作業工程を簡略化することができるので、歩留まりが向上するという効果も得られる。
【００５９】
また、成長用基板を除去した後、光の取出し効率を向上させるため、図１５に示すように、ｎ型窒化物半導体層５の露出面をＲＩＥにより凹凸（ディンプル加工）を形成しても良い。凹凸（ディンプル加工）形成部は、窒化物半導体の光取り出し側となる。この表面の凹凸形成により光の全反射で出てこない光りを凹凸面で光の角度が変わることで取り出すことができる。即ち、発光した光を凹凸部で乱反射させることにより、従来は全反射していた光を上方へ導き、素子外部に取出すことができる。この凹凸形成は凹凸無しに比べて１．５倍以上の出力向上が期待できる。凹凸の平面形状は、丸状、または六角形や三角形の多角形状であることが好ましい。また、凹凸の平面形状を、ストライプ形状、格子形状、矩形等で形成してもよい。光の取り出し効率を上げるためには、凹凸がのパターンピッチができるだけ細かいことが好ましい。また、凹凸の断面形状は、フラットな直線で構成されているよりも、なだらかな波状であることが好ましい。凹凸の断面形状を波状とすることにより、凹凸の断面形状が角張った場合に比べて、光取り出し効率が上がる。さらに、凹部の深さは、０．２〜３μｍであることが好ましく、より好ましくは１．０μｍ〜１．５μｍである。凹部の深さが浅すぎると光取り出し向上の効果が薄れ、深すぎると横方向の抵抗が上がるためである。さらに、凹部の形状を、丸状や多角形状として抜き取った場合には、低抵抗値を維持して出力を向上させることができる。
【００６０】
また、ｎ型窒化物半導体層の露出面に形成するｎ電極には、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−ＡｕあるいはＷ−Ａｌ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕの多層電極を用いることができる。ｎ電極の厚さは、０．１〜１．５μｍが好ましい。また、ｎ電極以外の露出面を覆うように、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等の絶縁性の保護膜を設けることが好ましい。
【００６１】
なお、ｐ電極とｎ電極は、窒化物半導体素子の一方の主面にｐ電極が、他方の主面にｎ電極が形成されている限り、大きさや形状は特に限定されない。好ましくは、両電極が窒化物半導体層の積層方向から見て、互いに重ならないように対向配置されている。これにより、フェイスダウン構造の場合、発光した光を、ｎ電極により遮られることなく効率良く取出すことができる。例えば、ｐ電極をｐ型窒化物半導体層の概ね全面に形成した場合、ｎ電極を、ｎ型窒化物半導体層の隅部の２つ又は４つに形成しても良く、格子状に全面に形成しても良く、さらには、隅部に格子状に形成することもできる。
【００６２】
図５を参照しながら、ｐ電極とｎ電極の好ましい形状について詳細に説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、本件発明に係る窒化物半導体発光素子を示す平面図及び断面図である。支持基板１０上に、第１接合層と第２接合層が共晶して形成された導電層１５、ｐ電極１６、窒化物半導体１７を順に設けられている。窒化物半導体１７の上にはｎ電極１２が設けられている。ｎ電極１２は、チップの対角線上の隅部にパッド電極形成領域１２ａを有し、パッド電極形成領域１２ａの間に、網目状に広がっている。ｎ電極１２を網目状、格子状等で発光範囲のほぼ全面に形成することにより、窒化物半導体層１７に均一に電流を流すことができる。パッド電極形成領域１２ａは、対角上の２カ所に限らず、四隅全てに形成してもよい。また、ｐ電極１６とｎ電極１２は、チップ上面から見て、互いに重ならないように形成されている。また、ｎ電極１２上には保護膜１９が形成されている。保護膜１９は、ｎ電極のパッド電極形成領域１２ａ以外であれば、窒化物半導体層１７上だけでなく、ｐ電極１６上にも形成してもよい。
【００６３】
図５（ｂ）に示すように、窒化物半導体１７と接しているｐ電極１６には開口部が設けられ、その開口部内には絶縁性の保護膜２０が形成されている。この保護膜２０の材料には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を用いることができる。絶縁性である保護膜２０を備えることにより、ショート等を防ぎ、歩留まりや信頼性を向上することができる。また、保護膜２０は、反射膜（図示されていない）との２層構造であるのが好ましい。例えば、保護膜２０の窒化物半導体１７と接していない側に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ等の反射膜（図示されていない）を５００Å以上２０００Å以下の膜厚で形成することにより、横方向に伝播する光を効率良く取り出せる。反射膜は、支持基板１０側にあっても良いし、窒化物半導体１７側にあっても良い。
【００６４】
尚、ｐ電極１６と素子外部との電気接続は、導電層１５を介して行うことができる。例えば、支持基板１０が導電性である場合は、支持基板１０の裏面にワイヤを接続することにより、導電層１５と支持基板１０を通じてｐ電極１６と外部を電気接続することができる。支持基板１０が導電性でない場合は、例えば、チップ側面から導電層１５にワイヤを接続することにより、ｐ電極１６と外部を電気接続することができる。また、支持基板１０と導電層１５を窒化物半導体層１７よりも広面積に形成しておき、窒化物半導体層１７に覆われていない部分の導電層１５にワイヤを接続しても良い。
【００６５】
以下、本発明に係る窒化物半導体素子の具体的構成について説明する。
（下地層）
下地層２は、少なくとも１層以上の窒化物半導体で構成することができるが、成長用基板１上に低温成長させたバッファ層３と、そのバッファ層３上に高温成長させた高温成長層４とで構成することが好ましい。
【００６６】
バッファ層３としては、ＧａｉＡｌ１−ｉＮ（０＜ｉ≦１）からなる窒化物半導体であり、好ましくはＡｌの割合が小さいもの、より好ましくはＧａＮを用いることによりバッファ層上に成長させる窒化物半導体の結晶性が向上する。バッファ層の膜厚は、好ましくは０．００２〜０．５μｍ、より好ましくは０．００５〜０．２μｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．０２μｍである。バッファ層の成長温度は、好ましくは２００〜９００℃、より好ましくは４００〜８００℃である。
【００６７】
高温成長層４としては、アンドープのＧａＮ又はｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いることが好ましい。一般にＧａＮは結晶性が良好であるため、下地層としてＧａＮを成長させることにより、その上に成長する素子構造の結晶性も改善される。但し、高温成長層４は、結晶性改善効果を失わない程度にＩｎやＡｌを含んでいても良い。高温成長層４のＩｎ比率は、０．０１以下とすることが望ましい。また、高温成長層４のＡｌ比率は０．０１以下とすることが望ましい。特に、高温成長層４にＩｎを含んだ場合、高温成長層４の結晶性が柔らかくなり、成長用基板との界面で発生した歪みを緩和する効果も得られる。高温成長層の膜厚は、５００Å以上、より好ましくは５μｍ以上、さらに好ましくは１０μｍ以上である。また、高温成長層の成長温度は、９００〜１１００℃、好ましくは１０５０℃以上である。
【００６８】
また、高温成長層４に用いる窒化物半導体が活性層からの発光を自己吸収する場合には、高温成長層４を最終的に除去することが好ましい。例えば、高温成長層４のバンドギャップエネルギーが、（発光ピークエネルギー＋０．１ｅＶ）よりも小さな場合、高温成長層４によって活性層からの発光が吸収されてしまうため、そのような高温成長層４を除去することによって、発光強度を高めることができる。尚、発光の自己吸収が問題にならない程度の膜厚、例えば、０．１μｍ以下（より好ましくは０．０１μｍ）の膜厚であれば、高温成長層４の一部を残しても良い。
【００６９】
（ｎ型クラッド層、兼ｎ型コンタクト層５）
ｎ型クラッド層５としては、活性層６のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、活性層６へのキャリア閉じ込めが可能であれば特に限定されないが、ＡｌｊＧａ１−ｊＮ（０＜ｊ＜０．３）が好ましい。ここで、さらに好ましくは、０．１＜ｊ＜０．２である。ｎ型クラッド層の膜厚は特に限定されるものではないが、好ましくは０．０１〜０．１μｍ、より好ましくは０．０３〜０．０６μｍである。また、ｎ型クラッド層のｎ型不純物濃度は特に限定されるものではないが、好ましくは１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。また、本発明においては、導電性基板を接合した後、成長用基板と下地層および高温成長層のＧａＮとを除去する場合、ある程度の膜厚が必要であり、その場合は１μｍ〜１０μｍ、より好ましくは１μｍ〜５μｍとする。尚、本実施の形態では、ｎ型クラッド層５によってｎ型コンタクト層を兼用している。
【００７０】
（ｎ型コンタクト層の他の形態）
本実施の形態において、ｎ型窒化物半導体層と良好なオーミック接触が得られる材料であればｎ電極として用いることができる。しかしながら、本発明のように、製造工程として、(1)ｐ電極を形成する、(2)オーミックアニールする、(3)導電性基板を接合する、(4)成長用基板を除去する、(5)ｎ電極を形成する、これらの(1)〜(5)工程が降順で行われる場合、特にｎ電極はオーミックアニールせずに設けられる。また、オーミックアニールをしようとしても、導電性基板の接合層内に含まれる共晶層が存在するため、高温でアニールすることは難しい。このため、ｎ電極形成後に行われるクリーニング処理などの工程で、基板に１５０℃〜３５０℃の熱が加わり、これによりｎ電極が熱的に不安定になるという問題がある。またこの製造工程で形成された高出力の発光素子においては、発光時の熱によって、ｎ電極が熱的に不安定になるという問題がある。さらにはこの熱的不安定によって、ショットキー接触になってしまう傾向がある。
【００７１】
また本発明の構成においては、成長用基板側を除去することでｎ型窒化物半導体層を露出し、その露出面にｎ電極を形成するため、露出された面は研磨などによる微小なクラックの発生が見られる傾向にある。このクラックの発生は通電時に均一に電流を流すことの妨げになるほか、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層との密着特性（接着強度）が再現性よく得られなくなってしまう。
【００７２】
さらに、本実施の形態では、活性層の発光を自己吸収する下地層を成長用基板と共に除去するため、ｎ電極を形成するコンタクト層（本実施の形態ではｎ型クラッド層）のバンドギャップエネルギーは従来の窒化物半導体発光素子に比べて大きくなる。ところが、一般に半導体材料のバンドギャップエネルギーが大きくなる程、オーミック接触が取り難くなる傾向にある。
【００７３】
これらの問題を解決する好ましい形態として、本発明の窒化物半導体素子は、ｎ型窒化物半導体層に接するｎ電極を有し、該ｎ型窒化物半導体層は、ｎ電極と接する層としてｎ型不純物をドープした第１のｎ型窒化物半導体層と、前記第１のｎ型窒化物半導体層より活性層側に、アンドープの第２のｎ型窒化物半導体層、もしくは第１のｎ型窒化物半導体層のドープ量よりも少ないｎ型不純物をドープした第２のｎ型窒化物半導体層の、少なくとも２層を有する。例えば、図１０に示すように、ｎ型コンタクト層を兼用しているｎ型クラッド層５を、第１のｎ型窒化物半導体層５ａと第２のｎ型窒化物半導体層５ｂに分ける。
【００７４】
それぞれの好ましいｎ型不純物ドープ量としては、第１のｎ型窒化物半導体層５ａが３×１０１８／ｃｍ３以上、１×１０２０／ｃｍ３以下、第２のｎ型窒化物半導体層５ｂが１×１０１７／ｃｍ３以上、３×１０１８／ｃｍ３未満、もしくはアンドープである。それぞれのｎ型窒化物半導体層は同一組成でも異なっていても良いが、上記ｎ型クラッド層５に好ましい組成として記載した範囲で形成することが好ましい。
【００７５】
活性層に近い第２のｎ型窒化物半導体層５ｂのｎ型不純物濃度を小さくするのは、ｎ型不純物が活性層に悪影響を与えることを避けるためである。本件発明においては、導電性の支持基板を接合する際に加熱圧接を行い、ｎ型窒化物半導体層の一部を研磨やレーザ照射で除去する等、特有の工程を経るため、活性層に近いｎ型窒化物半導体層にｎ型不純物が多く含まれていると活性層に悪影響を及ぼす。そこで、ｎ電極を形成する第１のｎ型窒化物半導体層５ａはｎ型不純物を高濃度でドープする一方、活性層に近い第２のｎ型窒化物半導体層５ｂのｎ型不純物濃度を下げることにより、特性の優れた窒化物半導体素子を構成することができる。
【００７６】
第１のｎ型窒化物半導体層５ａの膜厚は、成長用基板と下地層および高温成長層のＧａＮとを除去するので、ある程度の膜厚が必要で、１．５μｍ〜１０μｍ、より好ましくは１μｍ〜５μｍとする。特に研磨による精度が±０．５μｍであるため、少なくとも１μｍ以上は必要である。第２のｎ型窒化物半導体層５ｂの膜厚は、成長用基板が除去されるとき及び第１の窒化物半導体層が露出されるときの機械的衝撃を緩和し、活性層が良好な発光特性を維持できる程度の膜厚が必要で、好ましくは０．１μｍ以上、１．５μｍ以下とする。また第２の窒化物半導体層５ｂは、第１の窒化物半導体層５ａが高濃度で不純物がドープされていることによる結晶性の低下を回復する機能も有する。また、第１のｎ型窒化物半導体層５ａと第２のｎ型窒化物半導体層５ｂとを含むｎ型窒化物半導体層の総膜厚は、ｐ型窒化物半導体層の総膜厚よりも大きいことが好ましく、これによりｎ電極は、活性層からみて導電性基板側に有するｐ電極よりも活性層からの距離が離れているため、発光による熱的影響も受けにくくなる。
【００７７】
（活性層）
本発明に用いる活性層６は、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層と、を含む量子井戸構造を有する。さらに好ましくは、上記井戸層及び障壁層が、それぞれ、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）である。また、活性層における波長は３８０ｎｍ以下であることが好ましく、具体的には井戸層のバンドギャップエネルギーが波長３８０ｎｍ以下のものであることが好ましい。
【００７８】
活性層に用いられる窒化物半導体は、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれでも良いが、好ましくは、ノンドープもしくはアンドープ、又はｎ型不純物ドープの窒化物半導体を用いることにより発光素子を高出力化することができる。さらに好ましくは、井戸層をアンドープとし、障壁層をｎ型不純物ドープとすることで、発光素子の出力と発光効率を高めることができる。
【００７９】
ここで、量子井戸構造としては、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造のどちらでも良い。好ましくは、多重量子井戸構造とすることで、出力の向上、及び発振閾値の低下を図ることができる。
【００８０】
[井戸層]
本発明の発光素子に用いる井戸層には、ｐ型不純物又はｎ型不純物がドープされていても、アンドープでも良いが、ｎ型不純物で好ましい。発光効率を向上させるからである。一方、ＡｌＩｎＧａＮの４元混晶では不純物濃度が大きくなると結晶性が低下するため、結晶性の良好な井戸層を形成するためには不純物濃度は低く抑える必要がある。具体的には、結晶性を最大限に良好なものとするためには井戸層をアンドープで成長させることであり、この場合、不純物濃度は５×１０１６／ｃｍ３以下と実質的に不純物を含まない井戸層とすることが好ましい。
【００８１】
また、ｎ型不純物をドープする場合、ｎ型不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３以下５×１０１６／ｃｍ３以上の範囲でドープすることが好ましい。ｎ型不純物濃度がこの範囲内であれば、結晶性の悪化を抑えながらキャリア濃度を高くすることができるので、閾値電流密度やＶｆを低下させることができる。また、井戸層にｎ型不純物をドープする場合、井戸層のｎ型不純物濃度を障壁層のｎ型不純物濃度とほぼ同じあるいは小さくすることが好ましい。井戸層での発光再結合を促し、発光出力が向上するからである。また、井戸層と障壁層をアンドープで成長させることもできる。また、多重量子井戸構造の場合、複数の井戸層の不純物濃度は必ずしも同一であることを要しない。
【００８２】
なお、高出力のＬＤやハイパワーＬＥＤなど、大電流で素子を駆動させる高出力素子の場合、井戸層がアンドープで実質的にｎ型不純物を含有しないと、井戸層でのキャリアの再結合が促進されて高い効率での発光再結合が実現される。一方、ｎ型不純物を井戸層にドープすると、井戸層のキャリア密度が高くなり発光再結合の確率が減少し、これにより一定出力下で駆動電流の上昇を招く悪循環が発生し、素子寿命が低下する。したがって、高出力素子では、井戸層のｎ型不純物濃度を、少なくとも１×１０１８／ｃｍ３以下、好ましくはアンドープ又は実質的にｎ型不純物を含有しない濃度とするのが好ましい。これにより、高出力で安定した駆動が可能な発光素子が得られる。
【００８３】
以下の、発明の実施の形態に示す井戸層の構成は、波長３８０ｎｍ以下の発光・発振が可能なバンドギャップエネルギーを有するものに好ましい構成である。
【００８４】
本発明の発光素子に用いる井戸層は、従来のＩｎＧａＮの井戸層では困難な波長域、具体的には、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長を得るものであり、特に波長３８０ｎｍ以下の発光・発振が可能なバンドギャップエネルギーを有するものである。従来のＩｎＧａＮの井戸層の場合、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、例えば、波長３７０ｎｍを得ようとすると、Ｉｎ組成比を１％以下程度に調製する必要がある。しかし、このようにＩｎ組成比が極端に小さくなると、発光効率が低下して十分な出力の発光素子が得ることができず、また成長を制御するのも困難である。本発明ではＡｌとＩｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を用い、Ａｌ組成比を大きくしてバンドギャップエネルギーを大きくし、かつＩｎを含有させることにより、従来効率的な発光が困難であった３８０ｎｍの波長域においても、良好な内部量子効率や発光効率を有する発光素子を得ることができる。
【００８５】
ここで、井戸層に用いられるＩｎＡｌＧａＮの４元混晶におけるＩｎ組成比ｂは、好ましくは０．０２以上０．１以下、より好ましくは０．０３以上０．０５以下である。Ｉｎ組成比ｂの下限を０．０２以上とすることにより０．０２未満の場合に比べ良好な発光効率と内部量子効率が得られ、さらに０．０３以上とすることでその効率が向上する。また、上限を０．１以下とすることでＩｎを含有することによる結晶性の悪化を抑制し、さらに０．０５以下とすることで結晶性の悪化を抑制して井戸層を形成することができるので、多重量子井戸構造のように複数の井戸層を設ける場合に各井戸層の結晶性を良好なものとすることができる。
【００８６】
また、井戸層に用いられるＩｎＡｌＧａＮの４元混晶におけるＡｌ組成比ａは、良好な発光及び発振を得るためには、波長３８０ｎｍ以下となるバンドギャップエネルギーを設ける場合には０．０２以上、さらにＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ以下の場合には０．０５以上が好ましい。
【００８７】
また、井戸層の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは３．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。１ｎｍより小さいと井戸層として良好に機能せず、３０ｎｍより大きいとＩｎＡｌＧａＮの４元混晶の結晶性が低下し素子特性が低下するからである。また、２ｎｍ以上では膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２０ｎｍ以下では結晶欠陥の発生を抑制して結晶成長が可能となる。さらに膜厚を３．５ｎｍ以上とすることで出力を向上させることができる。これは井戸層の膜厚を大きくすることで、大電流で駆動させるＬＤのように多数のキャリア注入に対して、高い発光効率及び内部量子効率により発光再結合がなされるものであり、特に多重量子井戸構造において効果を有する。また、単一量子井戸構造では膜厚を５ｎｍ以上とすることで上記と同様に出力を向上させる効果が得られる。
【００８８】
また特に井戸層ＩｎＧａＮのＩｎ混晶比が０．０１以下においては、井戸層の膜厚を１０ｎｍ以上、障壁層をＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０＜ｃ＜１）の範囲にすることによって、３７０ｎｍ以下での良好な発光効率の発光素子を得ることも可能である。
【００８９】
[障壁層]
量子井戸構造の活性層において、障壁層を井戸層と交互に形成しても良く、１つの井戸層に対して複数の障壁層を設けても良い。例えば、井戸層に挟まれた障壁層を２層以上とし、多層膜の障壁層と井戸層とを交互に積層した構造とすることができる。
【００９０】
また、障壁層は、井戸層の場合と同様に、好ましくはｐ型不純物又はｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであること、より好ましくはｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであることである。例えば、障壁層中にｎ型不純物をドープする場合、その濃度は少なくとも５×１０１６／ｃｍ３以上が必要である。例えば、ＬＥＤでは、５×１０１６／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下が好ましい。また、高出力のＬＥＤやＬＤでは、５×１０１７／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下である。この場合、井戸層はｎ型不純物を実質的に含有しないか、あるいはアンドープで成長させることが好ましい。
【００９１】
また、障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内のすべての障壁層にドープしても良く、あるいは、一部をドープとし一部をアンドープとすることもできる。ここで、一部の障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内でｎ型層側に配置された障壁層にドープすることが好ましい。例えば、ｎ型層側から数えてｎ番面の障壁層Ｂｎ（ｎは正の整数）にドープすることで、電子が効率的に活性層内に注入され、優れた発光効率と内部量子効率を有する発光素子が得られる。また、井戸層についても、ｎ型層側から数えてｍ番目の井戸層Ｗｍ（ｍは正の整数）にドープすることにより上記の障壁層の場合と同様の効果が得られる。また、障壁層と井戸層の両方にドープしても同様の効果が得られる。
【００９２】
以下の、発明の実施の形態に示す障壁層の構成は、波長３８０ｎｍ以下の発光・発振が可能なバンドギャップエネルギーを有するものに好ましい構成である。
【００９３】
本発明の発光素子においては、障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体を用いる必要がある。特に、井戸層の発光波長が３８０ｎｍ以下の領域では、障壁層には一般式ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）で表わされるＡｌＩｎＧａＮの４元混晶、又はＡｌＧａＮの３元混晶を用いることが好ましい。障壁層のＡｌ組成比ｃは、井戸層のＡｌ組成比ａよりも大きく、ｃ＞ａとして、井戸層と障壁層との間に十分なバンドギャップエネルギーを設けることで、発光素子として良好な発光効率を有する量子井戸構造を形成することができる。また、障壁層がＩｎを含有する場合（ｄ＞０）、Ｉｎ組成比ｄは０．１以下、より好ましくは０．０５以下である。Ｉｎ組成比ｄが０．１を超えると、成長時にＡｌとＩｎとの反応が促進され結晶性が悪化して良好な膜が形成されないためである。Ｉｎ組成比ｄを０．０５以下とすることにより、さらに結晶性を向上させて良好な膜を形成することができる。
【００９４】
また、主にＡｌ組成比によりバンドギャップエネルギーの差を設けること、そして障壁層のＩｎ組成比ｄは井戸層のＩｎ組成比ｂに比べ広い組成比を適用できることから、ｄ≧ｂとすることも可能である。その場合、井戸層と障壁層の臨界膜厚を変化させることができるので、量子井戸構造において自由に膜厚を設定でき、所望の特性の活性層を設計することができる。
【００９５】
障壁層の膜厚は、好ましくは井戸層の場合と同様に１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。１ｎｍより小さいと均一な膜が得られず障壁層として十分に機能せず、また、３０ｎｍより大きいと結晶性が悪化するからである。
【００９６】
（ｐ型クラッド層）
ｐ型クラッド層７としては、活性層６のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、活性層６へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、ＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０≦ｋ＜１）が用いられ、特にＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜０．４）が好ましい。ここで、より好ましくは、０．１５＜ｋ＜０．３である。ｐ型クラッド層の膜厚は特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．１５μｍ、より好ましくは０．０４〜０．０８μｍである。ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３、１×１０１９〜５×１０２０ｃｍ３である。ｐ型不純物濃度が上記の範囲にあると、結晶性を低下させることなくバルク抵抗を低下させることができる。
【００９７】
ｐ型クラッド層は、単一層でも多層膜層（超格子構造）でも良い。多層膜層の場合、上記のＡｌｋＧａ１−ｋＮと、それよりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層とからなる多層膜層であれば良い。例えばバンドギャップエネルギーの小さい層としては、ｎ型クラッド層の場合と同様に、ＩｎｌＧａ１−ｌＮ（０≦ｌ＜１）、ＡｌｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１、ｍ＞ｌ）が挙げられる。多層膜層を形成する各層の膜厚は、超格子構造の場合は、一層の膜厚が好ましくは１００Å以下、より好ましくは７０Å以下、さらに好ましくは１０〜４０Åとすることができる。また、ｐ型クラッド層がバンドギャップエネルギーの大きい層と、バンドギャップエネルギーの小さい層からなる多層膜層である場合、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の少なくともいずれか一方にｐ型不純物をドープさせても良い。また、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の両方にドープする場合は、ドープ量は同一でも異なっても良い。
【００９８】
（ｐ型コンタクト層）
ｐ型コンタクト層８は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜１）が用いられ、特に、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜０．３）で構成することによりオーミック電極９と良好なオーミックコンタクトが可能となる。ｐ型不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３以上が好ましい。
【００９９】
また、ｐ型コンタクト層８は、導電性基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有することが好ましい。この場合、組成勾配は、連続的に組成を変化させても、あるいは、不連続に段階的に組成を変化させても良い。例えば、ｐ型コンタクト層８を、オーミック電極９と接し、ｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の低い第１のｐ型コンタクト層と、ｐ型不純物濃度が低くＡｌ組成比の高い第２のｐ型コンタクト層とで構成することもできる。第１のｐ型コンタクト層により良好なオーミック接触が得られ、第２のｐ型コンタクト層により自己吸収を防止することが可能となる。
【０１００】
第１のｐ型コンタクト層の組成は、ＡｌｇＧａ１−ｇＮ（０≦ｇ＜０．０５）が好ましく、より好ましくはｇが、０＜ｇ＜０．０１である。Ａｌ組成比が上記の範囲内であれば、ｐ型不純物を高濃度にドープしても不純物の不活性化を防止でき、良好なオーミック接触が得られる。また、第１のｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度は、好ましくは１×１０１９〜１×１０２２／ｃｍ３、より好ましくは５×１０２０〜５×１０２１／ｃｍ３である。また、第１のｐ型コンタクト層の膜厚は、好ましくは１００〜５００Å、より好ましくは１５０〜３００Åである。
【０１０１】
また、第２のｐ型コンタクト層の組成は、ＡｌｈＧａ１−ｈＮ（０≦ｈ＜０．１）が好ましく、より好ましくはｈが、０．１＜ｈ＜０．０５である。Ａｌ組成比が上記の範囲内であれば、自己吸収を防止することが可能となる。また、第２のｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度は、好ましくは１×１０２０／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１８〜５×１０１９／ｃｍ３である。また、第２のｐ型コンタクト層の膜厚は、好ましくは４００〜１２００Å、より好ましくは８００〜１２００Åである。
【０１０２】
（蛍光体）
[蛍光体の種類]
本発明の窒化物半導体素子、特に発光素子において、支持基板と接合させて形成された窒化物半導体素子に、活性層からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層や封止部材を形成することで、様々な波長の光を発光することができる。蛍光物質の一例を以下に示す。緑色系発光蛍光体（以下、グループ１と称することがある）としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｓｒ７Ａｌ１２Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ，Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌがある。また、青色系発光蛍光体（以下にグループ２と称することがある）としてはＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＳｒＣａＢａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＢａＣａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、Ｃａ（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、ＣａＢ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕがある。さらに、赤色系発光蛍光体（以下にグループ３と称することがある）としてはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕがある。さらに、黄色系発光蛍光体（以下にグループ４と称することがある）としてはＹＡＧ、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（ＢａＳｒＣａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＣａＧａＳ４：Ｅｕがある。この他、青緑系発光蛍光体としてはＳｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、黄赤色系発光蛍光体としてＣａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、橙色系発光蛍光体としてはＺｎＳ：Ｍｎがある。
【０１０３】
特にＹＡＧとグループ２から選択された蛍光体とを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源など用途も格段に広がる。ＹＡＧは、（Ｙ１−ｘＧdｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｒ（Ｒは、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏから選ばれる少なくとも１以上である。０＜Ｒ＜０．５である。）、例えば、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅである。
【０１０４】
また、光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光体について、可視光を吸収して異なる光を発する材料は限られており、材料の選択性に問題がある。しかしながら、紫外光を吸収して異なる光を発する材料は非常に多く、様々な用途に応じてその材料を選択することができる。材料が選択できる要因の一つとしては、紫外光で吸収する蛍光体は光の変換効率が可視光の変換効率と比べて高いということである。特に白色光においては、演色性の高い白色光を得るなど、可能性はさらに広がる。たとえば、グループ１とグループ２とグループ３からそれぞれ選択された蛍光体を用いたり、グループ２とグループ４からそれぞれ選択された蛍光体を用いたり、青緑系発光蛍光体とグループ３からそれぞれ選択された蛍光体を用いたりすることで、白色光を得ることができる。本発明は、なかでも紫外領域で発光する窒化物半導体素子において、自己吸収の少ない窒化物半導体発光素子が得られ、さらに蛍光物質をコーティングすることで、非常に変換効率の高い白色の発光素子を得ることができる。
【０１０５】
[蛍光体の粒径]
本発明で用いられる蛍光体の粒径は、中心粒径が６μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍであり、このような粒径を有する蛍光体は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。６μｍより小さい蛍光体は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させてしまう他、光の吸収率及び変換効率が悪く励起波長の幅も狭い。
【０１０６】
本件明細書において、蛍光体の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。また、本件明細書において蛍光体の中心粒径とは、体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値である。この中心粒径値を有する蛍光体が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光体を用いることにより、色ムラが抑制され良好なコントラストを有する発光装置が得られる。
【０１０７】
[イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体]
本件発明に用いることができる蛍光体の中でも、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光された光により励起されて発光し、セリウム（Ｃｅ）あるいはプラセオジウム（Ｐｒ）で付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体をベースとした蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）は、白色系発光が可能となる点で好ましい。具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体としては、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光体の粒子を揃えることができる。
【０１０８】
本明細書において、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
【０１０９】
更に詳しくは、一般式（ＹzＧｄ1-z）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ1-aＳｍa）3Ｒｅ‘5Ｏ12：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。この蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【０１１０】
またフォトルミネッセンス蛍光体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネッセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側へ、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側へシフトすることができる。
【０１１１】
Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネッセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能な発光装置を形成することができる。
【０１１２】
このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅ、Ｐｒの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【０１１３】
本件発明の窒化物半導体素子において、このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよい。ＹからＧｄへの置換量が異なる２種類のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を混合することにより、容易に所望とする色調の光を容易に実現することができる。特に、前記置換量の多い蛍光体を上記蛍光体とし、前記置換量の少なく又はゼロである蛍光体を上記中粒径蛍光体とすると、演色性および輝度の向上を同時に実現することができる。
【０１１４】
[窒化物系蛍光体]
本発明で使用する蛍光体には、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一種の元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含有させることができる。この窒化物系蛍光体は、発光素子から出光した可視光、紫外線、あるいはＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光することができる。窒化物系蛍光体の中でも、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドが好ましい。
【０１１５】
この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、蛍光体の基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕとすることが好ましい。この蛍光体の組成中に、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【０１１６】
窒化物系蛍光体において、発光中心に希土類元素であるユウロピウム（Ｅｕ）を用いるを用いることが好ましい。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。
【０１１７】
添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Ｍｎは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Ｍｎが飛散したためであると思われる。
【０１１８】
窒化物系蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有することが好ましい。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【０１１９】
このような窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、発光素子により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置が得られる。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体は、発光素子により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、発光素子により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体と赤色発光する蛍光体とを、色変換層中に一緒に混合し、発光素子により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色系の光を出光する発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体との組合せのみの白色に発光する発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
【０１２０】
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
(1)原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
【０１２１】
(2)原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【０１２２】
(3)次に、原料のＳｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式１および式２にそれぞれ示す。
３Ｓｒ ＋ Ｎ２ → Ｓｒ３Ｎ２ ・・・（式１）
３Ｃａ ＋ Ｎ２ → Ｃａ３Ｎ２ ・・・（式２）
Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中、６００〜９００℃、約５時間、窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｓｒ、Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【０１２３】
(4)原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式３に示す。
３Ｓｉ ＋ ２Ｎ２ → Ｓｉ３Ｎ４ ・・・（式３）
ケイ素Ｓｉも、窒素雰囲気中、８００〜１２００℃、約５時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【０１２４】
(5)Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。同様に、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【０１２５】
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。
【０１２６】
(6)上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
【０１２７】
(7)最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
【０１２８】
本実施の形態において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【０１２９】
以上のようにして形成されるＹＡＧ系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の側方端面において一層からなる色変換層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる色変換層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光体から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がＹＡＧ系蛍光体より発光素子の側方端面に近い位置に配置されるように色変換層を形成することが好ましい。このように構成することによって、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、両蛍光体による混色光の演色性を向上させることができる。
【０１３０】
（パッケージ）
本発明によって得られる半導体発光素子を、例えば、以下のようなパッケージに実装して発光デバイスとすることができる。まず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、窒化物半導体発光素子３０をリードフレーム３４を備えたヒートシンク３２に実装し、半導体発光素子３０からリードフレーム３４に導電性ワイヤー３６をボンディングする。その後、透明性ガラス３８でパッケージすることで発光デバイスを形成する。
【０１３１】
また、図６（ａ）〜（ｃ）に代えて、図７（ａ）〜（ｃ）に示すパッケージを用いても良い。図７では、ヒートシンク４２を有するパッケージ樹脂４０を準備して、ヒートシンク４２上に半導体発光素子３０を形成し、半導体発光素子３０からリードフレーム４４に導電性ワイヤー４６をボンディングする。その後、シリコーン等の封止樹脂４８を前記半導体発光素子３０上に塗布する。さらに、その上にレンズ４９を形成して発光デバイスとする。図６及び図７に示す発光装置には、静電気から半導体発光素子３０を保護するための保護装置３１を備えていることが好ましい。
【０１３２】
尚、上記実施の形態では、サファイア基板上に成長した紫外発光の発光ダイオードに本件発明を適用した場合を中心に説明したが、本件発明はこれに限定されない。サファイア以外の成長基板に成長した場合や、青色等の紫外以外の波長を発光するダイオードにも適用できる。また、発光ダイオードに限らず、レーザダイオードにも適用することができる。
【実施例】
【０１３３】
実施例１．
本実施例では、発光波長が３７５ｎｍの発光ダイオードに本件発明を適用し、図１（ａ）〜（ｅ）に示す製造方法に従って窒化物半導体素子を作成する。
（成長用基板）
成長用基板１として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０１３４】
（下地層２）
バッファ層３：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層３を約２００Åの膜厚で成長させた。
【０１３５】
高温成長層４：バッファ層３成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体４を５μｍの膜厚で成長させた。
【０１３６】
（ｎ型クラッド層５）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層５を４００Åの膜厚で形成した。
【０１３７】
（活性層６）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)の順に積層した。この時、障壁層(1)を２００Å、障壁層(2)と(3)を４０Å、井戸層(1)と(2)を７０Åの膜厚で形成した。活性層６は、総膜厚約４２０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【０１３８】
（ｐ型クラッド層７）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を６００Åの膜厚で成長させた。
【０１３９】
（ｐ型コンタクト層８）
続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【０１４０】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層７及び８をさらに低抵抗化した。
【０１４１】
（第１の接合層９）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【０１４２】
次に、ｐ電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成した。ここでで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２の共晶形成層との密着性を向上させる役割を果たす。
【０１４３】
（第２の接合層１１）
一方、導電性の支持基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板１０を用い、その金属基板１０の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【０１４４】
次に、第１の接合層９と第２の接合層１１とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性の支持基板１０とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【０１４５】
（成長用基板１の除去）
次に、導電性の支持基板１０を接合した接合用積層体から研削によってサファイア基板１を除去した後、露出したバッファ層３及び高温成長層４を研磨して、さらにｎ型クラッド層５のＡｌＧａＮ層が露出するまで研磨して、面荒れを無くした。
【０１４６】
（ｎ電極）
次に、ｎ型コンタクトとしても機能するｎ型クラッド層５上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成してｎ電極とした。その後、導電性の支持基板１０を１００μｍまで研磨した後、導電性の支持基板１０の裏面にｐ電極用のパッド電極１３として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した。尚、ｐ電極用のパッド電極１３は、パッケージへの接合部分となるため、パッケージとの接合に適した材料が選択される。次に、ダイシングにより素子を分離した。
【０１４７】
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３７３ｎｍの紫外発光を示し、出力は４．２ｍＷ、Ｖｆは３．４７Ｖであった。
【０１４８】
実施例２．
実施例１において、第１の接合層中のｐ型電極を、膜厚２０００ÅのＡｇで形成する。他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＥＤ素子は、出力５．８ｍＷ、Ｖｆは４．２Ｖである。
【０１４９】
実施例３．
成長用基板１の除去に際し、研磨法に代えてレーザ照射法を用いた以外は、実施例１と同様の条件により行った。
【０１５０】
（成長用基板１の除去）
導電性の支持基板１０を接合した接合用積層体について、サファイヤ基板１の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層２の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板１を除去した。
【０１５１】
得られたＬＥＤ素子は、順方向電圧２０ｍＡにおいて、発光ピーク波長が３７３ｎｍであり、Ｖｆは３．４７Ｖ、発光出力は４．２ｍＷであった。さらに、実施例１と比較して、サファイア基板を研磨する必要がないので、製造に要する時間を大幅に短縮することができた。従来の素子に比べ、発光出力が大きく向上した。
【０１５２】
実施例４．
実施例３と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光体としてＹＡＧとグループ２から選択された青色系蛍光体とを含有したＳｉＯ２をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。
これにより、演色性のよい白色を呈し、自己吸収が少なく、変換効率の高い窒化物半導体発光素子が得られた。
【０１５３】
実施例５．
実施例３と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光体としてＹＡＧとグループ２から選択された青色系蛍光体とを含有したＳｉＯ２をコーティング層として形成した。
これにより、演色性のよい白色を呈する窒化物半導体素子が複数個配列し、大面積で白色発光する窒化物半導体発光装置ができた。これは、照明用の光源として利用可能である。
【０１５４】
実施例６．
本実施例では、発光波長が３６５ｎｍの発光ダイオードに本件発明を適用し、図１（ａ）〜（ｅ）に示した製造方法に従い、図５（ａ）及び（ｂ）に示す構造の窒化物半導体素子を作成する。
（成長用基板）
成長用基板１として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０１５５】
（下地層２）
バッファ層３：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。
【０１５６】
高温成長層４：バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
【０１５７】
（ｎ型クラッド層５）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
【０１５８】
（活性層６）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)／井戸層(3)／障壁層(4)の順に積層した。この時、障壁層(1)と(2)と(3)と(4)をそれぞれ３７０Å、井戸層(1)と(2)と(3)をそれぞれ８０Åの膜厚で形成した。障壁層(4)のみアンドープとした。活性層６は、総膜厚約１７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【０１５９】
（ｐ型クラッド層７）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を３７０Åの膜厚で成長させた。
【０１６０】
（ｐ型コンタクト層８）
続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【０１６１】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層７及び８をさらに低抵抗化した。
【０１６２】
（第１の接合層９）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層８の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【０１６３】
次に、ｐ電極の上に、Ｒｈ−Ｉｒ−Ｐｔの多層膜を形成した。
【０１６４】
（第２の接合層１１）
一方、導電性の支持基板１０として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板１０の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＰｄから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【０１６５】
次に、第１の接合層９と第２の接合層１１とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【０１６６】
（成長用基板１の除去）
導電性の支持基板１０を接合した接合用積層体について、サファイヤ基板１の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層２の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板１を除去した。さらにはｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎより成るｎ型クラッド層５の残り膜厚が２．２μｍ程度になるまで研磨して面荒れを無くした。
【０１６７】
（ｎ電極）
次に、ｎ型コンタクトとしても機能するｎ型クラッド層５上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕから成る多層電極を形成してｎ電極１２とした。その後、導電性の支持基板１０を１００μｍまで研磨した後、導電性の支持基板１０の裏面にｐ電極用のパッド
電極１３として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕから成る多層膜を２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｎ電極とｐ電極は、それぞれの半導体層表面の全面に亘って格子状に形成した。この時、格子間の開口部がｎ側とｐ側で互いに重ならないように、互い違いに形成した。
【０１６８】
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は２．４ｍＷ、Ｖｆは３．６Ｖであった。
【０１６９】
実施例７．
本実施例は、実施例１〜６の紫外発光ＬＥＤ素子と異なり、青色ＬＥＤ素子に本件発明を適用する。本実施例では、発光波長が４６０ｎｍと長いため、ＧａＮ層による発光の自己吸収は殆どない。従って、実施例１〜６と異なり、高温下地層であるＧａＮ層を残してｎ型コンタクト層として機能させることができる。
（成長用基板）
成長用基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０１７０】
（下地層）
バッファ層：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。
【０１７１】
（ｎ型コンタクト層）
バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉが１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を５μｍの膜厚で成長させた。
【０１７２】
（ｎ型クラッド層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層５を４００Åの膜厚で形成した。
【０１７３】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＧａＮよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎＧａＮよりなる井戸層を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順に積層した。このとき、障壁層を２００Å、井戸層を５０Åの膜厚で形成した。活性層は、総膜厚約７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【０１７４】
（ｐ型クラッド層）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を６００Åの膜厚で成長させた。
【０１７５】
（ｐ型コンタクト層）
続いてクラッド層上にＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．１５μｍの膜厚で成長させた。
【０１７６】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
【０１７７】
（第１の接合層）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【０１７８】
次に、ｐ電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成した。ここでで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２の共晶形成層との密着性を向上させる役割を果たす。
【０１７９】
（第２の接合層）
一方、導電性基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【０１８０】
次に、第１の接合層と第２の接合層とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【０１８１】
次に、導電性基板を接合した接合用積層体について、サファイア基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層の窒化物半導体を分解して、サファイア基板を除去した。さらにｎ型コンタクト層が露出するまで研磨して面荒れを無くした。
【０１８２】
（ｎ電極）
次に、ｎ型コンタクト層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成してｎ電極とした。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。
【０１８３】
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光を呈した。
【０１８４】
実施例８．
実施例７と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。
これにより、白色を呈する窒化物半導体発光素子が得られた。
【０１８５】
実施例９．
実施例７と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性の支持基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として形成した。
これにより、白色を呈する窒化物半導体素子が複数個配列し、大面積で白色発光する窒化物半導体発光装置ができた。これは、照明用光源として利用可能である。
【０１８６】
実施例１０．
本実施例では、発光波長３６５ｎｍの発光ダイオードに本件発明を適用し、図８及び９に示すようにｎ型組成傾斜層を備えた層構成を有し、図５に示す電極構造を持った窒化物半導体素子を作成する。
（成長用基板）
成長用基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０１８７】
（下地層２）
バッファ層：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。
高温成長層：バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
【０１８８】
（組成傾斜層２６）
組成傾斜層：高温成長層成長後、さらに同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、組成傾斜ＡｌＧａＮ層２６を０．４μｍの膜厚で成長させた。この組成傾斜層２６は、高温成長層とｎ型クラッド層との格子不整合を緩和させるためのもので、アンドープのＧａＮからＳｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３ＮまでＡｌの混晶比とＳｉのドープ量とを徐々に大きくして形成した。
【０１８９】
（ｎ型クラッド層５）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
【０１９０】
（活性層６）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)／井戸層(3)／障壁層(4)の順に積層した。この時、障壁層(1)と(2)と(3)と(4)をそれぞれ２００Å、井戸層(1)と(2)と(3)をそれぞれ６０Åの膜厚で形成した。障壁層(4)のみアンドープとした。
【０１９１】
（ｐ型クラッド層７）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３８Ｇａ０．６２Ｎよりなるｐ型クラッド層７を２７０Åの膜厚で成長させた。
【０１９２】
（ｐ型コンタクト層８）
続いて、ｐ型クラッド層７上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを４×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【０１９３】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層７及び８をさらに低抵抗化した。
【０１９４】
（第１の接合層９）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【０１９５】
次に、ｐ電極の上に、Ｒｈ−Ｉｒ−Ｐｔの多層膜を形成した。
【０１９６】
（第２の接合層１１）
一方、導電性基板１０として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ１５％とＷ８５％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＰｄから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【０１９７】
次に、第１の接合層９と第２の接合層１１とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性基板１０とを、ヒータ温度を２３０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【０１９８】
（成長用基板の除去）
導電性基板１０を接合した接合用積層体について、サファイヤ基板１の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層２の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板１を除去した。さらに、下地層２と組成傾斜層２６と、さらにはｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎより成るｎ型クラッド層５の残り膜厚が２．２μｍ程度になるまで研磨して面荒れを無くした。
【０１９９】
（ｎ電極１２）
次に、ｎ型コンタクト層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕから成る多層電極を形成してｎ電極１２とした。ｎ電極１２は、光取り出し効率を考慮して、全面に形成せず、開口率が７０％となるように形成した。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板１０の裏面にｐ電極用のパッド電極１３として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕから成る多層膜を２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｎ電極１２とｐ電極１６は、それぞれの半導体層表面の全面に亘って格子状に形成した。この時、格子間の開口部がｎ側とｐ側で互いに重ならないように、互い違いに形成した。
【０２００】
得られたＬＥＤ素子の特性は、図１１のようになった。図１１は、順方向電流に対する駆動電圧（Ｖｆ）と出力の変化をパルス電流（Ｐｕｌｓｅ）と直流電流（ＤＣ）とについて示したものである。この素子は、室温でパルス電流５００ｍＡ（パルス幅２μｓｅｃ、デューティー１％）において、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は１１８ｍＷ、駆動電圧４．９Ｖ、外部量子効率６．９％で、さらに室温で直流電流５００ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は１００ｍＷ、駆動電圧４．６Ｖ、外部量子効率５．９％であった。
【０２０１】
比較例１．
（成長用基板）
成長用基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０２０２】
（下地層）
バッファ層：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。
【０２０３】
高温成長層：バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
【０２０４】
組成傾斜層：高温成長層成長後、さらに同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、組成傾斜ＡｌＧａＮ層を０．４μｍの膜厚で成長させた。この組成傾斜層は、高温成長層とｎ型クラッド層との格子不整合を緩和させるためのもので、アンドープのＧａＮからＳｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３ＮまでＡｌの混晶比とＳｉのドープ量とを徐々に大きくして形成した。
【０２０５】
（ｎ型クラッド層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
【０２０６】
（活性層）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)／井戸層(3)／障壁層(4)の順に積層した。この時、障壁層(1)と(2)と(3)と(4)をそれぞれ２００Å、井戸層(1)と(2)と(3)をそれぞれ６０Åの膜厚で形成した。障壁層(4)のみアンドープとした。
【０２０７】
（ｐ型クラッド層）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３８Ｇａ０．６２Ｎよりなるｐ型クラッド層７を２７０Åの膜厚で成長させた。
【０２０８】
（ｐ型コンタクト層）
続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを４×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【０２０９】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
【０２１０】
（電極）
第２のｐ型コンタクト層から一部をｎ型クラッド層が露出するまでエッチングし、ｎ電極を形成するための面を設け、第２のｐ型コンタクト層上にＲｈ電極を、露出したｎ型クラッド層上にＴｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕを形成した。
【０２１１】
得られたＬＥＤ素子は、図１２の（ａ）に示す発光スペクトルを示した。実施例１０によって得られた発光スペクトルは図１２の（ｂ）であり、ＧａＮの吸収が、発光スペクトルに大きく影響することがわかる。
【０２１２】
実施例１１．
実施例１０において、図１０に示すように、ｎ型クラッド層５を２層に分ける。その他の点は、実施例１０と同様にしてＬＥＤを作成する。
（ｎ型クラッド層５）
１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｎ型窒化物半導体層５ａを１．７μｍの膜厚で形成し、さらにその上に、Ｓｉを２×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｎ型窒化物半導体層５ｂを０．８μｍの膜厚で形成し、第１のｎ型窒化物半導体層５ａと第２のｎ型窒化物半導体層５ｂとでもって、ｎ型クラッド層５とした。
これによって得られたＬＥＤ素子は、実施例１０よりも駆動電圧が０．３Ｖ程度下がり、また長時間発光でも素子劣化は小さかった。
【０２１３】
実施例１２．
実施例１１において、活性層６を次のようにした。他の点は、実施例１１と同様にしてＬＥＤを作製する。
（活性層６）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)／井戸層(3)／障壁層(4)／井戸層(4)／障壁層(5)／井戸層(5)／障壁層(6)の順に積層した。このとき、障壁層(1)〜(6)をそれぞれ２００Å、井戸層(1)〜(5)をそれぞれ１５０Åの膜厚で形成した。これによって得られたＬＥＤ素子は、出力が実施例１１とほぼ同等で、さらに単色性が向上した。
【０２１４】
実施例１３．
実施例１０において、ｎ型電極を形成後、露出しているｎ型コンタクト層の表面にストライプ形状で凹凸形成を行う。凹部の深さは１．５μｍとし、凹部幅を３μｍ、凸部幅を３μｍとする。その他の条件は同様とする。このディンプル加工により、さらに光取り出し効率を向上できる。
【０２１５】
実施例１４．
実施例１０もしくは１１で得られる素子について、ｎ型電極を形成後、絶縁性のＺｒＯ２（屈折率２．２）から成る保護膜１９を膜厚１．５μｍで成膜する。さらに、図１３に示すように、保護膜１９に３μｍ間隔で凹凸を形成する。凸部の平面形状は円形であって、凹部の深さは１．０μｍとする。これにより、光取り出し効率がさらに向上する。本実施例ではＺｒＯ２を用いたが、その他に、Ｎｂ２Ｏ５（屈折率２．４）やＴｉＯ２（屈折率２．７）を用いても同程度の効果が得られる。
【０２１６】
実施例１５．
実施例１４において、形成する保護膜１９の凸部を保護膜ＺｒＯ２の凸部をテーパー角６０°形状とする。本実施例によれば、実施例１２よりもさらに光取り出し効率が向上する。
【０２１７】
実施例１６．
実施例１０と同様の方法によりＬＥＤ素子を得る。
続いて、金属パッケージ上にＬＥＤ素子を載置し、導電性ワイヤーにて外部電極とＬＥＤ素子との電気的導通を図った後、以下の方法により窒化物系半導体を含む発光素子の上に図１４に示されるようなコーティング層１４を形成する。
(1)まず、ＬＥＤ素子の電極上にレジストあるいはポリイミドによる膜を形成する。(2)次に、上述したように、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とエチルシリケートの加水分解溶液と高沸点溶媒との混合溶液を調整し、蛍光体が均一に分散するように撹拌して塗布液を調整する。(3)スプレーコーティング方法により、支持基板上および保護膜を形成した部分を除くＬＥＤ素子の上面および側面上に塗布液を付着させる。(4)１５０℃の温度で３０分間乾燥させることにより一次硬化を行い膜厚数十μｍの層を形成する。(5)形成された層上に蛍光体を含まないエチルシリケートの加水分解溶液を含浸させる。(6)最後に、レジストあるいはポリイミドによる膜を除去し、２４０℃の温度で３０分間乾燥させることにより二次硬化を行う。以上(1)から(6)の工程により、総膜厚が５〜１０μｍである窒化物系半導体層の少なくとも露出面上にある連続した層であり、且つ、ＬＥＤ素子の電極上を除く素子の上面、側面および角の上に配置され、ほぼ均一な膜厚２０〜３０μｍのコーティング層１４が形成される。
【０２１８】
本実施例にかかる発光装置は、青色から紫外線領域の光を出光する発光素子を共に使用しても劣化しない無機物を材料として蛍光体を発光素子の上に固着しており、長時間使用しても発光色のバラツキの少ない発光装置を提供できる。また、少なくとも発光素子の発光観測面をほぼ均一な膜厚で覆うコーティング層１４を形成することにより、本実施例に係る発光装置は、発光観測方向が異なっても、色温度の変化が少ない発光装置とすることが可能である。さらに、発光素子からの発光が観測される全ての面に蛍光体を含有するコーティング層が形成され、支持基板を光が透過することはないため、従来のサファイア基板を使用した発光素子と比較して、蛍光体により波長変換された光の取り出し効率が向上する。また、熱伝導性の良い支持基板を使用することにより、従来のサファイア基板を使用した発光素子と比較して、放熱性が向上する。
【０２１９】
実施例１７．
図１４に示されるようにエッチングにより支持基板上のＰＮ各半導体側面を露出させた後、実施例１６と同様に調製した塗布液、あるいはセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体をシリコーン樹脂に含有させた材料を用いたスクリーン印刷によりコーティング層を形成させる。ここで、蛍光体をシリコーン樹脂に含有させた材料を使用する場合は、温度１５０℃１時間の条件のもとで硬化を行う。こうして出来上がった半導体ウエハーを、スクライブラインを引いた後、ダイシングにより分割させ発光素子としてＬＥＤチップを形成させる。
【０２２０】
このように、ウェハ状態のときに蛍光体を含むコーティング層１４を形成することにより、金属パッケージ等にＬＥＤチップを載置して発光装置を形成する前段階、即ち蛍光体を含むコーティング層が形成されたＬＥＤチップの段階で発光色の検査および選別を行うことが可能であるため、発光装置の製品歩留まりが向上する。また、本実施例に係るＬＥＤチップは、上記コーティング層１４を形成したＬＥＤチップに対する発光観測方向が異なっても、色温度の変化が少ない発光素子とすることが可能である。
【０２２１】
実施例１８．
図１５は、本実施例にかかる半導体発光素子の模式的な断面図を示す。
実施例１６において、成長用基板を除去した後、光の取り出しを向上させるため、ｎ型窒化物半導体層の露出面および／または半導体層の側面をＲＩＥにより凹凸（ディンプル加工）を形成する。本実施例においては、図１５に示されるように特にｎ型クラッド層５に対してディンプル加工を行ったが、ｎ型クラッド層５から活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８にかけてディンプル加工を行っても構わない。その凹凸の断面形状は、メサ型あるいは逆メサ型、そして、平面形状は島状、格子状、矩形状、円状あるいは多角形状とすることができる。このようなディンプル加工を行った露出面および半導体層の側面に対して、実施例１５と同様にコーティング層１４を形成する。
このように形成することにより、発光素子からの光の取り出し効率を向上させ、また、長時間使用しても発光色のバラツキの少ない発光装置を提供できる。
【０２２２】
実施例１９．
本実施例では、実施例１６と同様の条件によって窒化物半導体素子を作製するが、支持基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成する。エッチングにより窒化物半導体素子の側面の一部に露出面を設け、実施例１５と同様の方法によりコーティング層１４を形成する。最後に、支持基板を金属パッケージ等の支持体上に載置し、発光素子の正負一対の両電極と外部電極との電気的導通を図ることにより発光装置を形成する。
【０２２３】
これにより、発光素子からの光と、蛍光体により該発光素子からの光が波長変換された光との混色光が出光可能な発光素子が複数個配列し、大面積で混色光を発することが可能な発光装置とすることができる。このような発光装置は、照明用光源として利用可能である。
【０２２４】
実施例２０．
本実施例では、実施例１６において得られた半導体発光素子を、図７に示すようなパッケージに実装する。ヒートシンクを備えたパッケージ４０の開口部底面に半導体発光素子３０をエポキシ樹脂にてダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合部材は特に限定されず、Ａｕ−Ｓｎ合金や導電性材料が含有された樹脂やガラス等を用いることができる。含有される導電性材料はＡｇが好ましく、含有量が８０％〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。次に、ダイボンドされた半導体発光素子３０の各電極と、パッケージ４０の開口部底面から露出された各リード電極４４とをそれぞれＡｕワイヤ４６にて電気的に接続する。
【０２２５】
次に、フェニルメチル系シリコーン樹脂組成物１００ｗｔ％（屈折率１．５３）に対して、拡散剤として平均粒径１．０μｍ、吸油量７０ｍｌ／１００ｇである軽質炭酸カルシウム（屈折率１．６２）を３ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。こうして得られた硬化性組成物４８をパッケージ４０の開口部内に、開口部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、７０℃×３時間、及び１５０℃×１時間熱処理を施す。これにより、開口部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称の放物線状に凹みを有する発光面が得られる。また、硬化性組成物の硬化物からなる封止部材４８は、拡散剤の含有量の多い第１の層と、第１の層より前記拡散剤の含有量の少ないもしくは含有していない第２の層との２層に分離しており、半導体発光素子の表面は第１の層にて被覆されている。これにより、半導体発光素子から発光される光を効率良く外部へ取り出すことができると共に、発光の均一性が良好となる。第１の層は、開口部の底面から半導体発光素子の表面にかけて連続して形成されていることが好ましく、これにより、発光面の形状を滑らかな開口部とすることができる。本実施例にかかる発光デバイスは、発光素子からの出光を無駄なく主面側から出光させることができ、従来と比較して薄型化しつつ導光板の光入射面に対して広範囲に光を入射させることができる。
【０２２６】
実施例２１．
実施例２０において、封止部材４８中に蛍光物質を含有させる以外は、同様にして発光でデバイスを形成する。蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。蛍光体を含有させることにより、半導体発光装置からの光と、該発光装置の光の一部が蛍光体により波長変換された光との混色光が得られる発光デバイスとすることができる。
【０２２７】
実施例２２．
実施例１６によって得られた発光素子に、蛍光体を備えた本発明に記載のパッケージ方法により、発光デバイスを形成する。蛍光体として、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：ＭｎとＳｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕとを用いる。この発光デバイスは青緑色の発光を呈する。
【０２２８】
実施例２３．
本実施例では、本発明を適用してレーザを構成した場合について説明する。図１６〜１８を参照しながら説明する。まず、図１６（ａ）に示すように、サファイア基板６１の上に、ｎ型窒化物半導体層６２、活性層６３、ｐ型窒化物半導体層６４の積層体が形成される。
（バッファ層）
本実施例では、成長用基板６１としてサファイアを用いる。まず、２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板６１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし温度を５００℃にしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。
【０２２９】
（下地層）
バッファ層形成後、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。下地層としてこの他にＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌｌｙ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設ける等して形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域とをストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜させたものや、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長が成されて成膜されたもの等が挙げられる。
【０２３０】
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、積層構造体を構成する各層を形成する。
（ｎ型コンタクト層）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層の膜厚は２〜３０μｍであればよい。
【０２３１】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【０２３２】
（ｎ型クラッド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌの混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
【０２３３】
（ｎ型光ガイド層）
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【０２３４】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層させて総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【０２３５】
（ｐ型キャップ層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
【０２３６】
（ｐ型光ガイド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
【０２３７】
（ｐ型クラッド層）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＧを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
【０２３８】
（ｐ型コンタクト層）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすればｐ電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
こうして、図１６（ａ）に示すように、サファイア基板６１の上に、ｎ型窒化物半導体層６２、活性層６３、ｐ型窒化物半導体層６４の積層体が形成される。
【０２３９】
（ｎ型層露出及び共振器面形成）
以上のようにして窒化物半導体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜を形成してＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ４ガスによりエッチングする。これによって、図１６（ｂ）に示すように、共振器面となる活性層端面を露出させてエッチング端面を共振器端面とする。
【０２４０】
（基板露出）
次に、ＳｉＯ２をウエハ全面に形成した後、その上にｎ型コンタクト層の露出面を除いてレジスト膜を形成し、図１６（ｃ）に示すように、基板が露出するまでエッチングする。共振器面など側面にもレジスト膜が形成されているので、エッチング後には、先に形成させた共振器面などの側面（ｐ型層と、活性層と、ｎ型層の一部と、を含む）と、共振器面と基板との間のｎ型層との２段になった端面が形成されることになる。
【０２４１】
（ストライプ状凸部（リッジ）形成）
次に、図１６（ｄ）に示すように、ストライプ状の導波路領域を形成する。最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、保護膜の上に幅３μｍのストライプ形状のマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いてＳｉＯ２をエッチングしその後ＳｉＣｌ４により窒化物半導体層をｐ型ガイド層が露出するまでエッチングし、活性層よりも上にストライプ状の凸部６４ａが形成される。
【０２４２】
（第１の絶縁膜）
ＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｐ型半導体層６４の表面にＺｒＯ２よりなる第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜６５は後に分割され易いように絶縁膜を形成させない部分を設けてもよい。第１の絶縁膜を形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状凸部の上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、ストライプ状凸部の上面は露出され、凸部の側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
【０２４３】
（ｐ側オーミック電極）
次に、図１７（ａ）に示すように、ｐ型コンタクト層上の凸部最表面の第１の絶縁膜上にｐ側オーミック電極６５を形成させる。このｐ側オーミック電極６５は、ＮｉとＡｕからなる。電極形成後、それぞれを酸素：窒素が１：９９の割合の雰囲気中で、６００℃でアニーリングすることで、ｐ側オーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を得る。
【０２４４】
（第２の絶縁膜）
次いで、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）とＴｉ酸化膜（ＴｉＯ２）の多層膜からなる第２の絶縁膜をλ／４ｎの膜厚で２ペア（４層）の条件で、エッチングされた底面及び側面に形成することでミラーを形成する。このときｐ側オーミック電極は露出するようにしておく。
【０２４５】
（ｐ側パッド電極）
次に、図１７（ａ）に示すように、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極６６を形成する。ｐ側パッド電極６６は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からとしてＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。
【０２４６】
（第１の支持基板貼り合わせ前保護膜）
ｐ側パッド電極６６形成後、ウエハのほぼ全面を覆うようにレジスト膜６７を膜厚３μｍで形成する。
【０２４７】
他方、第１の支持基板６８を用意する。第１の支持基板６８としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用いる。図１７（ｂ）に示すように、このサファイアと上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側との間にエポキシ樹脂系接着シート６９を挟んで貼り合わせる。この場合、前記窒化物半導体は、ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度約１５０℃で約１時間、加熱することで接合させる。
【０２４８】
（成長基板分離）
次に、図１７（ｃ）に示すように、成長基板であるサファイア基板６１を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０２４９】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
次に、図１８（ａ）に示すように、前記ｎ型コンタクト層上にｎ側金属層７０をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ｓｎの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。Ｔｉ−Ａｌ層がｎ側電極であり、その上のＴｉ−Ｐｔ−Ｓｎは共晶のためのメタライズ層である。
【０２５０】
他方、第２の支持基板７１を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る第２の支持基板７１の表面にメタライズ層７２をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０２５１】
（第２の支持基板接合）
次に、図１８（ｂ）に示すように、前記ｎ側金属層７０と、第２の支持基板のメタライズ層７２とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０２５２】
（第１の支持基板分離）
上記のように、第１の支持基板６８と第２の支持基板７１とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃まで昇温させる。これにより、エポキシ系接着シート６９の接着力を低下させて、図１９（ａ）に示すように、第１の支持基板６８を分離させることができる。その後、図１９（ｂ）に示すように、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（レジスト）６７を除去し、ダイシングを行ってチップ化する。
【０２５３】
以上のようにして、図１９（ｃ）に示す窒化物半導体レーザ素子が得られる。このレーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０２５４】
実施例２４．
本実施例では、第２の保護膜形成工程までは実施例２３と同様に形成する。
（充填材）
図１７（ａ）に示すように、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順で積層されてなるｐ側パッド電極６６をｐ側オーミック電極６５の上に形成させる。ｐ側パッド電極６６は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。次いで、エッチングされた溝部にポリイミドを塗布法により形成し、ウエハ全体の平坦化を行う。
【０２５５】
他方、第１の支持基板６８を用意する。第１の支持基板６８としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用い、接合剤としてＡｕＳｎからなる共晶材を用いる。図１７（ｂ）に示すように、この共晶材を上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側と接合させる。この場合、前記ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度２４０℃で１０分間、加熱することで接合させる。
【０２５６】
（成長基板分離）
次に、図１７（ｃ）に示すように、成長基板であるサファイア基板６１を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０２５７】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
フッ酸を用いて第２の保護膜として形成したＳｉ酸化膜を除去する。次に、図１８（ａ）に示すように、ｎ型コンタクト層上にｎ型金属層７０をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。
【０２５８】
他方、第２の支持基板７１を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る第２の支持基板７１の表面にメタライズ層７２をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０２５９】
（第２の支持基板接合）
次に、図１８（ｂ）に示すように、前記ｎ側金属層７０と、第２の基板のメタライズ層７２とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０２６０】
（第１の支持基板分離）
上記のように、第１の支持基板６８と第２の支持基板７１とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃に昇温する。これにより、図１９（ａ）に示すように、エポキシ系樹脂シート６９の接着力を低下させて、第１の基板６８を分離させることができる。その後、図１９（ｂ）に示すように、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（ポリイミド）を除去した後、酸素プラズマによりポリイミド充填層の除去を行った後、ダイシングを行う。
【０２６１】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０２６２】
実施例２５．
本実施例では、幅３μｍのリッジを、６０μｍ間隔で３０本有するマルチストライプ型の窒化物半導体レーザ素子を形成させる。その他の点は、実施例２３と同様である。図２０（ａ）にマルチストライプ型の窒化物半導体レーザを示す。図面の簡単のため、図２０（ａ）ではリッジ本数を１５本にしている。このようなマルチストライプ型の場合、リッジ本数が多くなることで横幅（リッジと垂直な方向の端面の幅）が大きくなり、バー状のレーザ素子となる。リッジがこのように１次元方向に複数形成されることで、高出力を有することができる。本実施例で得られた窒化物半導体レーザ素子は、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであった。このとき、各ストライプからは均一にレーザ光が発振されており、最大出力は１０Ｗである。
【０２６３】
また、本実施例で得られるマルチストライプ型の窒化物半導体レーザは、重ねて（スタック化）用いることもできる。例えば、図２０（ｂ）のように、バー状のレーザ素子を重ねて２次元方向に複数のリッジを設けてスタック型半導体レーザとすることで、超高出力の半導体レーザ素子とすることができる。本実施例のマルチストライプ型窒化物半導体レーザ素子ひとつで最大出力が１０Ｗであるが、これらを１０個重ねて用いるスタック型窒化物半導体レーザ素子では、約１００Ｗという超高出力とすることができる。また、このとき、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであり、各ストライプからは均一にレーザ光が発振される。
【図面の簡単な説明】
【０２６４】
【図１】図１は、本発明に係る窒化物半導体素子の製造方法の一実施形態における製造工程を示す模式断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、成長基板、窒化物半導体層、及び支持基板の熱膨張係数Ａ、Ｂ、及びＣの間にＣ＞Ａ＞Ｂの関係がある場合のウエハの反りを示す模式図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、成長基板、窒化物半導体層、及び支持基板の熱膨張係数Ａ、Ｂ、及びＣの間にＡ＞Ｂ＞Ｃの関係がある場合のウエハの反りを示す模式図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、成長基板、窒化物半導体層、及び支持基板の熱膨張係数Ａ、Ｂ、及びＣの間にＡ≧Ｃ＞Ｂの関係がある場合のウエハの反りを示す模式図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る窒化物半導体素子の一実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る窒化物半導体素子に用いるパッケージの一例を示す斜視図、上面図及び断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る窒化物半導体素子に用いるパッケージの別例を示す斜視図、上面図及び断面図である。
【図８】図８は、図１とは別の実施形態を示す工程図である。
【図９】図９は、図８に示す実施形態における窒化物半導体素子の層構成を示す模式断面図である。
【図１０】図１０は、図８とはさらに別の実施形態を示す工程図である。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、実施例１０に係る窒化物半導体素子の特性を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例１０に係る窒化物半導体素子と従来の窒化物半導体との特性を比較した図である。
【図１３】図１３は、図５と異なる実施形態の窒化物半導体素子を示す模式断面図である。
【図１４】図１４は、蛍光体を含むコーティング層を形成した実施形態を示す模式断面図である。
【図１５】図１５は、ｎ型窒化物半導体層の表面にディンプルを形成した実施形態を示す模式断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｄ）は、実施例２３に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、図１６の続きの工程を示す工程図である。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｂ）は、図１７の続きの工程を示す工程図である。
【図１９】図１９（ａ）〜（ｃ）は、図１８の続きの工程を示す工程図である。
【図２０】図２０（ａ）及び（ｂ）は、実施例２５に係る窒化物半導体レーザを示す模式断面図である。
【図２１】従来の窒化物半導体素子の構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【０２６５】
１ 成長用基板、２ 下地層、３ バッファ層、４ 高温成長層、５ ｎ型クラッド層、６ 活性層、７ ｐ型クラッド層、８ ｐ型コンタクト層、９ 第１の接合層、１０ 導電性基板、１１ 第２の接合層、１２ ｎ電極、１３ ｐ電極用パッド電極、１４ コーティング層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、レーザダイオード素子（ＬＤ）等の発光素子、太陽電池、光センサ等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられる、窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いた窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイアは、そのエピタキシャル成長工程の高温アンモニア雰囲気中における安定性の為、高効率の窒化物半導体の発光素子を成長させる為の基板として望ましいものであることは実証されている。具体的にはサファイア基板上に成長させた窒化物半導体素子は高輝度青色ＬＥＤ、純緑色ＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）に利用されており、その用途はフルカラーディスプレイや信号表示機、イメージスキャナー、光ディスク用光源等大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、又は印刷機器等である。さらに電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような電子デバイスへの応用も期待されている。
【０００３】
窒化物半導体は有望な半導体材料でありながら、バルク単結晶の製造が難しい。したがって、現状ではサファイア、ＳｉＣ等の異種基板の上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を利用してＧａＮを成長させるヘテロエピタキシ技術が汎用されている。特にサファイア基板を用いる場合はサファイア基板上に６００℃程度の低温でＡｌＧａＮを緩衝層として形成後、その上に窒化物半導体層を成長させる方法が使用されている。これにより、窒化物半導体層の結晶性向上が実現された。特許文献１には、ＧａＸＡｌ１−ＸＮをバッファ層として、その上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させた構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１５４９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、サファイアは熱伝導率が悪い絶縁体であり、これにより素子は限定された構造となってしまう。例えば、ＧａＡｓやＧａＰのような導電体基板であれば、電気接触部（電極）を半導体装置の上面に１つ、また底面にはもう１つの接触部を設けることができるが、サファイア上に成長させた発光素子は上面（同一面）に２つの電気接触部を設けることになる。そのため、サファイア等の絶縁体基板を用いると、導電体基板に比べて同一基板面積における有効発光面積を狭めてしまう。さらに、絶縁体基板を用いた場合、同一φのウェハーから取れる素子（チップ）数が少ないことになる。
【０００５】
また、サファイア等の絶縁体基板を用いた窒化物半導体素子はフェイスアップ型やフェイスダウン型があるが、これらは同一面に両電極を有するため、電流密度が局部的に高くなり素子（チップ）が発熱する。また、電極に対するワイヤーボンディング工程においてｐｎ両電極にそれぞれワイヤーが必要なためチップサイズが大きくなりチップの収率が落ちる。更にサファイアは硬度が高く、六方晶の結晶構造である。そのため、サファイアを成長基板として使われた場合はサファイア基板をスクライブによりチップ分離する必要があり、他の基板に比べて製造工程を増加しなければならない。
【０００６】
一方、ＳｉＣを基板に用いた窒化物半導体素子では、ＳｉＣが導電性を示すため、素子の上下両面に電極を形成することができる。しかしながら、ＳｉＣ基板の上に窒化物半導体素子を成長した場合、ＳｉＣ基板と接する側の窒化物半導体層には電極を直接形成することができない。即ち、一方の電極は窒化物半導体に直接接するように形成できるが、他方の電極はＳｉＣ基板の裏面に形成する必要がある。このため、ＳｉＣ基板を介して電流を流し、発熱を放熱することになるが、ＳｉＣの導電率や熱伝導率は十分でない。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題を鑑み、窒化物半導体の積層体の一方の主面にｐ電極が形成され、他方の主面にｎ電極が形成されるような、両電極が向かい合う対向電極構造を形成した窒化物半導体素子、及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
さらにまた、近年、紫外領域等の短波長で発光するＬＥＤが実用可能となっている。図２１は、紫外領域で発光する窒化物半導体素子の構造の一例を示す模式図である。サファイヤ基板５１上に、ＧａＮバッファ層５２、ｎ型ＧａＮコンタクト層５３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５４、ＩｎＧａＮ活性層５５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５６、ｐ型ＧａＮコンタクト層５７が積層され、そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層５７の上にはｐ電極５８、エッチングにより露出させたｎ型ＧａＮコンタクト層５３の上にはｎ電極５９が形成されている。活性層のＩｎ組成比を変化させることにより発光波長を変化させることができ、Ｉｎ組成比を小さくすることにより発光波長の短波長化が図られている。
【０００９】
しかしながら、発光波長を短く、例えばＧａＮのバンドギャップである３６５ｎｍよりも短くしようとすると、活性層として従来用いられているＩｎＧａＮの量子井戸構造を用いることが困難となり、十分な発光出力が得られないという問題もある。さらには、ＧａＮコンタクト層等の、発光波長に近いバンドギャップを有する材料の吸収により光取り出し効率が著しく低下するという問題もある。
【００１０】
そこで、本発明の別の目的は、上記課題を解決し、電流分布を均一化して素子の発熱を抑制することを可能とし、さらに紫外領域においても高い発光出力を有する窒化物半導体素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本件第１発明の窒化物半導体素子の製造方法は、対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、対向する二つの主面を有し、上記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、を成長させて接合用積層体を形成し、上記ｐ型窒化物半導体層の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層を設ける一方、対向する二つの主面を有し、上記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ上記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する基板の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層を設け、第１の接合層と第２の接合層とを対向させて、接合用積層体と基板とを加熱圧接して接合し、上記接合用積層体の成長用基板を除去することを特徴とする。
【００１２】
基板は、導電性であることが好ましく、より好ましくは金属又は金属複合体であることが好ましい。金属又は金属複合体は、導電性が良好であるだけでなく、熱伝導率に優れるため、窒化物半導体素子の放熱性を向上することができる。尚、本件において「導電性」の基板には、金属伝導を示すものの他に、半導体も含まれる。
【００１３】
本件第１発明の製造方法によれば、成長用基板上に上記の活性層を含む窒化物半導体層を成長させ、次いでｐ型窒化物半導体層上に形成した第１の接合層と基板側の第２の接合層とを介して接合用積層体と基板とを接合し、次いで成長用基板を除去するようにしたので、ｐ型窒化物半導体層の上にはｐ型電極、そして露出させたｎ型窒化物半導体層の上にはｎ型電極を形成することができる。これにより、ｐ電極とｎ電極とを対向して配置することができるので、電流分布を均一化して素子の発熱を抑制することが可能となる。これにより、紫外領域においても発光出力の高い窒化物半導体素子を提供することが可能となる。
【００１４】
また、発明者らは鋭意研究した結果、窒化物半導体層への欠けや割れを防止するために、ｐ型窒化物半導体層に接合する支持用の基板を選択する際、その支持基板と成長用基板の熱膨張係数の関係に着目すべきことを見出した。即ち、支持基板の熱膨張係数を成長用基板の熱膨張係数と同じあるいは小さくすることで、窒化物半導体層の欠けや割れを大幅に低減し、歩留において信頼性の高い窒化物半導体素子を得ることが可能となった。つまり、成長用基板と窒化物半導体層と支持基板との３つの熱膨張係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとしたとき、「Ａ＝Ｃ＞Ｂ」もしくは「Ａ＞Ｃ＞Ｂ」とする。
【００１５】
この熱膨張係数の関係によって窒化物半導体層の割れや欠けが防止できるメカニズムは、以下のように推定される。図２乃至４を参照しながら簡単に説明する。単純な例として、成長基板としてのサファイア基板２２上に、ＧａＮ層２３を成長し、ＧａＮ層２３の上に支持基板２４を接合する場合を考える。サファイアの熱膨張係数Ａは、約７．５×１０−６Ｋ−１であり、ＧａＮの熱膨張係数Ｂは、ｃ軸方向で約３．１７×１０−６Ｋ−１、ａ軸方向で約５．５９×１０−６Ｋ−１である。本件発明では、互いの接合界面の面方向における熱膨張係数の大小が問題となるため、サファイア基板のｃ面上にｃ軸成長させたＧａＮの場合、ＧａＮのａ軸方向での熱膨張係数に対する大小を調べれば良い。この上に種々の熱膨張係数Ｃを持った支持基板を形成する。
【００１６】
まず、熱膨張係数の関係が「Ｃ＞Ａ＞Ｂ」である場合、ウエハの反りは図２のようになる。サファイア基板２２のｃ面上にＧａＮ層２３を形成した状態では、図２（ａ）に示すように、ＧａＮ層２３の側が凸の反り形状となっている。そのＧａＮ層２３の上に、熱膨張係数Ｃがサファイア基板の熱膨張係数Ａよりも大きな支持基板２４を接合すると、図２（ｂ）に示すように、反りの方向が逆転する。このとき、ＧａＮ層２３には大きな歪みが加わるため、ＧａＮ層にクラックが生じたり、ＧａＮ層が剥がれるといった問題が生じ易い。
【００１７】
次に、熱膨張係数の関係が「Ａ＞Ｂ＞Ｃ」である場合、ウエハの反りは図３のようになる。まず、サファイア基板２２のｃ面上にＧａＮ層２３を形成した状態では、図３（ａ）に示すように、ＧａＮ層２３の側が凸の反り形状となっている。そのＧａＮ層２３の上に、熱膨張係数ＣがＧａＮ層の熱膨張係数Ｂよりも小さな支持基板２４を接合すると、図３（ｂ）に示すように、反りの方向は変わらない。次に、図３（ｃ）に示すように、ウエハを上下反転させた後、図３（ｄ）に示すように、サファイア基板２２を除去する。このとき、サファイア基板２２を除去する過程で反りの方向は変わらず、サファイア基板２２の側が凹状の反り形状となっている。このため、サファイア基板２２を研磨によって除去しようとしても、周辺部のみ研磨が進み、均一な研磨が困難である。また、レーザ照射によってサファイア基板２２を除去しようとしても、サファイア基板２２がＧａＮ層から浮上がりにくい。従って、サファイア基板２２の除去が難しく、無理にサファイア基板２２を除去しようとするとＧａＮ層２３に割れや剥離が生じてしまう。
【００１８】
これに対し、熱膨張係数の関係が「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」である場合、ウエハの反りは図４のようになる。まず、サファイア基板２２のｃ面上にＧａＮ層２３を形成した状態では、図４（ａ）に示すように、ＧａＮ層２３の側が凸の反り形状となっている。そのＧａＮ層２３の上に、熱膨張係数Ｃがサファイア基板２２の熱膨張係数Ａと同じか、やや小さな支持基板２４を接合すると、図４（ｂ）に示すように、反りが緩和される。次に、図４（ｃ）に示すように、ウエハを上下反転させた後、図４（ｄ）に示すように、サファイア基板２２を除去する。このとき、サファイア基板２２を除去すると、サファイア基板２２の側が凸の反り形状に変化する。このため、サファイア基板２２を研磨によって除去する際に、均一な研磨が行い易い。また、レーザ照射によってサファイア基板２２を除去する場合にも、サファイア基板２２がＧａＮ層２３から浮上がり易い。従って、サファイア基板２２を除去する際に、ＧａＮ層２３に割れや剥離が発生することを抑制できる。
【００１９】
このように、成長用基板と窒化物半導体層と支持基板との３つの熱膨張係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとしたとき、「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」とすることにより、窒化物半導体層に生じる欠けや割れを大幅に低減し、高い歩留で窒化物半導体素子を得ることが可能となる。また、上記のような熱膨張係数の関係とすることには、サファイア基板２２を除去した後の工程が容易になる利点もある。即ち、図４（ｄ）に示すように、最終的に窒化物半導体層２３の側が凸の反り形状となるため、支持基板２４の側を吸着する真空吸着によってフラットになり易い。従って、窒化物半導体層２３の研磨工程において均一な研磨が可能となり、フォトリソグラフィ工程におけるレジストの均一な塗布が可能となる。
【００２０】
尚、本発明における支持基板の熱膨張係数Ｃは、「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」の関係を充たすものであれば良いが、より好ましくは、成長用基板上の窒化物半導体層の厚さに応じて熱膨張係数Ｃの値を調整する。即ち、窒化物半導体層の膜厚が成長用基板の膜厚に比べて十分に薄い場合（例えば、窒化物半導体層の膜厚が３０μｍ以下の場合）、支持基板の熱膨張係数Ｃを成長用基板の熱膨張係数Ａとほぼ同じにすることが好ましい。この場合、支持基板の熱膨張係数Ｃと成長用基板の熱膨張係数Ａが完全に一致している必要はなく、支持基板の熱膨張係数Ｃが成長用基板の熱膨張係数Ａの±１０％程度であれば良い。一方、窒化物半導体層の膜厚が厚い場合（例えば、窒化物半導体層の膜厚が３０μｍを超える場合）、支持基板の好ましい熱膨張係数Ｃは、窒化物半導体層の膜厚に応じて、成長用基板の熱膨張係数Ａから窒化物半導体層の熱膨張係数Ｂに近い方に変化していく。
【００２１】
また、本件第１発明の製造方法では、上記第１の接合層がｐ型窒化物半導体層の直上に形成されたオーミック電極層を含むことが好ましい。さらに、第１の接合層が第１の共晶形成層を有し、かつ、第２の接合層が第２の共晶形成層を有することが好ましい。接合時には、第１及び第２の共晶形成層のそれぞれを構成する金属が互いに拡散して共晶を形成するので、接合力を高めることができる。
【００２２】
次に、本件第２発明の製造方法は、対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
（ａ）対向する二つの主面を有する成長用基板の一方の主面上に、上記活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体を含んだ下地層を成長し、
（ｂ）上記下地層の上に、少なくとも、前記ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層とを成長し、
（ｃ）上記ｐ型窒化物半導体層の上に、上記基板を接合し、
（ｄ）上記成長用基板と上記下地層とを除去することを特徴とする。
【００２３】
例えば３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子においては、上記成長用基板の一方の主面に接して、ＧａｅＡｌ１−ｅＮ（０＜ｅ≦１）から成るバッファ層と、アンドープのＧａＮ及びｎ型不純物をドープしたＧａＮのいずれかから成る高温成長層と、を含む下地層を設けることができる。下地層はその上に成長させる窒化物半導体の結晶性を向上させる効果を有する。さらに、アンドープのＧａＮまたはｎ型不純物をドープしたＧａＮのいずれかから成る高温成長層は、この層を成長させることで、その上に成長させる窒化物半導体層の結晶性を大きく向上させることができる。結晶性の良い窒化物半導体素子を得るためには、成長用基板、さらにはバッファ層の上に高温でＧａＮ層を成長させることが必要となる。この層を成長させずに活性層等を成長させても結晶性が非常に悪く、窒化物半導体発光素子などにおいては、発光出力が非常に弱く、実用的でない。
【００２４】
このように、ＧａＮからなる高温成長層を設けることで、結晶性の良い窒化物半導体素子を得ることができるが、下地層およびこの高温成長層としてＧａＮを含む場合、紫外領域ではＧａＮの自己吸収により、活性層からの光の一部がこのＧａＮ層で吸収されてしまい、発光出力が低下してしまう。本発明においては、導電性基板を接合した後、成長用基板と下地層および高温成長層のＧａＮとを除去するようにしたので、素子を構成する窒化物半導体の結晶性を良好に維持しながら、自己吸収を抑制することが可能となる。
【００２５】
尚、下地層を除去する際、下地層を完全に除去しなくても、発光の自己吸収を十分抑制できる程度に除去できていれば良い。例えば、上記の例において、発光を自己吸収するＧａＮ層の膜厚が０．１μｍ、好ましくは０．０１μｍになるまで除去すれば、自己吸収を十分抑制することができる。ＧａＮ層の膜厚がが０．１μｍ以下に薄膜化されている場合、発光の約７０％以上を取出すことができ、０．０１μｍ以下に薄膜化されている場合、発光の９６％以上を取出すことができる。成長用基板を除去するには、例えば、成長用基板の他方の主面の全面に電磁波を照射する方法を用いることができる。また、成長用基板を除去後にバッファ層及び高温成長層を除去するには、例えば、エッチングや研磨等の方法を用いることができる。
【００２６】
また、本件第２発明における下地層は、ＧａＮを含む場合に限定されない。その上に成長させるｎ型窒化物半導体層の結晶性を向上させるような下地層であって、活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体を含む下地層であれば良い。例えば、ＧａＮに少量のＩｎやＡｌを添加した場合であっても、その上に形成する層に比べてＩｎやＡｌの含有量が十分に少なければ、結晶性を向上させる効果が得られる。そのような下地層を介して素子構造を形成した後、成長用基板と共に下地層を除去することにより、素子を構成する窒化物半導体の結晶性を良好に維持しながら、自己吸収を抑制することができる。
【００２７】
ここで、「活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体」とは、活性層の発光波長に近いバンドギャップエネルギーを有する結果、発光の吸収が無視できないような窒化物半導体を指す。例えば、窒化物半導体のバンドギャップエネルギーが、次式で表されるように、発光ピークエネルギーよりも０．１ｅＶ大きいバンドギャップエネルギーを基準として、その基準よりも小さなバンドギャップエネルギーを持っていれば、活性層の発光を自己吸収する。
（自己吸収する窒化物半導体のバンドギャップエネルギー）≦（発光ピークエネルギー＋０．１ｅＶ）
尚、窒化物半導体のバンドギャップエネルギーと組成の関係については、ボウイングパラメータを１として考えれば良い。例えば３元混晶Ａ１−ｘＢｘＣの窒化物半導体のバンドギャップエネルギーは、２元混晶ＡＣとＢＣのバンドギャップエネルギーをＥＧ，ＡＣ、ＥＧ、ＢＣとして、次式で表すことができる。
ＥＧ（Ａ１−ｘＢｘＣ）＝（１−ｘ）ＥＧ，ＡＣ＋ｘＥＧ、ＢＣ−（１−ｘ）ｘ
【００２８】
また、「ｎ型窒化物半導体の結晶性を向上させる下地層」とは、その下地層を省略した点を除いて同一の層構成を持つ窒化物半導体素子と対比して、素子中のｎ型窒化物半導体の結晶性が高くなるような下地層をいう。一般に、下地層の上に成長させる層に比べて、結晶性が良好になり易い組成から成る下地層であれば、結晶性を向上させる機能を有する。窒化物半導体の場合、四元混晶よりも三元混晶、三元混晶よりも二元混晶の方が、結晶性が良好になり易い。また、同じ四元混晶同士又は三元混晶同士であれば、Ｉｎ組成比やＡｌ組成比が小さい方が結晶性が良好になり易い。
【００２９】
本件第１発明及び第２発明の製造方法（以下、本件発明の製造方法）は、互いに組合せても良いことは言うまでもない。本件発明の製造方法において、活性層がＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る窒化物半導体素子に関するもので、ＡｌＩｎＧａＮ系で発光する発光素子において、様々な波長の光を発光する素子に適応可能であるが、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子においてさらに特別な効果を奏する。ＩｎＡｌＧａＮの４元混晶から成る井戸層と、少なくともＡｌを含む窒化物半導体から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層を有することにより、３８０ｎｍ以下の短波長領域に好適に使用可能な窒化物半導体素子を製造することができる。上記の活性層は、井戸層がＩｎＡｌＧａＮの４元混晶から形成されているので、構成元素数を最小限にしながら結晶性の悪化を抑制することができ、かつ発光効率を高めることができる。また、障壁層に少なくともＡｌを含む窒化物半導体を用いることにより井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくして発光波長に合わせた量子井戸構造の活性層を形成できるとともに、活性層内の結晶性を良好に保つことができる。
【００３０】
本発明の製造方法では、高温成長層の上にさらに、組成傾斜層を設けても良い。この組成傾斜層は、高温成長層と、その上に成長させる窒化物半導体との格子不整合を緩和させるためのもので、高温成長層の組成から、その上に成長させる窒化物半導体層の組成へと組成比を変化させていく。たとえば高温成長層がアンドープのＧａＮであり、上に成長させる窒化物半導体層がＡｌｖＧａ１−ｖＮのｎ型クラッド層であるとき、高温成長層とｎ型クラッド層との間にＧａＮからＡｌｖＧａ１−ｖＮへとＡｌの混晶比を徐々に大きくしていく組成傾斜層を設ける。この組成傾斜層は特に、紫外領域で発光するＬＥＤに有効で、非常に欠陥が少なく、結晶性の良い窒化物半導体層を積層することが可能となる。また、組成傾斜層は、ｎ型クラッド層にＡｌ混晶比が高い（例えば５％以上）窒化物半導体を用いた場合に有効であり、格子不整合を緩和して、結晶性の良い窒化物半導体層を積層することが可能となる。また、この組成傾斜層は、導電性を決定する不純物を傾斜して設けた変調ドープとしても良い。たとえば上に成長させる窒化物半導体層がＳｉドープのＡｌｖＧａ１−ｖＮである場合、組成傾斜層を、アンドープから、ｎ型クラッド層のＳｉ濃度へと不純物濃度を大きくしていく構造とすることで、さらに欠陥が少なく、結晶性の良い窒化物半導体層を積層することが可能となる。
【００３１】
また、本発明の製造方法において、窒化物半導体素子の表面の少なくとも一部に、蛍光物質を含有するコーティング層を形成することが好ましい。
【００３２】
本件第３発明に係る窒化物半導体素子は、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子では、対向する二つの主面を有し、窒化物半導体よりも大きい熱膨張係数を有する基板と、該基板の一方の主面上に形成され、共晶層を有する接合層と、該接合層の上に形成された１層以上のｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の上に形成され、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを有する活性層と、該活性層の上に形成されたＡｌを含む１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有することを特徴とする。ここで、接合層は、前述の第１の接合層と第２の接合層とから構成され、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層とは互いに拡散して共晶層を形成している。
【００３３】
上記基板は、導電性であることが好ましく、より好ましくは、高導電性金属と高硬度の金属とを含むことが望ましい。高導電性で熱膨張係数の大きな金属材料と、高硬度で熱膨張係数の小さな金属材料とを複合することによって、高導電性でかつ窒化物半導体層よりも熱膨張係数の大きな基板を構成することができる。高硬度で熱膨張係数の小さな金属材料として、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ等が挙げられる。高硬度で熱膨張係数の小さな金属材料として、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ等が挙げられる。
【００３４】
尚、高導電性で熱膨張係数の大きな金属材料と、高硬度で熱膨張係数の小さな金属材料とが相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい場合には、これらの複合体によって基板を構成することができる。相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい金属材料同士を複合することによって、互いに性質が大きく異なる金属材料同士を組合せることが可能となり、高導電性を持ちながら、所望の熱膨張係数を持った支持基板を構成することができる。また、高導電性で熱膨張係数の大きな金属材料とダイヤ等のセラミックス材料との複合体によって基板を構成しても良い。この構成によっても、高い導電性を持ちながら所望の熱膨張係数を持った支持基板を構成することができる。
【００３５】
また、本件第４発明の窒化物半導体素子は、対向する二つの主面を有する基板と、該基板の一方の主面上に設けられた、共晶層を有する接合層と、該接合層の上に設けられた１層以上のｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の上に設けられ、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを有する活性層と、該活性層の上に設けられ、前記活性層の発光を実質的に自己吸収しない窒化物半導体から成るｎ型窒化物半導体層と、を有することを特徴とする。
【００３６】
ここで、「活性層の発光を実質的に自己吸収しない窒化物半導体」とは、波長で表したバンドギャップエネルギーが十分短波長であるか、又は、膜厚が十分薄いことにより、活性層からの発光の自己吸収を無視できるような窒化物半導体をいう。窒化物半導体が、（発光ピークエネルギー＋０．１ｅＶ）よりも大きなバンドギャッエネルギーを持っていれば、その窒化物半導体による発光の自己吸収は無視できる。また、窒化物半導体中に、自己吸収が起きるようなバンドギャップエネルギ−を有する層が含まれている場合であっても、その層の膜厚が０．１μｍ以下、より好ましくは０．０１μｍ以下であれば良い。
【００３７】
また、本件第３発明及び第４発明の窒化物半導体素子（以下、本発明の窒化物半導体素子）、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子では、上記のｐ型窒化物半導体層は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜１）から成るｐ型コンタクト層を有し、そのｐ型コンタクト層には、導電性基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有するものを用いることができる。この場合、組成勾配は、連続的に組成を変化させても、あるいは、不連続に段階的に組成を変化させても良い。
【００３８】
また、本発明の窒化物半導体素子、特に３８０ｎｍ以下の紫外領域の窒化物半導体素子では、上記ｐ型コンタクト層は少なくとも２層からなり、その２層は、導電性電極側に形成されたＡｌｇＧａ１−ｇＮ（０＜ｇ＜０．０５）から成る第１のｐ型コンタクト層と、活性層側に形成されたＡｌｈＧａ１−ｈＮ（０＜ｈ＜０．１）から成る第２のコンタクト層とからなり、第１のコンタクト層は第２のコンタクト層より高いｐ型不純物濃度を有するものを用いることができる。しかしながら、ｐ型コンタクト層は、必ずしもＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜１）である必要はなく、ＧａＮでもよい。これはｐ型コンタクト層はｐ電極を形成するための層であり、ｐ電極とオーミック性が得られれば良く、厚膜で形成する高温成長層と比較して膜厚は薄くても良いからであり、ｐ型コンタクト層にＧａＮを用いても、この層における自己吸収による光取り出し効率の低下はそれほど大きいものではないからである。
【００３９】
本発明の素子、特に発光素子において、導電性基板と接合させて形成された窒化物半導体素子に、活性層のＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層を形成することで、様々な波長の光を発光することができる。特にＹＡＧを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源など用途も格段に広がる。
【００４０】
また、光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質について、可視光を吸収して異なる光を発する材料は限られており、材料の選択性に問題がある。しかしながら、紫外光を吸収して異なる光を発する材料は非常に多く、様々な用途に応じてその材料を選択することができる。材料が選択できる要因の一つとしては、紫外光で吸収する蛍光物質は光の変換効率が可視光の変換効率と比べて高いということである。特に白色光においては、演色性の高い白色光を得るなど、可能性はさらに広がる。本発明は、紫外領域で発光する窒化物半導体素子において、自己吸収の少ない窒化物半導体発光素子が得られ、さらに蛍光物質をコーティングすることで、非常に変換効率の高い白色の発光素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法によれば、成長用基板上に窒化物半導体の積層体を良好な結晶性で成長させた後、所定の熱膨張係数を持った支持基板を貼り合せて、成長用基板の剥離を行うため、窒化物半導体層の欠けや割れを防止しながら、歩留まり良く製造することができる。また、活性層からの発光を自己吸収する窒化物半導体層を成長用基板と共に除去することにより、高効率の発光素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法における製造工程の一例を示す模式断面図である。成長用基板１の表面に、バッファ層３と高温成長層４とから成る下地層２を形成する（図１（ａ））。次に、下地層２上にｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８、そして、１層以上の金属層から成る第１の接合層９を形成する（図１（ｂ））。ここで、第１の接合層９において、ｐ型コンタクト層８上にｐ電極を形成した後、オーミック接触を得るためのアニール処理を行う。次に、１層以上の金属層から成る第２の接合層１１を表面に形成した導電性基板１０を、第１の接合層９と第２の接合層１１とが対向するように成長用基板１の上に積層し、加熱圧接して接合する。
【００４３】
次に、導電性基板１０と接合した成長用基板１を研磨器に設置し、成長用基板１のラッピングを行い、成長用基板１と下地層２を除去して、ｎ型クラッド層５を露出させる（図１（ｄ））。
【００４４】
次に、露出させたｎ型クラッド層５の表面をポリシングした後、ｎ型クラッド層５上にｎ電極１２を形成する一方、導電性基板１０上にはｐ電極用パッド電極１３を全面に形成する。次に、ダイシングにより発光素子をチップ状に分離する。これにより、導電性基板上に窒化物半導体層が積層され、電極が導電性基板上に形成された発光素子を得ることができる（図１（ｅ））。
【００４５】
本発明の方法において、成長用基板には、Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とするサファイヤ、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４のような絶縁性基板）、ＳｉＣ、Ｓｉ、そして窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等を挙げることができる。サファイヤやスピネルが好ましい。
【００４６】
また、成長用基板上に窒化物半導体層を積層する場合、下地層上にＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral Overgrowth）成長させることにより結晶性の向上した窒化物半導体を得ることができる。具体的には、成長用基板上に下地層を成長させ、その下地層上にストライプ状のマスクを複数形成し、マスクの開口部から窒化物半導体を選択成長させ、横方向の成長を伴った成長により成膜された窒化物半導体層（横方向成長層）を形成する。この横方向成長層は貫通転位が低減されているので、横方向成長層の上に形成する窒化物半導体の結晶性を向上させることができる。
【００４７】
成長用基板としては、成長用基板となる材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステップ状にオフアングルさせた基板を用いるほうが好ましい。オフアングルさせた基板を用いると、表面の３次元成長が見られず、ステップ成長があらわれ表面が平坦になり易い。さらに、ステップ状にオフアングルされているサファイヤ基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サファイヤのＡ面に対して垂直に形成されていると、窒化物半導体のステップ面がレーザの共振器方向と一致し、レーザ光が表面粗さにより乱反射されることが少なくなり好ましい。
【００４８】
また、ｐ型窒化物半導体層に接合する支持基板には、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ等の半導体から成る半導体基板、又は、金属単体基板、又は相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成る金属基板を用いることができる。金属基板を用いることが好ましい。金属基板は、半導体基板に比べ機械的特性が優れており、弾性変形、さらには塑性変形し易く、割れにくいからである。さらに、金属基板には、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ等の高導電性金属から選択された１種以上の金属と、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の高硬度の金属から選択された１種以上の金属と、から成るものを用いることができる。さらに、金属基板としては、Ｃｕ−ＷあるいはＣｕ−Ｍｏの複合体を用いることが好ましい。熱伝導率の高いＣｕを有し放熱性が優れているからである。さらに、Ｃｕ−Ｗの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦３０重量％、Ｃｕ−Ｍｏの複合体の場合、Ｃｕの含有率ｘが０＜ｘ≦５０重量％であることが好ましい。また、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックスの複合体などを用いることができる。なお、ｐ型窒化物半導体層に接合する基板の厚さは、放熱性を高めるため５０〜５００μｍが好ましい。前記範囲に支持基板を薄くすることで放熱性が良くなる。また、支持基板には、窒化物半導体との張り合わせ面、又はその反対面に凹凸を有する構造としてもよい。
【００４９】
支持基板の材料は、成長用基板と窒化物半導体層と支持基板との３つの熱膨張係数をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとしたとき、「Ａ≧Ｃ＞Ｂ」となるように選択することが好ましい。支持基板が金属複合体である場合には、複合する金属材料の組成比を制御することによって所望の熱膨張係数にすることができる。例えば、ＣｕとＭｏとの複合体によって支持基板を構成する場合を考える。Ｃｕの熱膨張係数は、約１６×１０−６Ｋ−１であり、Ｍｏの熱膨張係数は約５×１０−６Ｋ−１である。従って、支持基板の熱膨張係数を小さくしたい場合には、複合体中のＣｕ組成比を小さくし、熱膨張係数を大きくしたい場合には、Ｃｕ組成比を大きくすれば良い。
【００５０】
また、第１の接合層は、少なくとも、ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触し、高い反射率を有するｐ電極をｐ型窒化物半導体層に接して有することが好ましい。ｐ電極には、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｌから成る群から選択される少なくとも１種を含む金属材料を用いることが好ましい。より好ましくは、Ｒｈ，Ａｇ，Ｎｉ−Ａｕ，Ｎｉ−Ａｕ−ＲｈＯ及びＲｈ−Ｉｒのいずれか、より好ましくは、Ｒｈを用いることができる。ここで、ｐ電極は、ｎ型窒化物半導体層に比べ抵抗率の高いｐ型窒化物半導体層上に形成するため、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面に形成することが好ましい。なお、ｐ電極の厚さは、０．０５〜０．５μｍが好ましい。
【００５１】
また、第１の接合層のｐ電極を形成したｐ型窒化物半導体層の露出面に絶縁性の保護膜を形成することが好ましい。この保護膜の材料には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等から成る単層膜あるいは多層膜を用いることができる。さらに、その保護膜の上にＡｌ、Ａｇ、Ｒｈ等の高反射率の金属膜を形成しても良い。この金属膜により反射率が高くなり、光の取出し効率を向上させることができる。
【００５２】
また、第１の接合層のｐ電極の上に第１の共晶形成層を設けるとともに、第２の接合層に、導電性基板の主面の上に第２の共晶形成層を設けることが好ましい。第１及び第２の共晶形成層は、接合時に互いに拡散して共晶を形成する層であり、それぞれ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、Ｉｎ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ等を用いることが好ましい。より好ましくは、第１及び第２の共晶形成層は、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ等の金属から成る。第１及び第２の共晶形成層の組合せは、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、又はＩｎ−Ｐｄが好ましい。さらに好ましくは、第１の共晶形成層にＳｎを、そして第２の共晶形成層にＡｕを用いる組合せである。
【００５３】
また、第１の接合層の第１の共晶形成層とｐ電極との間に、ｐ電極側から密着層とバリア層を設けることが好ましい。密着層はｐ電極との間に高い密着性を確保する層であり、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ及びＭｏのいずれかの金属が好ましい。また、バリア層は、第１の共晶形成層を構成する金属が密着層へ拡散するのを防止する層であり、ＰｔあるいはＷが好ましい。また、第１の共晶形成層の金属が密着層へ拡散するのをさらに防止するため、バリア層と第１の共晶形成層との間に、０．３μｍ程度の厚さのＡｕ膜を形成しても良い。なお、第２の共晶層と導電性基板との間に、上記の密着層とバリア層及びＡｕ膜を設けることが好ましい。
【００５４】
密着層、バリア層、共晶層の組合せとして、例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｐｄ又はＴｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｗ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、ＲｈＯ−Ｐｔ−（Ａｕ、Ｓｎ）等を用いることができる。これらの金属膜は共晶により合金化され、後工程で導電層となる。また、第１の共晶層と第２の共晶層は異なることが好ましい。この理由は低温で共晶が可能で、共晶後の融点が上がるためである。
【００５５】
また、接合用積層体と導電性基板とを加熱圧接する際の温度は、１５０℃〜３５０℃が好ましい。１５０℃以上とすることにより、共晶形成層の金属の拡散が促進され均一な密度分布の共晶が形成され、接合用積層体と導電性基板との密着性を向上させることができる。３５０℃より大きいと、共晶形成層の金属がバリア層、さらには密着層まで拡散して、良好な密着性が得られないからである。
【００５６】
貼り合わせ時には、第１の接合層は、次のような構成となる。ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＡｕＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／導電性基板、ｐ電極／ＲｈＯ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／導電性基板、ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＰｄＳｎ―Ｐｔ―Ｔｉ／導電性基板、ｐ電極／Ｔｉ―Ｐｔ―ＡｕＳｎ―Ｐｔ―ＲｈＯ／導電性基板等である。これにより剥がれにくい合金形成ができる。導電層を共晶とすることで低温での貼り合わせが可能となり、また接着力も強力になる。低温で貼り合わせることで反りの緩和効果を有する。
【００５７】
また、導電性基板を接合後に成長用基板を除去するには、研磨、エッチング、電磁波照射、あるいはこれらの方法を組合せた方法を用いることができる。電磁波照射は、電磁波に例えばレーザを用い、導電性基板を接合後、成長用基板の下地層の形成されていない面の全面にレーザを照射して、下地層を分解させることにより成長用基板と下地層とを除去することができる。さらに、成長用基板と下地層とを除去した後、露出した窒化物半導体層の表面をＣＭＰ処理して所望の膜を露出させる。これにより、ダメージ層の除去や、窒化物半導体層の厚み及び表面粗さの調整を行うことができる。
【００５８】
なお、電磁波照射には、以下の方法を用いることもできる。すなわち、成長用基板上に窒化物半導体からなる下地層を形成し、次いで、その下地層を部分的に成長用基板までエッチングして凹凸を形成した後、凹凸を有する下地層上にＥＬＯＧ成長させて横方向成長層を形成する。次いで、横方向成長層の上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層を順次形成した後、ｐ型窒化物半導体層の上に導電性基板を接合する。次いで、成長用基板の下地層の形成されていない面の全面にレーザを照射して、下地層を分解させることにより成長用基板と下地層とを除去することができる。この方法によれば、電磁波照射時に窒化物半導体の分解により発生するＮ２ガスが上記の凹凸と横方向成長層との間に形成された空隙に広がり、ガス圧による成長用基板の割れを防止し、さらにその割れに起因する下地層のえぐれ傷を防止して、面状態及び結晶性の良好な窒化物半導体基板を得ることができる。また、研磨による方法に比べ、作業工程を簡略化することができるので、歩留まりが向上するという効果も得られる。
【００５９】
また、成長用基板を除去した後、光の取出し効率を向上させるため、図１５に示すように、ｎ型窒化物半導体層５の露出面をＲＩＥにより凹凸（ディンプル加工）を形成しても良い。凹凸（ディンプル加工）形成部は、窒化物半導体の光取り出し側となる。この表面の凹凸形成により光の全反射で出てこない光りを凹凸面で光の角度が変わることで取り出すことができる。即ち、発光した光を凹凸部で乱反射させることにより、従来は全反射していた光を上方へ導き、素子外部に取出すことができる。この凹凸形成は凹凸無しに比べて１．５倍以上の出力向上が期待できる。凹凸の平面形状は、丸状、または六角形や三角形の多角形状であることが好ましい。また、凹凸の平面形状を、ストライプ形状、格子形状、矩形等で形成してもよい。光の取り出し効率を上げるためには、凹凸がのパターンピッチができるだけ細かいことが好ましい。また、凹凸の断面形状は、フラットな直線で構成されているよりも、なだらかな波状であることが好ましい。凹凸の断面形状を波状とすることにより、凹凸の断面形状が角張った場合に比べて、光取り出し効率が上がる。さらに、凹部の深さは、０．２〜３μｍであることが好ましく、より好ましくは１．０μｍ〜１．５μｍである。凹部の深さが浅すぎると光取り出し向上の効果が薄れ、深すぎると横方向の抵抗が上がるためである。さらに、凹部の形状を、丸状や多角形状として抜き取った場合には、低抵抗値を維持して出力を向上させることができる。
【００６０】
また、ｎ型窒化物半導体層の露出面に形成するｎ電極には、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−ＡｕあるいはＷ−Ａｌ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕの多層電極を用いることができる。ｎ電極の厚さは、０．１〜１．５μｍが好ましい。また、ｎ電極以外の露出面を覆うように、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等の絶縁性の保護膜を設けることが好ましい。
【００６１】
なお、ｐ電極とｎ電極は、窒化物半導体素子の一方の主面にｐ電極が、他方の主面にｎ電極が形成されている限り、大きさや形状は特に限定されない。好ましくは、両電極が窒化物半導体層の積層方向から見て、互いに重ならないように対向配置されている。これにより、フェイスダウン構造の場合、発光した光を、ｎ電極により遮られることなく効率良く取出すことができる。例えば、ｐ電極をｐ型窒化物半導体層の概ね全面に形成した場合、ｎ電極を、ｎ型窒化物半導体層の隅部の２つ又は４つに形成しても良く、格子状に全面に形成しても良く、さらには、隅部に格子状に形成することもできる。
【００６２】
図５を参照しながら、ｐ電極とｎ電極の好ましい形状について詳細に説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、本件発明に係る窒化物半導体発光素子を示す平面図及び断面図である。支持基板１０上に、第１接合層と第２接合層が共晶して形成された導電層１５、ｐ電極１６、窒化物半導体１７を順に設けられている。窒化物半導体１７の上にはｎ電極１２が設けられている。ｎ電極１２は、チップの対角線上の隅部にパッド電極形成領域１２ａを有し、パッド電極形成領域１２ａの間に、網目状に広がっている。ｎ電極１２を網目状、格子状等で発光範囲のほぼ全面に形成することにより、窒化物半導体層１７に均一に電流を流すことができる。パッド電極形成領域１２ａは、対角上の２カ所に限らず、四隅全てに形成してもよい。また、ｐ電極１６とｎ電極１２は、チップ上面から見て、互いに重ならないように形成されている。また、ｎ電極１２上には保護膜１９が形成されている。保護膜１９は、ｎ電極のパッド電極形成領域１２ａ以外であれば、窒化物半導体層１７上だけでなく、ｐ電極１６上にも形成してもよい。
【００６３】
図５（ｂ）に示すように、窒化物半導体１７と接しているｐ電極１６には開口部が設けられ、その開口部内には絶縁性の保護膜２０が形成されている。この保護膜２０の材料には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を用いることができる。絶縁性である保護膜２０を備えることにより、ショート等を防ぎ、歩留まりや信頼性を向上することができる。また、保護膜２０は、反射膜（図示されていない）との２層構造であるのが好ましい。例えば、保護膜２０の窒化物半導体１７と接していない側に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ等の反射膜（図示されていない）を５００Å以上２０００Å以下の膜厚で形成することにより、横方向に伝播する光を効率良く取り出せる。反射膜は、支持基板１０側にあっても良いし、窒化物半導体１７側にあっても良い。
【００６４】
尚、ｐ電極１６と素子外部との電気接続は、導電層１５を介して行うことができる。例えば、支持基板１０が導電性である場合は、支持基板１０の裏面にワイヤを接続することにより、導電層１５と支持基板１０を通じてｐ電極１６と外部を電気接続することができる。支持基板１０が導電性でない場合は、例えば、チップ側面から導電層１５にワイヤを接続することにより、ｐ電極１６と外部を電気接続することができる。また、支持基板１０と導電層１５を窒化物半導体層１７よりも広面積に形成しておき、窒化物半導体層１７に覆われていない部分の導電層１５にワイヤを接続しても良い。
【００６５】
以下、本発明に係る窒化物半導体素子の具体的構成について説明する。
（下地層）
下地層２は、少なくとも１層以上の窒化物半導体で構成することができるが、成長用基板１上に低温成長させたバッファ層３と、そのバッファ層３上に高温成長させた高温成長層４とで構成することが好ましい。
【００６６】
バッファ層３としては、ＧａｉＡｌ１−ｉＮ（０＜ｉ≦１）からなる窒化物半導体であり、好ましくはＡｌの割合が小さいもの、より好ましくはＧａＮを用いることによりバッファ層上に成長させる窒化物半導体の結晶性が向上する。バッファ層の膜厚は、好ましくは０．００２〜０．５μｍ、より好ましくは０．００５〜０．２μｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．０２μｍである。バッファ層の成長温度は、好ましくは２００〜９００℃、より好ましくは４００〜８００℃である。
【００６７】
高温成長層４としては、アンドープのＧａＮ又はｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いることが好ましい。一般にＧａＮは結晶性が良好であるため、下地層としてＧａＮを成長させることにより、その上に成長する素子構造の結晶性も改善される。但し、高温成長層４は、結晶性改善効果を失わない程度にＩｎやＡｌを含んでいても良い。高温成長層４のＩｎ比率は、０．０１以下とすることが望ましい。また、高温成長層４のＡｌ比率は０．０１以下とすることが望ましい。特に、高温成長層４にＩｎを含んだ場合、高温成長層４の結晶性が柔らかくなり、成長用基板との界面で発生した歪みを緩和する効果も得られる。高温成長層の膜厚は、５００Å以上、より好ましくは５μｍ以上、さらに好ましくは１０μｍ以上である。また、高温成長層の成長温度は、９００〜１１００℃、好ましくは１０５０℃以上である。
【００６８】
また、高温成長層４に用いる窒化物半導体が活性層からの発光を自己吸収する場合には、高温成長層４を最終的に除去することが好ましい。例えば、高温成長層４のバンドギャップエネルギーが、（発光ピークエネルギー＋０．１ｅＶ）よりも小さな場合、高温成長層４によって活性層からの発光が吸収されてしまうため、そのような高温成長層４を除去することによって、発光強度を高めることができる。尚、発光の自己吸収が問題にならない程度の膜厚、例えば、０．１μｍ以下（より好ましくは０．０１μｍ）の膜厚であれば、高温成長層４の一部を残しても良い。
【００６９】
（ｎ型クラッド層、兼ｎ型コンタクト層５）
ｎ型クラッド層５としては、活性層６のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、活性層６へのキャリア閉じ込めが可能であれば特に限定されないが、ＡｌｊＧａ１−ｊＮ（０＜ｊ＜０．３）が好ましい。ここで、さらに好ましくは、０．１＜ｊ＜０．２である。ｎ型クラッド層の膜厚は特に限定されるものではないが、好ましくは０．０１〜０．１μｍ、より好ましくは０．０３〜０．０６μｍである。また、ｎ型クラッド層のｎ型不純物濃度は特に限定されるものではないが、好ましくは１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。また、本発明においては、導電性基板を接合した後、成長用基板と下地層および高温成長層のＧａＮとを除去する場合、ある程度の膜厚が必要であり、その場合は１μｍ〜１０μｍ、より好ましくは１μｍ〜５μｍとする。尚、本実施の形態では、ｎ型クラッド層５によってｎ型コンタクト層を兼用している。
【００７０】
（ｎ型コンタクト層の他の形態）
本実施の形態において、ｎ型窒化物半導体層と良好なオーミック接触が得られる材料であればｎ電極として用いることができる。しかしながら、本発明のように、製造工程として、(1)ｐ電極を形成する、(2)オーミックアニールする、(3)導電性基板を接合する、(4)成長用基板を除去する、(5)ｎ電極を形成する、これらの(1)〜(5)工程が降順で行われる場合、特にｎ電極はオーミックアニールせずに設けられる。また、オーミックアニールをしようとしても、導電性基板の接合層内に含まれる共晶層が存在するため、高温でアニールすることは難しい。このため、ｎ電極形成後に行われるクリーニング処理などの工程で、基板に１５０℃〜３５０℃の熱が加わり、これによりｎ電極が熱的に不安定になるという問題がある。またこの製造工程で形成された高出力の発光素子においては、発光時の熱によって、ｎ電極が熱的に不安定になるという問題がある。さらにはこの熱的不安定によって、ショットキー接触になってしまう傾向がある。
【００７１】
また本発明の構成においては、成長用基板側を除去することでｎ型窒化物半導体層を露出し、その露出面にｎ電極を形成するため、露出された面は研磨などによる微小なクラックの発生が見られる傾向にある。このクラックの発生は通電時に均一に電流を流すことの妨げになるほか、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層との密着特性（接着強度）が再現性よく得られなくなってしまう。
【００７２】
さらに、本実施の形態では、活性層の発光を自己吸収する下地層を成長用基板と共に除去するため、ｎ電極を形成するコンタクト層（本実施の形態ではｎ型クラッド層）のバンドギャップエネルギーは従来の窒化物半導体発光素子に比べて大きくなる。ところが、一般に半導体材料のバンドギャップエネルギーが大きくなる程、オーミック接触が取り難くなる傾向にある。
【００７３】
これらの問題を解決する好ましい形態として、本発明の窒化物半導体素子は、ｎ型窒化物半導体層に接するｎ電極を有し、該ｎ型窒化物半導体層は、ｎ電極と接する層としてｎ型不純物をドープした第１のｎ型窒化物半導体層と、前記第１のｎ型窒化物半導体層より活性層側に、アンドープの第２のｎ型窒化物半導体層、もしくは第１のｎ型窒化物半導体層のドープ量よりも少ないｎ型不純物をドープした第２のｎ型窒化物半導体層の、少なくとも２層を有する。例えば、図１０に示すように、ｎ型コンタクト層を兼用しているｎ型クラッド層５を、第１のｎ型窒化物半導体層５ａと第２のｎ型窒化物半導体層５ｂに分ける。
【００７４】
それぞれの好ましいｎ型不純物ドープ量としては、第１のｎ型窒化物半導体層５ａが３×１０１８／ｃｍ３以上、１×１０２０／ｃｍ３以下、第２のｎ型窒化物半導体層５ｂが１×１０１７／ｃｍ３以上、３×１０１８／ｃｍ３未満、もしくはアンドープである。それぞれのｎ型窒化物半導体層は同一組成でも異なっていても良いが、上記ｎ型クラッド層５に好ましい組成として記載した範囲で形成することが好ましい。
【００７５】
活性層に近い第２のｎ型窒化物半導体層５ｂのｎ型不純物濃度を小さくするのは、ｎ型不純物が活性層に悪影響を与えることを避けるためである。本件発明においては、導電性の支持基板を接合する際に加熱圧接を行い、ｎ型窒化物半導体層の一部を研磨やレーザ照射で除去する等、特有の工程を経るため、活性層に近いｎ型窒化物半導体層にｎ型不純物が多く含まれていると活性層に悪影響を及ぼす。そこで、ｎ電極を形成する第１のｎ型窒化物半導体層５ａはｎ型不純物を高濃度でドープする一方、活性層に近い第２のｎ型窒化物半導体層５ｂのｎ型不純物濃度を下げることにより、特性の優れた窒化物半導体素子を構成することができる。
【００７６】
第１のｎ型窒化物半導体層５ａの膜厚は、成長用基板と下地層および高温成長層のＧａＮとを除去するので、ある程度の膜厚が必要で、１．５μｍ〜１０μｍ、より好ましくは１μｍ〜５μｍとする。特に研磨による精度が±０．５μｍであるため、少なくとも１μｍ以上は必要である。第２のｎ型窒化物半導体層５ｂの膜厚は、成長用基板が除去されるとき及び第１の窒化物半導体層が露出されるときの機械的衝撃を緩和し、活性層が良好な発光特性を維持できる程度の膜厚が必要で、好ましくは０．１μｍ以上、１．５μｍ以下とする。また第２の窒化物半導体層５ｂは、第１の窒化物半導体層５ａが高濃度で不純物がドープされていることによる結晶性の低下を回復する機能も有する。また、第１のｎ型窒化物半導体層５ａと第２のｎ型窒化物半導体層５ｂとを含むｎ型窒化物半導体層の総膜厚は、ｐ型窒化物半導体層の総膜厚よりも大きいことが好ましく、これによりｎ電極は、活性層からみて導電性基板側に有するｐ電極よりも活性層からの距離が離れているため、発光による熱的影響も受けにくくなる。
【００７７】
（活性層）
本発明に用いる活性層６は、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層と、を含む量子井戸構造を有する。さらに好ましくは、上記井戸層及び障壁層が、それぞれ、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）である。また、活性層における波長は３８０ｎｍ以下であることが好ましく、具体的には井戸層のバンドギャップエネルギーが波長３８０ｎｍ以下のものであることが好ましい。
【００７８】
活性層に用いられる窒化物半導体は、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれでも良いが、好ましくは、ノンドープもしくはアンドープ、又はｎ型不純物ドープの窒化物半導体を用いることにより発光素子を高出力化することができる。さらに好ましくは、井戸層をアンドープとし、障壁層をｎ型不純物ドープとすることで、発光素子の出力と発光効率を高めることができる。
【００７９】
ここで、量子井戸構造としては、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造のどちらでも良い。好ましくは、多重量子井戸構造とすることで、出力の向上、及び発振閾値の低下を図ることができる。
【００８０】
[井戸層]
本発明の発光素子に用いる井戸層には、ｐ型不純物又はｎ型不純物がドープされていても、アンドープでも良いが、ｎ型不純物で好ましい。発光効率を向上させるからである。一方、ＡｌＩｎＧａＮの４元混晶では不純物濃度が大きくなると結晶性が低下するため、結晶性の良好な井戸層を形成するためには不純物濃度は低く抑える必要がある。具体的には、結晶性を最大限に良好なものとするためには井戸層をアンドープで成長させることであり、この場合、不純物濃度は５×１０１６／ｃｍ３以下と実質的に不純物を含まない井戸層とすることが好ましい。
【００８１】
また、ｎ型不純物をドープする場合、ｎ型不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３以下５×１０１６／ｃｍ３以上の範囲でドープすることが好ましい。ｎ型不純物濃度がこの範囲内であれば、結晶性の悪化を抑えながらキャリア濃度を高くすることができるので、閾値電流密度やＶｆを低下させることができる。また、井戸層にｎ型不純物をドープする場合、井戸層のｎ型不純物濃度を障壁層のｎ型不純物濃度とほぼ同じあるいは小さくすることが好ましい。井戸層での発光再結合を促し、発光出力が向上するからである。また、井戸層と障壁層をアンドープで成長させることもできる。また、多重量子井戸構造の場合、複数の井戸層の不純物濃度は必ずしも同一であることを要しない。
【００８２】
なお、高出力のＬＤやハイパワーＬＥＤなど、大電流で素子を駆動させる高出力素子の場合、井戸層がアンドープで実質的にｎ型不純物を含有しないと、井戸層でのキャリアの再結合が促進されて高い効率での発光再結合が実現される。一方、ｎ型不純物を井戸層にドープすると、井戸層のキャリア密度が高くなり発光再結合の確率が減少し、これにより一定出力下で駆動電流の上昇を招く悪循環が発生し、素子寿命が低下する。したがって、高出力素子では、井戸層のｎ型不純物濃度を、少なくとも１×１０１８／ｃｍ３以下、好ましくはアンドープ又は実質的にｎ型不純物を含有しない濃度とするのが好ましい。これにより、高出力で安定した駆動が可能な発光素子が得られる。
【００８３】
以下の、発明の実施の形態に示す井戸層の構成は、波長３８０ｎｍ以下の発光・発振が可能なバンドギャップエネルギーを有するものに好ましい構成である。
【００８４】
本発明の発光素子に用いる井戸層は、従来のＩｎＧａＮの井戸層では困難な波長域、具体的には、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長を得るものであり、特に波長３８０ｎｍ以下の発光・発振が可能なバンドギャップエネルギーを有するものである。従来のＩｎＧａＮの井戸層の場合、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、例えば、波長３７０ｎｍを得ようとすると、Ｉｎ組成比を１％以下程度に調製する必要がある。しかし、このようにＩｎ組成比が極端に小さくなると、発光効率が低下して十分な出力の発光素子が得ることができず、また成長を制御するのも困難である。本発明ではＡｌとＩｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を用い、Ａｌ組成比を大きくしてバンドギャップエネルギーを大きくし、かつＩｎを含有させることにより、従来効率的な発光が困難であった３８０ｎｍの波長域においても、良好な内部量子効率や発光効率を有する発光素子を得ることができる。
【００８５】
ここで、井戸層に用いられるＩｎＡｌＧａＮの４元混晶におけるＩｎ組成比ｂは、好ましくは０．０２以上０．１以下、より好ましくは０．０３以上０．０５以下である。Ｉｎ組成比ｂの下限を０．０２以上とすることにより０．０２未満の場合に比べ良好な発光効率と内部量子効率が得られ、さらに０．０３以上とすることでその効率が向上する。また、上限を０．１以下とすることでＩｎを含有することによる結晶性の悪化を抑制し、さらに０．０５以下とすることで結晶性の悪化を抑制して井戸層を形成することができるので、多重量子井戸構造のように複数の井戸層を設ける場合に各井戸層の結晶性を良好なものとすることができる。
【００８６】
また、井戸層に用いられるＩｎＡｌＧａＮの４元混晶におけるＡｌ組成比ａは、良好な発光及び発振を得るためには、波長３８０ｎｍ以下となるバンドギャップエネルギーを設ける場合には０．０２以上、さらにＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ以下の場合には０．０５以上が好ましい。
【００８７】
また、井戸層の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは３．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。１ｎｍより小さいと井戸層として良好に機能せず、３０ｎｍより大きいとＩｎＡｌＧａＮの４元混晶の結晶性が低下し素子特性が低下するからである。また、２ｎｍ以上では膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２０ｎｍ以下では結晶欠陥の発生を抑制して結晶成長が可能となる。さらに膜厚を３．５ｎｍ以上とすることで出力を向上させることができる。これは井戸層の膜厚を大きくすることで、大電流で駆動させるＬＤのように多数のキャリア注入に対して、高い発光効率及び内部量子効率により発光再結合がなされるものであり、特に多重量子井戸構造において効果を有する。また、単一量子井戸構造では膜厚を５ｎｍ以上とすることで上記と同様に出力を向上させる効果が得られる。
【００８８】
また特に井戸層ＩｎＧａＮのＩｎ混晶比が０．０１以下においては、井戸層の膜厚を１０ｎｍ以上、障壁層をＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０＜ｃ＜１）の範囲にすることによって、３７０ｎｍ以下での良好な発光効率の発光素子を得ることも可能である。
【００８９】
[障壁層]
量子井戸構造の活性層において、障壁層を井戸層と交互に形成しても良く、１つの井戸層に対して複数の障壁層を設けても良い。例えば、井戸層に挟まれた障壁層を２層以上とし、多層膜の障壁層と井戸層とを交互に積層した構造とすることができる。
【００９０】
また、障壁層は、井戸層の場合と同様に、好ましくはｐ型不純物又はｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであること、より好ましくはｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであることである。例えば、障壁層中にｎ型不純物をドープする場合、その濃度は少なくとも５×１０１６／ｃｍ３以上が必要である。例えば、ＬＥＤでは、５×１０１６／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下が好ましい。また、高出力のＬＥＤやＬＤでは、５×１０１７／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下である。この場合、井戸層はｎ型不純物を実質的に含有しないか、あるいはアンドープで成長させることが好ましい。
【００９１】
また、障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内のすべての障壁層にドープしても良く、あるいは、一部をドープとし一部をアンドープとすることもできる。ここで、一部の障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内でｎ型層側に配置された障壁層にドープすることが好ましい。例えば、ｎ型層側から数えてｎ番面の障壁層Ｂｎ（ｎは正の整数）にドープすることで、電子が効率的に活性層内に注入され、優れた発光効率と内部量子効率を有する発光素子が得られる。また、井戸層についても、ｎ型層側から数えてｍ番目の井戸層Ｗｍ（ｍは正の整数）にドープすることにより上記の障壁層の場合と同様の効果が得られる。また、障壁層と井戸層の両方にドープしても同様の効果が得られる。
【００９２】
以下の、発明の実施の形態に示す障壁層の構成は、波長３８０ｎｍ以下の発光・発振が可能なバンドギャップエネルギーを有するものに好ましい構成である。
【００９３】
本発明の発光素子においては、障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体を用いる必要がある。特に、井戸層の発光波長が３８０ｎｍ以下の領域では、障壁層には一般式ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）で表わされるＡｌＩｎＧａＮの４元混晶、又はＡｌＧａＮの３元混晶を用いることが好ましい。障壁層のＡｌ組成比ｃは、井戸層のＡｌ組成比ａよりも大きく、ｃ＞ａとして、井戸層と障壁層との間に十分なバンドギャップエネルギーを設けることで、発光素子として良好な発光効率を有する量子井戸構造を形成することができる。また、障壁層がＩｎを含有する場合（ｄ＞０）、Ｉｎ組成比ｄは０．１以下、より好ましくは０．０５以下である。Ｉｎ組成比ｄが０．１を超えると、成長時にＡｌとＩｎとの反応が促進され結晶性が悪化して良好な膜が形成されないためである。Ｉｎ組成比ｄを０．０５以下とすることにより、さらに結晶性を向上させて良好な膜を形成することができる。
【００９４】
また、主にＡｌ組成比によりバンドギャップエネルギーの差を設けること、そして障壁層のＩｎ組成比ｄは井戸層のＩｎ組成比ｂに比べ広い組成比を適用できることから、ｄ≧ｂとすることも可能である。その場合、井戸層と障壁層の臨界膜厚を変化させることができるので、量子井戸構造において自由に膜厚を設定でき、所望の特性の活性層を設計することができる。
【００９５】
障壁層の膜厚は、好ましくは井戸層の場合と同様に１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。１ｎｍより小さいと均一な膜が得られず障壁層として十分に機能せず、また、３０ｎｍより大きいと結晶性が悪化するからである。
【００９６】
（ｐ型クラッド層）
ｐ型クラッド層７としては、活性層６のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、活性層６へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、ＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０≦ｋ＜１）が用いられ、特にＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜０．４）が好ましい。ここで、より好ましくは、０．１５＜ｋ＜０．３である。ｐ型クラッド層の膜厚は特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．１５μｍ、より好ましくは０．０４〜０．０８μｍである。ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３、１×１０１９〜５×１０２０ｃｍ３である。ｐ型不純物濃度が上記の範囲にあると、結晶性を低下させることなくバルク抵抗を低下させることができる。
【００９７】
ｐ型クラッド層は、単一層でも多層膜層（超格子構造）でも良い。多層膜層の場合、上記のＡｌｋＧａ１−ｋＮと、それよりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層とからなる多層膜層であれば良い。例えばバンドギャップエネルギーの小さい層としては、ｎ型クラッド層の場合と同様に、ＩｎｌＧａ１−ｌＮ（０≦ｌ＜１）、ＡｌｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１、ｍ＞ｌ）が挙げられる。多層膜層を形成する各層の膜厚は、超格子構造の場合は、一層の膜厚が好ましくは１００Å以下、より好ましくは７０Å以下、さらに好ましくは１０〜４０Åとすることができる。また、ｐ型クラッド層がバンドギャップエネルギーの大きい層と、バンドギャップエネルギーの小さい層からなる多層膜層である場合、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の少なくともいずれか一方にｐ型不純物をドープさせても良い。また、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の両方にドープする場合は、ドープ量は同一でも異なっても良い。
【００９８】
（ｐ型コンタクト層）
ｐ型コンタクト層８は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ＜１）が用いられ、特に、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜０．３）で構成することによりオーミック電極９と良好なオーミックコンタクトが可能となる。ｐ型不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３以上が好ましい。
【００９９】
また、ｐ型コンタクト層８は、導電性基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有することが好ましい。この場合、組成勾配は、連続的に組成を変化させても、あるいは、不連続に段階的に組成を変化させても良い。例えば、ｐ型コンタクト層８を、オーミック電極９と接し、ｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の低い第１のｐ型コンタクト層と、ｐ型不純物濃度が低くＡｌ組成比の高い第２のｐ型コンタクト層とで構成することもできる。第１のｐ型コンタクト層により良好なオーミック接触が得られ、第２のｐ型コンタクト層により自己吸収を防止することが可能となる。
【０１００】
第１のｐ型コンタクト層の組成は、ＡｌｇＧａ１−ｇＮ（０≦ｇ＜０．０５）が好ましく、より好ましくはｇが、０＜ｇ＜０．０１である。Ａｌ組成比が上記の範囲内であれば、ｐ型不純物を高濃度にドープしても不純物の不活性化を防止でき、良好なオーミック接触が得られる。また、第１のｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度は、好ましくは１×１０１９〜１×１０２２／ｃｍ３、より好ましくは５×１０２０〜５×１０２１／ｃｍ３である。また、第１のｐ型コンタクト層の膜厚は、好ましくは１００〜５００Å、より好ましくは１５０〜３００Åである。
【０１０１】
また、第２のｐ型コンタクト層の組成は、ＡｌｈＧａ１−ｈＮ（０≦ｈ＜０．１）が好ましく、より好ましくはｈが、０．１＜ｈ＜０．０５である。Ａｌ組成比が上記の範囲内であれば、自己吸収を防止することが可能となる。また、第２のｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度は、好ましくは１×１０２０／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１８〜５×１０１９／ｃｍ３である。また、第２のｐ型コンタクト層の膜厚は、好ましくは４００〜１２００Å、より好ましくは８００〜１２００Åである。
【０１０２】
（蛍光体）
[蛍光体の種類]
本発明の窒化物半導体素子、特に発光素子において、支持基板と接合させて形成された窒化物半導体素子に、活性層からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層や封止部材を形成することで、様々な波長の光を発光することができる。蛍光物質の一例を以下に示す。緑色系発光蛍光体（以下、グループ１と称することがある）としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｓｒ７Ａｌ１２Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ，Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌがある。また、青色系発光蛍光体（以下にグループ２と称することがある）としてはＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＳｒＣａＢａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＢａＣａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、Ｃａ（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、ＣａＢ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕがある。さらに、赤色系発光蛍光体（以下にグループ３と称することがある）としてはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕがある。さらに、黄色系発光蛍光体（以下にグループ４と称することがある）としてはＹＡＧ、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（ＢａＳｒＣａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＣａＧａＳ４：Ｅｕがある。この他、青緑系発光蛍光体としてはＳｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、黄赤色系発光蛍光体としてＣａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、橙色系発光蛍光体としてはＺｎＳ：Ｍｎがある。
【０１０３】
特にＹＡＧとグループ２から選択された蛍光体とを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源など用途も格段に広がる。ＹＡＧは、（Ｙ１−ｘＧdｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｒ（Ｒは、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏから選ばれる少なくとも１以上である。０＜Ｒ＜０．５である。）、例えば、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅである。
【０１０４】
また、光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光体について、可視光を吸収して異なる光を発する材料は限られており、材料の選択性に問題がある。しかしながら、紫外光を吸収して異なる光を発する材料は非常に多く、様々な用途に応じてその材料を選択することができる。材料が選択できる要因の一つとしては、紫外光で吸収する蛍光体は光の変換効率が可視光の変換効率と比べて高いということである。特に白色光においては、演色性の高い白色光を得るなど、可能性はさらに広がる。たとえば、グループ１とグループ２とグループ３からそれぞれ選択された蛍光体を用いたり、グループ２とグループ４からそれぞれ選択された蛍光体を用いたり、青緑系発光蛍光体とグループ３からそれぞれ選択された蛍光体を用いたりすることで、白色光を得ることができる。本発明は、なかでも紫外領域で発光する窒化物半導体素子において、自己吸収の少ない窒化物半導体発光素子が得られ、さらに蛍光物質をコーティングすることで、非常に変換効率の高い白色の発光素子を得ることができる。
【０１０５】
[蛍光体の粒径]
本発明で用いられる蛍光体の粒径は、中心粒径が６μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍであり、このような粒径を有する蛍光体は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。６μｍより小さい蛍光体は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させてしまう他、光の吸収率及び変換効率が悪く励起波長の幅も狭い。
【０１０６】
本件明細書において、蛍光体の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。また、本件明細書において蛍光体の中心粒径とは、体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値である。この中心粒径値を有する蛍光体が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光体を用いることにより、色ムラが抑制され良好なコントラストを有する発光装置が得られる。
【０１０７】
[イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体]
本件発明に用いることができる蛍光体の中でも、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光された光により励起されて発光し、セリウム（Ｃｅ）あるいはプラセオジウム（Ｐｒ）で付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体をベースとした蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）は、白色系発光が可能となる点で好ましい。具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体としては、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光体の粒子を揃えることができる。
【０１０８】
本明細書において、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
【０１０９】
更に詳しくは、一般式（ＹzＧｄ1-z）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ1-aＳｍa）3Ｒｅ‘5Ｏ12：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。この蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【０１１０】
またフォトルミネッセンス蛍光体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネッセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側へ、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側へシフトすることができる。
【０１１１】
Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネッセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能な発光装置を形成することができる。
【０１１２】
このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅ、Ｐｒの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【０１１３】
本件発明の窒化物半導体素子において、このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよい。ＹからＧｄへの置換量が異なる２種類のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を混合することにより、容易に所望とする色調の光を容易に実現することができる。特に、前記置換量の多い蛍光体を上記蛍光体とし、前記置換量の少なく又はゼロである蛍光体を上記中粒径蛍光体とすると、演色性および輝度の向上を同時に実現することができる。
【０１１４】
[窒化物系蛍光体]
本発明で使用する蛍光体には、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一種の元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含有させることができる。この窒化物系蛍光体は、発光素子から出光した可視光、紫外線、あるいはＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光することができる。窒化物系蛍光体の中でも、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドが好ましい。
【０１１５】
この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、蛍光体の基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕとすることが好ましい。この蛍光体の組成中に、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【０１１６】
窒化物系蛍光体において、発光中心に希土類元素であるユウロピウム（Ｅｕ）を用いるを用いることが好ましい。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。
【０１１７】
添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Ｍｎは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Ｍｎが飛散したためであると思われる。
【０１１８】
窒化物系蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有することが好ましい。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【０１１９】
このような窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、発光素子により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置が得られる。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体は、発光素子により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、発光素子により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体と赤色発光する蛍光体とを、色変換層中に一緒に混合し、発光素子により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色系の光を出光する発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体との組合せのみの白色に発光する発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
【０１２０】
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
(1)原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
【０１２１】
(2)原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【０１２２】
(3)次に、原料のＳｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式１および式２にそれぞれ示す。
３Ｓｒ ＋ Ｎ２ → Ｓｒ３Ｎ２ ・・・（式１）
３Ｃａ ＋ Ｎ２ → Ｃａ３Ｎ２ ・・・（式２）
Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中、６００〜９００℃、約５時間、窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｓｒ、Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【０１２３】
(4)原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式３に示す。
３Ｓｉ ＋ ２Ｎ２ → Ｓｉ３Ｎ４ ・・・（式３）
ケイ素Ｓｉも、窒素雰囲気中、８００〜１２００℃、約５時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【０１２４】
(5)Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。同様に、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【０１２５】
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。
【０１２６】
(6)上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
【０１２７】
(7)最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
【０１２８】
本実施の形態において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【０１２９】
以上のようにして形成されるＹＡＧ系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の側方端面において一層からなる色変換層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる色変換層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光体から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がＹＡＧ系蛍光体より発光素子の側方端面に近い位置に配置されるように色変換層を形成することが好ましい。このように構成することによって、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、両蛍光体による混色光の演色性を向上させることができる。
【０１３０】
（パッケージ）
本発明によって得られる半導体発光素子を、例えば、以下のようなパッケージに実装して発光デバイスとすることができる。まず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、窒化物半導体発光素子３０をリードフレーム３４を備えたヒートシンク３２に実装し、半導体発光素子３０からリードフレーム３４に導電性ワイヤー３６をボンディングする。その後、透明性ガラス３８でパッケージすることで発光デバイスを形成する。
【０１３１】
また、図６（ａ）〜（ｃ）に代えて、図７（ａ）〜（ｃ）に示すパッケージを用いても良い。図７では、ヒートシンク４２を有するパッケージ樹脂４０を準備して、ヒートシンク４２上に半導体発光素子３０を形成し、半導体発光素子３０からリードフレーム４４に導電性ワイヤー４６をボンディングする。その後、シリコーン等の封止樹脂４８を前記半導体発光素子３０上に塗布する。さらに、その上にレンズ４９を形成して発光デバイスとする。図６及び図７に示す発光装置には、静電気から半導体発光素子３０を保護するための保護装置３１を備えていることが好ましい。
【０１３２】
尚、上記実施の形態では、サファイア基板上に成長した紫外発光の発光ダイオードに本件発明を適用した場合を中心に説明したが、本件発明はこれに限定されない。サファイア以外の成長基板に成長した場合や、青色等の紫外以外の波長を発光するダイオードにも適用できる。また、発光ダイオードに限らず、レーザダイオードにも適用することができる。
【実施例】
【０１３３】
実施例１．
本実施例では、発光波長が３７５ｎｍの発光ダイオードに本件発明を適用し、図１（ａ）〜（ｅ）に示す製造方法に従って窒化物半導体素子を作成する。
（成長用基板）
成長用基板１として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０１３４】
（下地層２）
バッファ層３：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層３を約２００Åの膜厚で成長させた。
【０１３５】
高温成長層４：バッファ層３成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体４を５μｍの膜厚で成長させた。
【０１３６】
（ｎ型クラッド層５）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層５を４００Åの膜厚で形成した。
【０１３７】
（活性層６）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)の順に積層した。この時、障壁層(1)を２００Å、障壁層(2)と(3)を４０Å、井戸層(1)と(2)を７０Åの膜厚で形成した。活性層６は、総膜厚約４２０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【０１３８】
（ｐ型クラッド層７）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を６００Åの膜厚で成長させた。
【０１３９】
（ｐ型コンタクト層８）
続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【０１４０】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層７及び８をさらに低抵抗化した。
【０１４１】
（第１の接合層９）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【０１４２】
次に、ｐ電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成した。ここでで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２の共晶形成層との密着性を向上させる役割を果たす。
【０１４３】
（第２の接合層１１）
一方、導電性の支持基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板１０を用い、その金属基板１０の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【０１４４】
次に、第１の接合層９と第２の接合層１１とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性の支持基板１０とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【０１４５】
（成長用基板１の除去）
次に、導電性の支持基板１０を接合した接合用積層体から研削によってサファイア基板１を除去した後、露出したバッファ層３及び高温成長層４を研磨して、さらにｎ型クラッド層５のＡｌＧａＮ層が露出するまで研磨して、面荒れを無くした。
【０１４６】
（ｎ電極）
次に、ｎ型コンタクトとしても機能するｎ型クラッド層５上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成してｎ電極とした。その後、導電性の支持基板１０を１００μｍまで研磨した後、導電性の支持基板１０の裏面にｐ電極用のパッド電極１３として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した。尚、ｐ電極用のパッド電極１３は、パッケージへの接合部分となるため、パッケージとの接合に適した材料が選択される。次に、ダイシングにより素子を分離した。
【０１４７】
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３７３ｎｍの紫外発光を示し、出力は４．２ｍＷ、Ｖｆは３．４７Ｖであった。
【０１４８】
実施例２．
実施例１において、第１の接合層中のｐ型電極を、膜厚２０００ÅのＡｇで形成する。他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＥＤ素子は、出力５．８ｍＷ、Ｖｆは４．２Ｖである。
【０１４９】
実施例３．
成長用基板１の除去に際し、研磨法に代えてレーザ照射法を用いた以外は、実施例１と同様の条件により行った。
【０１５０】
（成長用基板１の除去）
導電性の支持基板１０を接合した接合用積層体について、サファイヤ基板１の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層２の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板１を除去した。
【０１５１】
得られたＬＥＤ素子は、順方向電圧２０ｍＡにおいて、発光ピーク波長が３７３ｎｍであり、Ｖｆは３．４７Ｖ、発光出力は４．２ｍＷであった。さらに、実施例１と比較して、サファイア基板を研磨する必要がないので、製造に要する時間を大幅に短縮することができた。従来の素子に比べ、発光出力が大きく向上した。
【０１５２】
実施例４．
実施例３と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光体としてＹＡＧとグループ２から選択された青色系蛍光体とを含有したＳｉＯ２をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。
これにより、演色性のよい白色を呈し、自己吸収が少なく、変換効率の高い窒化物半導体発光素子が得られた。
【０１５３】
実施例５．
実施例３と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光体としてＹＡＧとグループ２から選択された青色系蛍光体とを含有したＳｉＯ２をコーティング層として形成した。
これにより、演色性のよい白色を呈する窒化物半導体素子が複数個配列し、大面積で白色発光する窒化物半導体発光装置ができた。これは、照明用の光源として利用可能である。
【０１５４】
実施例６．
本実施例では、発光波長が３６５ｎｍの発光ダイオードに本件発明を適用し、図１（ａ）〜（ｅ）に示した製造方法に従い、図５（ａ）及び（ｂ）に示す構造の窒化物半導体素子を作成する。
（成長用基板）
成長用基板１として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０１５５】
（下地層２）
バッファ層３：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。
【０１５６】
高温成長層４：バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
【０１５７】
（ｎ型クラッド層５）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
【０１５８】
（活性層６）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)／井戸層(3)／障壁層(4)の順に積層した。この時、障壁層(1)と(2)と(3)と(4)をそれぞれ３７０Å、井戸層(1)と(2)と(3)をそれぞれ８０Åの膜厚で形成した。障壁層(4)のみアンドープとした。活性層６は、総膜厚約１７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【０１５９】
（ｐ型クラッド層７）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を３７０Åの膜厚で成長させた。
【０１６０】
（ｐ型コンタクト層８）
続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【０１６１】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層７及び８をさらに低抵抗化した。
【０１６２】
（第１の接合層９）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層８の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【０１６３】
次に、ｐ電極の上に、Ｒｈ−Ｉｒ−Ｐｔの多層膜を形成した。
【０１６４】
（第２の接合層１１）
一方、導電性の支持基板１０として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板１０の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＰｄから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【０１６５】
次に、第１の接合層９と第２の接合層１１とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【０１６６】
（成長用基板１の除去）
導電性の支持基板１０を接合した接合用積層体について、サファイヤ基板１の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層２の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板１を除去した。さらにはｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎより成るｎ型クラッド層５の残り膜厚が２．２μｍ程度になるまで研磨して面荒れを無くした。
【０１６７】
（ｎ電極）
次に、ｎ型コンタクトとしても機能するｎ型クラッド層５上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕから成る多層電極を形成してｎ電極１２とした。その後、導電性の支持基板１０を１００μｍまで研磨した後、導電性の支持基板１０の裏面にｐ電極用のパッド
電極１３として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕから成る多層膜を２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｎ電極とｐ電極は、それぞれの半導体層表面の全面に亘って格子状に形成した。この時、格子間の開口部がｎ側とｐ側で互いに重ならないように、互い違いに形成した。
【０１６８】
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は２．４ｍＷ、Ｖｆは３．６Ｖであった。
【０１６９】
実施例７．
本実施例は、実施例１〜６の紫外発光ＬＥＤ素子と異なり、青色ＬＥＤ素子に本件発明を適用する。本実施例では、発光波長が４６０ｎｍと長いため、ＧａＮ層による発光の自己吸収は殆どない。従って、実施例１〜６と異なり、高温下地層であるＧａＮ層を残してｎ型コンタクト層として機能させることができる。
（成長用基板）
成長用基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０１７０】
（下地層）
バッファ層：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。
【０１７１】
（ｎ型コンタクト層）
バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉが１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を５μｍの膜厚で成長させた。
【０１７２】
（ｎ型クラッド層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎよりなるｎ型クラッド層５を４００Åの膜厚で形成した。
【０１７３】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＧａＮよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎＧａＮよりなる井戸層を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順に積層した。このとき、障壁層を２００Å、井戸層を５０Åの膜厚で形成した。活性層は、総膜厚約７００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【０１７４】
（ｐ型クラッド層）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなるｐ型クラッド層７を６００Åの膜厚で成長させた。
【０１７５】
（ｐ型コンタクト層）
続いてクラッド層上にＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを２×１０２１／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．１５μｍの膜厚で成長させた。
【０１７６】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
【０１７７】
（第１の接合層）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【０１７８】
次に、ｐ電極の上に、Ｎｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの多層膜を、膜厚２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで形成した。ここでで、Ｎｉは密着層、Ｐｔはバリア層、Ｓｎは第１の共晶形成層、そしてＰｔとＳｎの間のＡｕ層は、Ｓｎがバリア層へ拡散するのを防止する役割を果たし、最外層のＡｕ層は第２の共晶形成層との密着性を向上させる役割を果たす。
【０１７９】
（第２の接合層）
一方、導電性基板として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ３０％とＷ７０％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＡｕから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【０１８０】
次に、第１の接合層と第２の接合層とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性基板とを、ヒータ温度を２５０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【０１８１】
次に、導電性基板を接合した接合用積層体について、サファイア基板の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層の窒化物半導体を分解して、サファイア基板を除去した。さらにｎ型コンタクト層が露出するまで研磨して面荒れを無くした。
【０１８２】
（ｎ電極）
次に、ｎ型コンタクト層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層電極を、膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成してｎ電極とした。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板の裏面にｐ電極用のパッド電極として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕから成る多層膜を１０００Å−２０００Å−３０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。
【０１８３】
得られたＬＥＤ素子は、サイズが１ｍｍ×１ｍｍであり、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光を呈した。
【０１８４】
実施例８．
実施例７と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製した。さらに、蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成した。
これにより、白色を呈する窒化物半導体発光素子が得られた。
【０１８５】
実施例９．
実施例７と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製したが、本実施例では導電性の支持基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成した。この複数の窒化物半導体素子を一部に露出面を設けて、パッケージングした。さらに露出面に蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として形成した。
これにより、白色を呈する窒化物半導体素子が複数個配列し、大面積で白色発光する窒化物半導体発光装置ができた。これは、照明用光源として利用可能である。
【０１８６】
実施例１０．
本実施例では、発光波長３６５ｎｍの発光ダイオードに本件発明を適用し、図８及び９に示すようにｎ型組成傾斜層を備えた層構成を有し、図５に示す電極構造を持った窒化物半導体素子を作成する。
（成長用基板）
成長用基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０１８７】
（下地層２）
バッファ層：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。
高温成長層：バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
【０１８８】
（組成傾斜層２６）
組成傾斜層：高温成長層成長後、さらに同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、組成傾斜ＡｌＧａＮ層２６を０．４μｍの膜厚で成長させた。この組成傾斜層２６は、高温成長層とｎ型クラッド層との格子不整合を緩和させるためのもので、アンドープのＧａＮからＳｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３ＮまでＡｌの混晶比とＳｉのドープ量とを徐々に大きくして形成した。
【０１８９】
（ｎ型クラッド層５）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
【０１９０】
（活性層６）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)／井戸層(3)／障壁層(4)の順に積層した。この時、障壁層(1)と(2)と(3)と(4)をそれぞれ２００Å、井戸層(1)と(2)と(3)をそれぞれ６０Åの膜厚で形成した。障壁層(4)のみアンドープとした。
【０１９１】
（ｐ型クラッド層７）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３８Ｇａ０．６２Ｎよりなるｐ型クラッド層７を２７０Åの膜厚で成長させた。
【０１９２】
（ｐ型コンタクト層８）
続いて、ｐ型クラッド層７上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを４×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【０１９３】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層７及び８をさらに低抵抗化した。
【０１９４】
（第１の接合層９）
アニーリング後、ウェハを反応容器から取出し、ｐ型コンタクト層の上にＲｈ膜を膜厚２０００Åで形成してｐ電極とした。その後、オーミックアニールを６００℃で行った後、ｐ電極以外の露出面に絶縁性の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成した。
【０１９５】
次に、ｐ電極の上に、Ｒｈ−Ｉｒ−Ｐｔの多層膜を形成した。
【０１９６】
（第２の接合層１１）
一方、導電性基板１０として、膜厚が２００μｍで、Ｃｕ１５％とＷ８５％の複合体から成る金属基板を用い、その金属基板の表面に、Ｔｉから成る密着層、Ｐｔから成るバリア層、そしてＰｄから成る第２の共晶形成層を、この順で、膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成した。
【０１９７】
次に、第１の接合層９と第２の接合層１１とを対向させた状態で、接合用積層体と導電性基板１０とを、ヒータ温度を２３０℃でプレス加圧して加熱圧接した。これにより、第１の共晶形成層と第２の共晶形成層の金属を互いに拡散させて共晶を形成させた。
【０１９８】
（成長用基板の除去）
導電性基板１０を接合した接合用積層体について、サファイヤ基板１の下地層側の反対面から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いて、出力６００Ｊ／ｃｍ２で、レーザ光を１ｍｍ×５０ｍｍの線状にして上記の反対面全面をスキャンしてレーザを照射した。レーザ照射により下地層２の窒化物半導体を分解して、サファイヤ基板１を除去した。さらに、下地層２と組成傾斜層２６と、さらにはｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎより成るｎ型クラッド層５の残り膜厚が２．２μｍ程度になるまで研磨して面荒れを無くした。
【０１９９】
（ｎ電極１２）
次に、ｎ型コンタクト層上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕから成る多層電極を形成してｎ電極１２とした。ｎ電極１２は、光取り出し効率を考慮して、全面に形成せず、開口率が７０％となるように形成した。その後、導電性基板を１００μｍまで研磨した後、導電性基板１０の裏面にｐ電極用のパッド電極１３として、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕから成る多層膜を２０００Å−３０００Å−３０００Å−３００００Å−１０００Åで成膜した。次に、ダイシングにより素子を分離した。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｎ電極１２とｐ電極１６は、それぞれの半導体層表面の全面に亘って格子状に形成した。この時、格子間の開口部がｎ側とｐ側で互いに重ならないように、互い違いに形成した。
【０２００】
得られたＬＥＤ素子の特性は、図１１のようになった。図１１は、順方向電流に対する駆動電圧（Ｖｆ）と出力の変化をパルス電流（Ｐｕｌｓｅ）と直流電流（ＤＣ）とについて示したものである。この素子は、室温でパルス電流５００ｍＡ（パルス幅２μｓｅｃ、デューティー１％）において、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は１１８ｍＷ、駆動電圧４．９Ｖ、外部量子効率６．９％で、さらに室温で直流電流５００ｍＡにおいて、３６５ｎｍの紫外発光を示し、出力は１００ｍＷ、駆動電圧４．６Ｖ、外部量子効率５．９％であった。
【０２０１】
比較例１．
（成長用基板）
成長用基板として、サファイヤ（Ｃ面）よりなる基板を用い、ＭＯＣＶＤ反応容器内において水素雰囲気中、１０５０℃で表面のクリーニングを行った。
【０２０２】
（下地層）
バッファ層：続いて、水素雰囲気中、５１０℃でアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約２００Åの膜厚で成長させた。
【０２０３】
高温成長層：バッファ層成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる高温成長の窒化物半導体を５μｍの膜厚で成長させた。
【０２０４】
組成傾斜層：高温成長層成長後、さらに同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、組成傾斜ＡｌＧａＮ層を０．４μｍの膜厚で成長させた。この組成傾斜層は、高温成長層とｎ型クラッド層との格子不整合を緩和させるためのもので、アンドープのＧａＮからＳｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３ＮまでＡｌの混晶比とＳｉのドープ量とを徐々に大きくして形成した。
【０２０５】
（ｎ型クラッド層）
次に、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなるｎ型クラッド層５を２．５μｍの膜厚で形成した。
【０２０６】
（活性層）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)／井戸層(3)／障壁層(4)の順に積層した。この時、障壁層(1)と(2)と(3)と(4)をそれぞれ２００Å、井戸層(1)と(2)と(3)をそれぞれ６０Åの膜厚で形成した。障壁層(4)のみアンドープとした。
【０２０７】
（ｐ型クラッド層）
次に、水素雰囲気中、１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．３８Ｇａ０．６２Ｎよりなるｐ型クラッド層７を２７０Åの膜厚で成長させた。
【０２０８】
（ｐ型コンタクト層）
続いて、ｐ型クラッド層上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、Ｍｇを４×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．１μｍの膜厚で成長させ、その後、ガスの流量を調整してＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｐ型コンタクト層を０．０２μｍの膜厚で成長させた。
【０２０９】
成長終了後、窒素雰囲中、ウェハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化した。
【０２１０】
（電極）
第２のｐ型コンタクト層から一部をｎ型クラッド層が露出するまでエッチングし、ｎ電極を形成するための面を設け、第２のｐ型コンタクト層上にＲｈ電極を、露出したｎ型クラッド層上にＴｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕを形成した。
【０２１１】
得られたＬＥＤ素子は、図１２の（ａ）に示す発光スペクトルを示した。実施例１０によって得られた発光スペクトルは図１２の（ｂ）であり、ＧａＮの吸収が、発光スペクトルに大きく影響することがわかる。
【０２１２】
実施例１１．
実施例１０において、図１０に示すように、ｎ型クラッド層５を２層に分ける。その他の点は、実施例１０と同様にしてＬＥＤを作成する。
（ｎ型クラッド層５）
１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第１のｎ型窒化物半導体層５ａを１．７μｍの膜厚で形成し、さらにその上に、Ｓｉを２×１０１７／ｃｍ３ドープしたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる第２のｎ型窒化物半導体層５ｂを０．８μｍの膜厚で形成し、第１のｎ型窒化物半導体層５ａと第２のｎ型窒化物半導体層５ｂとでもって、ｎ型クラッド層５とした。
これによって得られたＬＥＤ素子は、実施例１０よりも駆動電圧が０．３Ｖ程度下がり、また長時間発光でも素子劣化は小さかった。
【０２１３】
実施例１２．
実施例１１において、活性層６を次のようにした。他の点は、実施例１１と同様にしてＬＥＤを作製する。
（活性層６）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎよりなる障壁層、その上にアンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる井戸層を、障壁層(1)／井戸層(1)／障壁層(2)／井戸層(2)／障壁層(3)／井戸層(3)／障壁層(4)／井戸層(4)／障壁層(5)／井戸層(5)／障壁層(6)の順に積層した。このとき、障壁層(1)〜(6)をそれぞれ２００Å、井戸層(1)〜(5)をそれぞれ１５０Åの膜厚で形成した。これによって得られたＬＥＤ素子は、出力が実施例１１とほぼ同等で、さらに単色性が向上した。
【０２１４】
実施例１３．
実施例１０において、ｎ型電極を形成後、露出しているｎ型コンタクト層の表面にストライプ形状で凹凸形成を行う。凹部の深さは１．５μｍとし、凹部幅を３μｍ、凸部幅を３μｍとする。その他の条件は同様とする。このディンプル加工により、さらに光取り出し効率を向上できる。
【０２１５】
実施例１４．
実施例１０もしくは１１で得られる素子について、ｎ型電極を形成後、絶縁性のＺｒＯ２（屈折率２．２）から成る保護膜１９を膜厚１．５μｍで成膜する。さらに、図１３に示すように、保護膜１９に３μｍ間隔で凹凸を形成する。凸部の平面形状は円形であって、凹部の深さは１．０μｍとする。これにより、光取り出し効率がさらに向上する。本実施例ではＺｒＯ２を用いたが、その他に、Ｎｂ２Ｏ５（屈折率２．４）やＴｉＯ２（屈折率２．７）を用いても同程度の効果が得られる。
【０２１６】
実施例１５．
実施例１４において、形成する保護膜１９の凸部を保護膜ＺｒＯ２の凸部をテーパー角６０°形状とする。本実施例によれば、実施例１２よりもさらに光取り出し効率が向上する。
【０２１７】
実施例１６．
実施例１０と同様の方法によりＬＥＤ素子を得る。
続いて、金属パッケージ上にＬＥＤ素子を載置し、導電性ワイヤーにて外部電極とＬＥＤ素子との電気的導通を図った後、以下の方法により窒化物系半導体を含む発光素子の上に図１４に示されるようなコーティング層１４を形成する。
(1)まず、ＬＥＤ素子の電極上にレジストあるいはポリイミドによる膜を形成する。(2)次に、上述したように、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とエチルシリケートの加水分解溶液と高沸点溶媒との混合溶液を調整し、蛍光体が均一に分散するように撹拌して塗布液を調整する。(3)スプレーコーティング方法により、支持基板上および保護膜を形成した部分を除くＬＥＤ素子の上面および側面上に塗布液を付着させる。(4)１５０℃の温度で３０分間乾燥させることにより一次硬化を行い膜厚数十μｍの層を形成する。(5)形成された層上に蛍光体を含まないエチルシリケートの加水分解溶液を含浸させる。(6)最後に、レジストあるいはポリイミドによる膜を除去し、２４０℃の温度で３０分間乾燥させることにより二次硬化を行う。以上(1)から(6)の工程により、総膜厚が５〜１０μｍである窒化物系半導体層の少なくとも露出面上にある連続した層であり、且つ、ＬＥＤ素子の電極上を除く素子の上面、側面および角の上に配置され、ほぼ均一な膜厚２０〜３０μｍのコーティング層１４が形成される。
【０２１８】
本実施例にかかる発光装置は、青色から紫外線領域の光を出光する発光素子を共に使用しても劣化しない無機物を材料として蛍光体を発光素子の上に固着しており、長時間使用しても発光色のバラツキの少ない発光装置を提供できる。また、少なくとも発光素子の発光観測面をほぼ均一な膜厚で覆うコーティング層１４を形成することにより、本実施例に係る発光装置は、発光観測方向が異なっても、色温度の変化が少ない発光装置とすることが可能である。さらに、発光素子からの発光が観測される全ての面に蛍光体を含有するコーティング層が形成され、支持基板を光が透過することはないため、従来のサファイア基板を使用した発光素子と比較して、蛍光体により波長変換された光の取り出し効率が向上する。また、熱伝導性の良い支持基板を使用することにより、従来のサファイア基板を使用した発光素子と比較して、放熱性が向上する。
【０２１９】
実施例１７．
図１４に示されるようにエッチングにより支持基板上のＰＮ各半導体側面を露出させた後、実施例１６と同様に調製した塗布液、あるいはセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体をシリコーン樹脂に含有させた材料を用いたスクリーン印刷によりコーティング層を形成させる。ここで、蛍光体をシリコーン樹脂に含有させた材料を使用する場合は、温度１５０℃１時間の条件のもとで硬化を行う。こうして出来上がった半導体ウエハーを、スクライブラインを引いた後、ダイシングにより分割させ発光素子としてＬＥＤチップを形成させる。
【０２２０】
このように、ウェハ状態のときに蛍光体を含むコーティング層１４を形成することにより、金属パッケージ等にＬＥＤチップを載置して発光装置を形成する前段階、即ち蛍光体を含むコーティング層が形成されたＬＥＤチップの段階で発光色の検査および選別を行うことが可能であるため、発光装置の製品歩留まりが向上する。また、本実施例に係るＬＥＤチップは、上記コーティング層１４を形成したＬＥＤチップに対する発光観測方向が異なっても、色温度の変化が少ない発光素子とすることが可能である。
【０２２１】
実施例１８．
図１５は、本実施例にかかる半導体発光素子の模式的な断面図を示す。
実施例１６において、成長用基板を除去した後、光の取り出しを向上させるため、ｎ型窒化物半導体層の露出面および／または半導体層の側面をＲＩＥにより凹凸（ディンプル加工）を形成する。本実施例においては、図１５に示されるように特にｎ型クラッド層５に対してディンプル加工を行ったが、ｎ型クラッド層５から活性層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８にかけてディンプル加工を行っても構わない。その凹凸の断面形状は、メサ型あるいは逆メサ型、そして、平面形状は島状、格子状、矩形状、円状あるいは多角形状とすることができる。このようなディンプル加工を行った露出面および半導体層の側面に対して、実施例１５と同様にコーティング層１４を形成する。
このように形成することにより、発光素子からの光の取り出し効率を向上させ、また、長時間使用しても発光色のバラツキの少ない発光装置を提供できる。
【０２２２】
実施例１９．
本実施例では、実施例１６と同様の条件によって窒化物半導体素子を作製するが、支持基板上に複数の窒化物半導体素子をドット状などに配列させて形成する。エッチングにより窒化物半導体素子の側面の一部に露出面を設け、実施例１５と同様の方法によりコーティング層１４を形成する。最後に、支持基板を金属パッケージ等の支持体上に載置し、発光素子の正負一対の両電極と外部電極との電気的導通を図ることにより発光装置を形成する。
【０２２３】
これにより、発光素子からの光と、蛍光体により該発光素子からの光が波長変換された光との混色光が出光可能な発光素子が複数個配列し、大面積で混色光を発することが可能な発光装置とすることができる。このような発光装置は、照明用光源として利用可能である。
【０２２４】
実施例２０．
本実施例では、実施例１６において得られた半導体発光素子を、図７に示すようなパッケージに実装する。ヒートシンクを備えたパッケージ４０の開口部底面に半導体発光素子３０をエポキシ樹脂にてダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合部材は特に限定されず、Ａｕ−Ｓｎ合金や導電性材料が含有された樹脂やガラス等を用いることができる。含有される導電性材料はＡｇが好ましく、含有量が８０％〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。次に、ダイボンドされた半導体発光素子３０の各電極と、パッケージ４０の開口部底面から露出された各リード電極４４とをそれぞれＡｕワイヤ４６にて電気的に接続する。
【０２２５】
次に、フェニルメチル系シリコーン樹脂組成物１００ｗｔ％（屈折率１．５３）に対して、拡散剤として平均粒径１．０μｍ、吸油量７０ｍｌ／１００ｇである軽質炭酸カルシウム（屈折率１．６２）を３ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。こうして得られた硬化性組成物４８をパッケージ４０の開口部内に、開口部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、７０℃×３時間、及び１５０℃×１時間熱処理を施す。これにより、開口部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称の放物線状に凹みを有する発光面が得られる。また、硬化性組成物の硬化物からなる封止部材４８は、拡散剤の含有量の多い第１の層と、第１の層より前記拡散剤の含有量の少ないもしくは含有していない第２の層との２層に分離しており、半導体発光素子の表面は第１の層にて被覆されている。これにより、半導体発光素子から発光される光を効率良く外部へ取り出すことができると共に、発光の均一性が良好となる。第１の層は、開口部の底面から半導体発光素子の表面にかけて連続して形成されていることが好ましく、これにより、発光面の形状を滑らかな開口部とすることができる。本実施例にかかる発光デバイスは、発光素子からの出光を無駄なく主面側から出光させることができ、従来と比較して薄型化しつつ導光板の光入射面に対して広範囲に光を入射させることができる。
【０２２６】
実施例２１．
実施例２０において、封止部材４８中に蛍光物質を含有させる以外は、同様にして発光でデバイスを形成する。蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。蛍光体を含有させることにより、半導体発光装置からの光と、該発光装置の光の一部が蛍光体により波長変換された光との混色光が得られる発光デバイスとすることができる。
【０２２７】
実施例２２．
実施例１６によって得られた発光素子に、蛍光体を備えた本発明に記載のパッケージ方法により、発光デバイスを形成する。蛍光体として、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：ＭｎとＳｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕとを用いる。この発光デバイスは青緑色の発光を呈する。
【０２２８】
実施例２３．
本実施例では、本発明を適用してレーザを構成した場合について説明する。図１６〜１８を参照しながら説明する。まず、図１６（ａ）に示すように、サファイア基板６１の上に、ｎ型窒化物半導体層６２、活性層６３、ｐ型窒化物半導体層６４の積層体が形成される。
（バッファ層）
本実施例では、成長用基板６１としてサファイアを用いる。まず、２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板６１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし温度を５００℃にしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。
【０２２９】
（下地層）
バッファ層形成後、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。下地層としてこの他にＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌｌｙ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設ける等して形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域とをストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜させたものや、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長が成されて成膜されたもの等が挙げられる。
【０２３０】
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、積層構造体を構成する各層を形成する。
（ｎ型コンタクト層）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層の膜厚は２〜３０μｍであればよい。
【０２３１】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【０２３２】
（ｎ型クラッド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌの混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
【０２３３】
（ｎ型光ガイド層）
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【０２３４】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層させて総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【０２３５】
（ｐ型キャップ層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
【０２３６】
（ｐ型光ガイド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
【０２３７】
（ｐ型クラッド層）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＧを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
【０２３８】
（ｐ型コンタクト層）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすればｐ電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
こうして、図１６（ａ）に示すように、サファイア基板６１の上に、ｎ型窒化物半導体層６２、活性層６３、ｐ型窒化物半導体層６４の積層体が形成される。
【０２３９】
（ｎ型層露出及び共振器面形成）
以上のようにして窒化物半導体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜を形成してＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ４ガスによりエッチングする。これによって、図１６（ｂ）に示すように、共振器面となる活性層端面を露出させてエッチング端面を共振器端面とする。
【０２４０】
（基板露出）
次に、ＳｉＯ２をウエハ全面に形成した後、その上にｎ型コンタクト層の露出面を除いてレジスト膜を形成し、図１６（ｃ）に示すように、基板が露出するまでエッチングする。共振器面など側面にもレジスト膜が形成されているので、エッチング後には、先に形成させた共振器面などの側面（ｐ型層と、活性層と、ｎ型層の一部と、を含む）と、共振器面と基板との間のｎ型層との２段になった端面が形成されることになる。
【０２４１】
（ストライプ状凸部（リッジ）形成）
次に、図１６（ｄ）に示すように、ストライプ状の導波路領域を形成する。最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、保護膜の上に幅３μｍのストライプ形状のマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いてＳｉＯ２をエッチングしその後ＳｉＣｌ４により窒化物半導体層をｐ型ガイド層が露出するまでエッチングし、活性層よりも上にストライプ状の凸部６４ａが形成される。
【０２４２】
（第１の絶縁膜）
ＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｐ型半導体層６４の表面にＺｒＯ２よりなる第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜６５は後に分割され易いように絶縁膜を形成させない部分を設けてもよい。第１の絶縁膜を形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状凸部の上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、ストライプ状凸部の上面は露出され、凸部の側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
【０２４３】
（ｐ側オーミック電極）
次に、図１７（ａ）に示すように、ｐ型コンタクト層上の凸部最表面の第１の絶縁膜上にｐ側オーミック電極６５を形成させる。このｐ側オーミック電極６５は、ＮｉとＡｕからなる。電極形成後、それぞれを酸素：窒素が１：９９の割合の雰囲気中で、６００℃でアニーリングすることで、ｐ側オーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を得る。
【０２４４】
（第２の絶縁膜）
次いで、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）とＴｉ酸化膜（ＴｉＯ２）の多層膜からなる第２の絶縁膜をλ／４ｎの膜厚で２ペア（４層）の条件で、エッチングされた底面及び側面に形成することでミラーを形成する。このときｐ側オーミック電極は露出するようにしておく。
【０２４５】
（ｐ側パッド電極）
次に、図１７（ａ）に示すように、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極６６を形成する。ｐ側パッド電極６６は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からとしてＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。
【０２４６】
（第１の支持基板貼り合わせ前保護膜）
ｐ側パッド電極６６形成後、ウエハのほぼ全面を覆うようにレジスト膜６７を膜厚３μｍで形成する。
【０２４７】
他方、第１の支持基板６８を用意する。第１の支持基板６８としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用いる。図１７（ｂ）に示すように、このサファイアと上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側との間にエポキシ樹脂系接着シート６９を挟んで貼り合わせる。この場合、前記窒化物半導体は、ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度約１５０℃で約１時間、加熱することで接合させる。
【０２４８】
（成長基板分離）
次に、図１７（ｃ）に示すように、成長基板であるサファイア基板６１を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０２４９】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
次に、図１８（ａ）に示すように、前記ｎ型コンタクト層上にｎ側金属層７０をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ｓｎの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。Ｔｉ−Ａｌ層がｎ側電極であり、その上のＴｉ−Ｐｔ−Ｓｎは共晶のためのメタライズ層である。
【０２５０】
他方、第２の支持基板７１を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る第２の支持基板７１の表面にメタライズ層７２をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０２５１】
（第２の支持基板接合）
次に、図１８（ｂ）に示すように、前記ｎ側金属層７０と、第２の支持基板のメタライズ層７２とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０２５２】
（第１の支持基板分離）
上記のように、第１の支持基板６８と第２の支持基板７１とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃まで昇温させる。これにより、エポキシ系接着シート６９の接着力を低下させて、図１９（ａ）に示すように、第１の支持基板６８を分離させることができる。その後、図１９（ｂ）に示すように、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（レジスト）６７を除去し、ダイシングを行ってチップ化する。
【０２５３】
以上のようにして、図１９（ｃ）に示す窒化物半導体レーザ素子が得られる。このレーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０２５４】
実施例２４．
本実施例では、第２の保護膜形成工程までは実施例２３と同様に形成する。
（充填材）
図１７（ａ）に示すように、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順で積層されてなるｐ側パッド電極６６をｐ側オーミック電極６５の上に形成させる。ｐ側パッド電極６６は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。次いで、エッチングされた溝部にポリイミドを塗布法により形成し、ウエハ全体の平坦化を行う。
【０２５５】
他方、第１の支持基板６８を用意する。第１の支持基板６８としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用い、接合剤としてＡｕＳｎからなる共晶材を用いる。図１７（ｂ）に示すように、この共晶材を上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側と接合させる。この場合、前記ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度２４０℃で１０分間、加熱することで接合させる。
【０２５６】
（成長基板分離）
次に、図１７（ｃ）に示すように、成長基板であるサファイア基板６１を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０２５７】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
フッ酸を用いて第２の保護膜として形成したＳｉ酸化膜を除去する。次に、図１８（ａ）に示すように、ｎ型コンタクト層上にｎ型金属層７０をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。
【０２５８】
他方、第２の支持基板７１を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る第２の支持基板７１の表面にメタライズ層７２をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０２５９】
（第２の支持基板接合）
次に、図１８（ｂ）に示すように、前記ｎ側金属層７０と、第２の基板のメタライズ層７２とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０２６０】
（第１の支持基板分離）
上記のように、第１の支持基板６８と第２の支持基板７１とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃に昇温する。これにより、図１９（ａ）に示すように、エポキシ系樹脂シート６９の接着力を低下させて、第１の基板６８を分離させることができる。その後、図１９（ｂ）に示すように、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（ポリイミド）を除去した後、酸素プラズマによりポリイミド充填層の除去を行った後、ダイシングを行う。
【０２６１】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０２６２】
実施例２５．
本実施例では、幅３μｍのリッジを、６０μｍ間隔で３０本有するマルチストライプ型の窒化物半導体レーザ素子を形成させる。その他の点は、実施例２３と同様である。図２０（ａ）にマルチストライプ型の窒化物半導体レーザを示す。図面の簡単のため、図２０（ａ）ではリッジ本数を１５本にしている。このようなマルチストライプ型の場合、リッジ本数が多くなることで横幅（リッジと垂直な方向の端面の幅）が大きくなり、バー状のレーザ素子となる。リッジがこのように１次元方向に複数形成されることで、高出力を有することができる。本実施例で得られた窒化物半導体レーザ素子は、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであった。このとき、各ストライプからは均一にレーザ光が発振されており、最大出力は１０Ｗである。
【０２６３】
また、本実施例で得られるマルチストライプ型の窒化物半導体レーザは、重ねて（スタック化）用いることもできる。例えば、図２０（ｂ）のように、バー状のレーザ素子を重ねて２次元方向に複数のリッジを設けてスタック型半導体レーザとすることで、超高出力の半導体レーザ素子とすることができる。本実施例のマルチストライプ型窒化物半導体レーザ素子ひとつで最大出力が１０Ｗであるが、これらを１０個重ねて用いるスタック型窒化物半導体レーザ素子では、約１００Ｗという超高出力とすることができる。また、このとき、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであり、各ストライプからは均一にレーザ光が発振される。
【図面の簡単な説明】
【０２６４】
【図１】図１は、本発明に係る窒化物半導体素子の製造方法の一実施形態における製造工程を示す模式断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、成長基板、窒化物半導体層、及び支持基板の熱膨張係数Ａ、Ｂ、及びＣの間にＣ＞Ａ＞Ｂの関係がある場合のウエハの反りを示す模式図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、成長基板、窒化物半導体層、及び支持基板の熱膨張係数Ａ、Ｂ、及びＣの間にＡ＞Ｂ＞Ｃの関係がある場合のウエハの反りを示す模式図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、成長基板、窒化物半導体層、及び支持基板の熱膨張係数Ａ、Ｂ、及びＣの間にＡ≧Ｃ＞Ｂの関係がある場合のウエハの反りを示す模式図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る窒化物半導体素子の一実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る窒化物半導体素子に用いるパッケージの一例を示す斜視図、上面図及び断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る窒化物半導体素子に用いるパッケージの別例を示す斜視図、上面図及び断面図である。
【図８】図８は、図１とは別の実施形態を示す工程図である。
【図９】図９は、図８に示す実施形態における窒化物半導体素子の層構成を示す模式断面図である。
【図１０】図１０は、図８とはさらに別の実施形態を示す工程図である。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、実施例１０に係る窒化物半導体素子の特性を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例１０に係る窒化物半導体素子と従来の窒化物半導体との特性を比較した図である。
【図１３】図１３は、図５と異なる実施形態の窒化物半導体素子を示す模式断面図である。
【図１４】図１４は、蛍光体を含むコーティング層を形成した実施形態を示す模式断面図である。
【図１５】図１５は、ｎ型窒化物半導体層の表面にディンプルを形成した実施形態を示す模式断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｄ）は、実施例２３に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、図１６の続きの工程を示す工程図である。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｂ）は、図１７の続きの工程を示す工程図である。
【図１９】図１９（ａ）〜（ｃ）は、図１８の続きの工程を示す工程図である。
【図２０】図２０（ａ）及び（ｂ）は、実施例２５に係る窒化物半導体レーザを示す模式断面図である。
【図２１】従来の窒化物半導体素子の構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【０２６５】
１ 成長用基板、２ 下地層、３ バッファ層、４ 高温成長層、５ ｎ型クラッド層、６ 活性層、７ ｐ型クラッド層、８ ｐ型コンタクト層、９ 第１の接合層、１０ 導電性基板、１１ 第２の接合層、１２ ｎ電極、１３ ｐ電極用パッド電極、１４ コーティング層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、を成長させて接合用積層体を形成し、
前記ｐ型窒化物半導体層の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層を設ける一方、対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ前記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する基板の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層を設け、第１の接合層と第２の接合層とを対向させて、接合用積層体と前記基板とを加熱圧接して接合し、
前記接合用積層体の成長用基板を除去する窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板が、導電性であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記成長用基板が、絶縁性であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の接合層が、前記ｐ型窒化物半導体層に接して形成されたオーミック電極層を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記第１の接合層と前記第２の接合層が、それぞれ第１の共晶形成層と第２の共晶形成層を有し、接合時には、第１及び第２の共晶形成層を構成する金属が互いに拡散して共晶を形成する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記成長用基板の一方の主面に接して、ＧａｅＡｌ１−ｅＮ（０＜ｅ≦１）から成るバッファ層と、アンドープのＧａＮ及びｎ型不純物をドープしたＧａＮのいずれかから成る高温成長層と、を含む下地層を設ける請求項１乃至５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記成長用基板を除去後、前記バッファ層及び高温成長層を除去する請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
対向する二つの主面を有する成長用基板の一方の主面上に、前記活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体を含んだ下地層を成長し、
前記下地層の上に、少なくとも、前記ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層とを成長し、
前記ｐ型窒化物半導体層の上に、前記基板を接合し、
前記成長用基板と前記下地層とを除去する窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記活性層の発光波長が３８０ｎｍ以下であり、前記下地層がＧａＮを含むことを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記井戸層及び障壁層が、それぞれ、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）とであり、かつ前記ｎ型窒化物半導体がＡｌを含む請求項１乃至９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記成長用基板の他方の主面の全面に電磁波を照射して成長用基板を除去する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記窒化物半導体素子の表面の少なくとも一部に、蛍光物質を含有するコーティング層を形成する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
対向する二つの主面を有し、窒化物半導体よりも大きい熱膨張係数を有する基板と、
該基板の一方の主面上に形成され、共晶層を有する接合層と、
該接合層の上に形成された１層以上のｐ型窒化物半導体層と、
該ｐ型窒化物半導体層の上に形成され、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを有する活性層と、
該活性層の上に形成されたＡｌを含む１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子。
【請求項１４】
前記基板が、導電性であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１５】
前記基板が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔから選択された１種以上と、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉから選択された１種以上とを含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１６】
前記基板が、相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成ることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１７】
前記基板が、金属とセラミックスの複合体から成ることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１８】
対向する二つの主面を有する基板と、
該基板の一方の主面上に設けられた、共晶層を有する接合層と、
該接合層の上に設けられた１層以上のｐ型窒化物半導体層と、
該ｐ型窒化物半導体層の上に設けられ、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを有する活性層と、
該活性層の上に設けられ、前記活性層の発光を実質的に自己吸収しない窒化物半導体から成るｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子。
【請求項１９】
前記窒化物半導体素子は、前記ｎ型窒化物半導体層に接するｎ電極を有し、該ｎ型窒化物半導体層は、ｎ電極と接する層としてｎ型不純物をドープした第１のｎ型窒化物半導体層と、前記第１のｎ型窒化物半導体層より活性層側に、アンドープ、もしくは第１のｎ型窒化物半導体層のドープ量よりも少ないｎ型不純物をドープした第２のｎ型窒化物半導体層との、少なくとも２層を有することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２０】
前記のｐ型窒化物半導体層は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜１）から成るｐ型コンタクト層を有する請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２１】
前記ｐ型コンタクト層は、前記基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有する請求項２０記載の窒化物半導体素子。
【請求項２２】
前記ｐ型コンタクト層は少なくとも２層からなり、該２層は、ｐ電極と接して形成されたＡｌｇＧａ１−ｇＮ（０＜ｇ＜０．０５）層と、活性層側に形成されたＡｌｈＧａ１−ｈＮ（０＜ｈ＜０．１）層とからなり、ＡｌｇＧａ１−ｇＮ層はＡｌｈＧａ１−ｈＮ層より高いｐ型不純物濃度を有する請求項２１記載の窒化物半導体素子。
【請求項２３】
前記窒化物半導体素子が発光素子であって、該発光素子からの光を吸収し、該光と異なる波長の光を発光する蛍光物質を含有するコーティング層を発光素子の表面の少なくとも一部に形成してなる請求項１３乃至２２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、を成長させて接合用積層体を形成し、
前記ｐ型窒化物半導体層の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層を設ける一方、対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ前記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する基板の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層を設け、第１の接合層と第２の接合層とを対向させて、接合用積層体と前記基板とを加熱圧接して接合し、
前記接合用積層体の成長用基板を除去する窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、を成長させて接合用積層体を形成し、
前記ｐ型窒化物半導体層の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層を設ける一方、対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ前記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する基板の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層を設け、第１の接合層と第２の接合層とを対向させて、接合用積層体と前記基板とを加熱圧接して接合し、
前記接合用積層体の成長用基板を除去する窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板が、導電性であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記成長用基板が、絶縁性であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の接合層が、前記ｐ型窒化物半導体層に接して形成されたオーミック電極層を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記第１の接合層と前記第２の接合層が、それぞれ第１の共晶形成層と第２の共晶形成層を有し、接合時には、第１及び第２の共晶形成層を構成する金属が互いに拡散して共晶を形成する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記成長用基板の一方の主面に接して、ＧａｅＡｌ１−ｅＮ（０＜ｅ≦１）から成るバッファ層と、アンドープのＧａＮ及びｎ型不純物をドープしたＧａＮのいずれかから成る高温成長層と、を含む下地層を設ける請求項１乃至５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記成長用基板を除去後、前記バッファ層及び高温成長層を除去する請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
対向する二つの主面を有する成長用基板の一方の主面上に、前記活性層の発光を自己吸収する窒化物半導体を含んだ下地層を成長し、
前記下地層の上に、少なくとも、前記ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層とを成長し、
前記ｐ型窒化物半導体層の上に、前記基板を接合し、
前記成長用基板と前記下地層とを除去する窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記活性層の発光波長が３８０ｎｍ以下であり、前記下地層がＧａＮを含むことを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記井戸層及び障壁層が、それぞれ、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）と、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）とであり、かつ前記ｎ型窒化物半導体がＡｌを含む請求項１乃至９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記成長用基板の他方の主面の全面に電磁波を照射して成長用基板を除去する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記窒化物半導体素子の表面の少なくとも一部に、蛍光物質を含有するコーティング層を形成する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
対向する二つの主面を有し、窒化物半導体よりも大きい熱膨張係数を有する基板と、
該基板の一方の主面上に形成され、共晶層を有する接合層と、
該接合層の上に形成された１層以上のｐ型窒化物半導体層と、
該ｐ型窒化物半導体層の上に形成され、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを有する活性層と、
該活性層の上に形成されたＡｌを含む１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子。
【請求項１４】
前記基板が、導電性であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１５】
前記基板が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔから選択された１種以上と、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉから選択された１種以上とを含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１６】
前記基板が、相互に非固溶あるいは固溶限界の小さい２種以上の金属の複合体から成ることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１７】
前記基板が、金属とセラミックスの複合体から成ることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１８】
対向する二つの主面を有する基板と、
該基板の一方の主面上に設けられた、共晶層を有する接合層と、
該接合層の上に設けられた１層以上のｐ型窒化物半導体層と、
該ｐ型窒化物半導体層の上に設けられ、少なくとも、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦１、０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＜１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ＜１）から成る障壁層とを有する活性層と、
該活性層の上に設けられ、前記活性層の発光を実質的に自己吸収しない窒化物半導体から成るｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子。
【請求項１９】
前記窒化物半導体素子は、前記ｎ型窒化物半導体層に接するｎ電極を有し、該ｎ型窒化物半導体層は、ｎ電極と接する層としてｎ型不純物をドープした第１のｎ型窒化物半導体層と、前記第１のｎ型窒化物半導体層より活性層側に、アンドープ、もしくは第１のｎ型窒化物半導体層のドープ量よりも少ないｎ型不純物をドープした第２のｎ型窒化物半導体層との、少なくとも２層を有することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２０】
前記のｐ型窒化物半導体層は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ＜１）から成るｐ型コンタクト層を有する請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２１】
前記ｐ型コンタクト層は、前記基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有する請求項２０記載の窒化物半導体素子。
【請求項２２】
前記ｐ型コンタクト層は少なくとも２層からなり、該２層は、ｐ電極と接して形成されたＡｌｇＧａ１−ｇＮ（０＜ｇ＜０．０５）層と、活性層側に形成されたＡｌｈＧａ１−ｈＮ（０＜ｈ＜０．１）層とからなり、ＡｌｇＧａ１−ｇＮ層はＡｌｈＧａ１−ｈＮ層より高いｐ型不純物濃度を有する請求項２１記載の窒化物半導体素子。
【請求項２３】
前記窒化物半導体素子が発光素子であって、該発光素子からの光を吸収し、該光と異なる波長の光を発光する蛍光物質を含有するコーティング層を発光素子の表面の少なくとも一部に形成してなる請求項１３乃至２２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する二つの主面を有する基板の一方の主面上に、少なくとも、１層以上のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層とＡｌｃＩｎｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを少なくとも含む量子井戸構造を有する活性層と、１層以上のｎ型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きな熱膨張係数を有する成長用基板の一方の主面上に、少なくとも、ｎ型窒化物半導体層と、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、を成長させて接合用積層体を形成し、
前記ｐ型窒化物半導体層の上に１層以上の金属層から成る第１の接合層を設ける一方、対向する二つの主面を有し、前記ｎ型及びｐ型窒化物半導体層よりも大きく、かつ前記成長用基板と同じか小さい熱膨張係数を有する基板の一方の主面上に１層以上の金属層から成る第２の接合層を設け、第１の接合層と第２の接合層とを対向させて、接合用積層体と前記基板とを加熱圧接して接合し、
前記接合用積層体の成長用基板を除去する窒化物半導体素子の製造方法。
【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】
【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】
【公開番号】特開２００６−３２４６８５（Ｐ２００６−３２４６８５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２００８４７（Ｐ２００６−２００８４７）
【出願日】平成１８年７月２４日（２００６．７．２４）
【分割の表示】特願２００３−１９０５４９（Ｐ２００３−１９０５４９）の分割
【原出願日】平成１５年７月２日（２００３．７．２）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２４日（２００６．７．２４）
【分割の表示】特願２００３−１９０５４９（Ｐ２００３−１９０５４９）の分割
【原出願日】平成１５年７月２日（２００３．７．２）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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