JP2007081332A - 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、製造時の成膜応力に起因するソリの影響が少なく、側面からの光取り出し効率も確保することができる窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、少なくともｎ型半導体層１、発光層２、ｐ型半導体層３が積層されて発光素子部５が構成され、前記ｎ型半導体層１、発光層２、ｐ型半導体層３の発光素子部５の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部６が設けられてなることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は窒化物系半導体発光素子および、その製造方法に関し、特に基板剥離工程を含んだ上下電極構造をとるタイプの窒化物系半導体発光素子において、光取り出し効率を向上できる構造およびその製造方法に関する。

近年、短波長光発光素子用の半導体材料としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめとして、種々の酸化物基板やIII−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
サファイア単結晶基板はＧａＮとは格子定数が１０％以上も異なるが、ＡｌＮやＡｌＧａＮなどのバッファ層を形成することにより、その上に良好な窒化物半導体が形成でき、一般的に広く用いられている。サファイア単結晶基板を用いた場合、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層がこの順で積層される。サファイア基板は絶縁体であるので、その素子構造は一般的に、ｐ型半導体層上に形成された正極と、ｎ型半導体層上に形成された負極が存在することになる。この種の発光素子には、ＩＴＯなどの透明電極を正極に使用しｐ型半導体側から光を取り出すフェイスアップ方式、Ａｇなどの高反射膜を正極に使用してサファイア基板側から光を取り出すフリップチップ方式の２種類が知られている。

このようにサファイア単結晶基板は発光素子用基板として一般的に広く用いられているが、絶縁体であるためにいくつかの問題点がある。第一に、負極を形成するために発光層をエッチングなどにより一部除去してｎ型半導体層を露出させるために、負極の部分だけ発光層の面積が減ってしまい、その分、出力が低下する。第二に、正極と負極が同一面にあるために、電流の流れが水平方向になってしまい、局部的に電流密度の高いところができてしまい素子が発熱してしまう。第三に、サファイア基板の熱伝導率は低いので、発生した熱が拡散せず、発光素子の温度が上昇してしまう。

以上の問題を解決させるために、サファイア単結晶基板上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層をこの順で積層した素子に導電性基板を接着し、その後にサファイア単結晶基板を除去して、正極と負極を上下に配置させる方法が開示されている。（特許文献１参照）
更に、導電性基板を接着させるのではなく、メッキにより基板を作成する方法が開示されている。（特許文献２参照）
特許第３５１１９７０号公報 特開２００４−４７７０４号公報

前記従来の導電性基板を接着させる方法には、ＡｕＳｎなどの低融点金属化合物を接着材として接着させる方法や、真空中でアルゴンプラズマなどで接合面を活性化させて接着させる活性化接合などの方法が知られている。
この方法であると接着面は極めて平滑であることが要求されパーティクルなどの異物があると、その部分が浮いてしまい、接着が良好にできないなど、均一な接着面を形成することが難しい問題がある。
サファイアなどの基板上に積層されるＧａＮ膜は、１〜１０μｍと厚膜であること、積層時の温度が１０００℃付近と高温であることなどから、極めて高い膜応力を有している。例えば、板厚０.４ｍｍのサファイア基板にＧａＮ膜を５μｍの厚さに積層した場合、基板に５０〜１００μｍ程度のソリが発生してしまう。

メッキ法で支持基板を作成する場合、サファイアよりもメッキ支持基板の機械強度が弱いこと、生産上の効率性からメッキ支持基板の膜厚（板厚）が１０μｍ〜２００μｍと限定されることから、先の膜応力に起因するソリがメッキ支持基板に発生するため、支持基板剥離後のソリの影響はさらに大きくなってしまう問題がある。
前記ＧａＮ膜による基板のソリの影響を軽減するためには、基板上に積層されたＧａＮ膜をあらかじめ分割してしまうことが有効である。例えば、基板上にＧａＮ膜を成膜した後、ＧａＮ膜上に複数の発光素子を作り込む場合、発光素子毎にＧａＮ膜を複数に分割しておけば、ＧａＮ膜が分割された部分で応力緩和が起き基板全体のソリを低減することができる。
一方、ＧａＮ膜を分割してからメッキ支持基板を作成する場合、支持基板全体のソリ低減には有効であるが、以下の２つの問題点が発生する。
（１）ｎ型半導体層が露出してしまうので、そのままメッキするとｎ型半導体層とｐ型半導体層がメッキ層により短絡してしまう。
（２）メッキ支持基板を形成するための単にメッキ処理を行ったのでは、露出したｐ型半導体層、発光層、ｎ型半導体層の側面にもメッキ支持基板形成用のメッキが入り込んでしまうために、これらの側面をめっき層が遮蔽することとなり、側面からの光取出しが出来なくなるので、発光素子から得られる光強度が低下する問題がある。

前記（１）の問題については、ｐ型半導体層、発光層、ｎ型半導体層の側面に保護膜を形成すれば解決することが可能であると考えられるが、前記（２）の問題については、ｐ型半導体層、発光層、ｎ型半導体層を合わせた部分の側面の深さが１〜１０μｍと深いことから容易に解決することが難しい問題がある。

本発明者等は上記問題を解決するために、鋭意努力検討した結果、少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層の発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子層が設けられてなることにより、製造時の成膜応力に起因するソリの影響が少なく、側面からの光取り出し効率も確保することができることを見出した。
更に本発明者らは、基板上に成膜処理して素子部を作り込み、その後に素子部分割と基板分離を行って得られる発光素子構造の場合、発光素子部間に光透過性の絶縁性無機微粒子部を充填し、しかる後に、必要に応じてメッキ支持基板を作成することにより、サファイア基板などとの基板剥離後もソリが少なく、側面からの光取り出し効率も両立させることが可能になることを見出した。即ち本発明は以下に関する。

（１）本発明の窒化物半導体発光素子は、少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を備えた発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部が設けられてなることを特徴とする。
（２）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記発光素子部上に金属膜層とメッキ金属板が積層されたものであることを特徴とする。
（３）本発明の窒化物半導体発光素子は、基板上に少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されてなる複数の発光素子部が構成され、かつ、前記各発光素子部が前記基板から素子分割して得られるものであって、前記基板上に形成された発光素子部間に絶縁性無機微粒子が充填され、前記発光素子部の前記基板からの分離後に前記発光素子部の周囲に残留された光透過性の絶縁性無機微粒子部を具備してなることを特徴とする。
（４）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記絶縁性無機微粒子がシリカゾル、チタニアゾルの少なくとも一方であることを特徴とする。

（５）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記絶縁性無機微粒子の粒子径が５ｎｍ〜３０μｍであることを特徴とする。
（６）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記金属膜層がオーミックコンタクト層を含むことを特徴とする。
（７）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記オーミックコンタクト層がＰｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、またはＡｇの単体金属およびそれらの合金で構成されることを特徴とする。
（８）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記金属膜層が反射層を含むことを特徴とする。
（９）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記反射層がＡｇ合金またＡｌ合金で構成されることを特徴とする。
（１０）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記金属膜層が密着層を含むことを特徴とする。

（１１）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記密着層がＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの単体金属および／またはそれらの合金で構成されることを特徴とする。
（１２）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記メッキ金属板の膜厚が１０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする。
（１３）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記メッキ金属板がＮｉＰ合金、Ｃｕ、またはＣｕ合金により形成されたことを特徴とする。
（１４）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記金属膜とメッキ金属板の間にメッキ金属板に接してメッキ密着層が形成されたこと特徴とする。
（１５）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記メッキ密着層が前記メッキ金属板の５０ｗｔ％以上を占める主成分と同一の組成を５０ｗｔ％以上有することを特徴とする。
（１６）本発明の窒化物半導体発光素子は、前記ｎ型半導体層に接続する負電極が形成され、前記メッキ基板に接続する正電極が形成されたことを特徴とする。

（１７）本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層の発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部が設けられてなる窒化物系半導体発光素子を製造するに際し、基板上に少なくともバッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を積層し、これらの積層体を基板上で素子分割して発光素子部を形成し、これらの素子分割後にこれらの発光素子部間に光透過性の絶縁性無機微粒子を充填し、その後に前記の如く分割した発光素子部上と前記の如く充填した絶縁性無機微粒子上に金属薄膜、メッキ金属板を積層するとともに、この後に前記基板とバッファ層を除去して前記ｎ型半導体層表面を露出させ、前記発光素子部単位で前記金属薄膜と前記メッキ板を分割することを特徴とする。
（１８）本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、前記基板をレーザにより除去することを特徴とする。
（１９）本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、前記メッキ金属板を形成後、１００℃〜３００℃で熱処理をすることを特徴とする。
（２０）本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、前記ｎ型半導体層表面を露出させた後、前記ｎ型半導体層に接続する負電極を形成するとともに、前記メッキ基板に接続する正電極を形成することを特徴とする。

以上述べたように本発明によれば、少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層の発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部が設けられてなる構造を採用することにより、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層からなる発光素子部の側面側での短絡を防止しながら、発光素子部側面側から出力される光を絶縁性無機微粒子部が通過させるので、側面側からの光取り出し効率も良好にすることができる。
本発明によれば、基板上に形成した発光素子部間に光透過性の絶縁性無機微粒子を充填し、しかる後に、メッキ支持基板を作成することにより、サファイア基板などの基板から剥離した後もソリが少なく、側面からの光取り出し効率も両立させることが可能になる。これにより、信頼性が高く、出力の高い窒化物系半導体発光素子を提供することが可能になる。
本発明において絶縁性無機微粒子あるいは絶縁性無機微粒子部としての光透過性とは、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲で光の透過性を有することを意味する。窒化物半導体発光素子として光取り出し性を良好にするためには、絶縁性無機微粒子あるいは絶縁性無機微粒子部として光透過性を８０％以上とすることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照にして説明する。ただし、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
図１は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の一例の断面模式図を示すもので、この例の窒化物半導体発光素子Ａは、ｎ型半導体層１、発光層２、ｐ型半導体層３からなる発光素子部５を備え、該発光素子部５の側面全部を光透過性の絶縁性無機微粒子部６にて覆い、前記ｐ型半導体層３上にオーミックコンタクト層７と反射層８からなる金属膜層４とを形成し、更にこれらの上面とその周囲に位置するｐ型半導体層３の上面、並びに、絶縁性無機微粒子部６の上面を順次覆うように密着層９とメッキ密着層１０とメッキ基板１１とを積層することで構成されている。
なお、前記発光素子部５の平面形状は４角型、丸形あるいはその他の形状で差し支えないが、無機微粒子部６はその側面全部を覆っていることが好ましい。しかし、本願発明において無機微粒子部６が発光素子部５の側面全部を完全に覆っていることを要するものではない。
また、図１に示す窒化物半導体発光素子Ａにおいては、ｎ型半導体層１の下面側に負極１２が形成され、メッキ基板１１の上面側に正極１３が形成された上下電極構造とされている。

図１に示す構造の窒化物半導体発光素子Ａを製造するには、例えば、図２に示す如く基板２１上に複数の窒化物半導体発光素子Ａとなり得る窒化物半導体部分を整列形成し、これらを素子分離するとともに個々に基板２１から分離することで製造することができる。なお、図２においては、図面を見やすくするために、同時に製造される複数の窒化物系半導体発光素子のうち、２つの窒化物系半導体発光素子のみを示しているが、基板２１上には更に多くの数の窒化物系半導体発光素子が形成されていても良い。

例えば、基板２１上に図２に示す如くバッファ層２２を形成する。
ここで用いる基板２１にはサファイア単結晶（Ａｌ_２Ｏ_３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＡｇＡｌ_２Ｏ_４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ_２単結晶、ＬｉＧａＯ_２単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶などの公知の基板材料を何ら制限無く用いることができる。
また、ＳｉＣなどの導電性基板を用いれば、正極と負極を上下に配置させた窒化物半導体発光素子Ａの作成は基板剥離をしなくとも可能であるが、その場合、絶縁体であるバッファ層を使用することができなくなるので、その上に成長する窒化物系半導体層（ｎ型半導体層１、発光層２、ｐ型半導体層３）の結晶が劣化してしまい良好な発光素子を形成することができない。本発明においては、導電性のＳｉＣ、Ｓｉを用いた場合でも基板剥離を実施することが好ましい。
前記バッファ層２２は、例えばサファイア単結晶の基板２１とＧａＮの格子定数が１０％以上も異なるために、その中間の格子定数を有するＡｌＮやＡｌＧａＮなどがＧａＮの結晶性を向上させるために一般的に使用されており、本発明においてもＡｌＮやＡｌＧａＮを何ら制限なく適用できる。

次に、窒化物系半導体（発光素子部５）の基になる層として、先のバッファ層２２上にｎ型半導体層２３、発光層２４、ｐ型半導体層２５を順次積層する。
本実施の形態において窒化物系半導体（発光素子部５）は、先に説明したｎ型半導体層１、発光層２、ｐ型半導体層３からなるヘテロ接合構造で構成される。窒化物系半導体層としては一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）で表される半導体が多数知られており、本発明においても一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）で表される窒化物系半導体が何ら制限なく用いられる。

これらの窒化物系半導体の基になる各層の成長方法は特に限定されず、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＰＶＥ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、などIII族窒化物系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）または窒素（Ｎ_２）、III族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてはアンモニア（ＮＨ_３）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）またはジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ_４）を用い、ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）_２Ｍｇ）を用いる。

ｎ型半導体層２３、発光層２４、ｐ型半導体層２５を順次積層したならば、この後に素子分離するべき境界に沿ってドライエッチング手段等により分離溝２６を形成し、基板上において平面視矩形状などのｎ型半導体層１、発光層２、ｐ型半導体層３が積層された個々の発光素子部２７に素子分離する。
窒化物系半導体（発光素子部５）をサファイアの基板２１上で分割する方法としては、エッチング法、レーザカッティング法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。レーザリフトオフ法を用いる場合、窒化物系半導体が分割されるが、サファイア基板にはダメージが与えられないようにすることが良好な基板剥離をするためには好ましい。従って、エッチング法で分割する場合、窒化物系半導体に対してはエッチングレートが早く、サファイア基板に対してはエッチングレートが遅い手法を用いることが好ましい。レーザで分割する場合はＧａＮとサファイアに対する吸収波長の違いから、３００−４００ｎｍの波長を持ったレーザを用いることが好ましい。

発光素子部５を基板２１上において素子分割する場合、これらの側面側に形成する分割溝２６の幅を１〜３０μｍ程度、深さを１〜１０μｍ程度とする。この分割溝２６を埋める手段としては、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着などによる成膜手法では、成膜レートが遅く、実用的な大量生産手段として用いることは困難である。このような厚膜を形成するためには、先に説明した如く絶縁性無機微粒子２８を充填する方法が適している。

次いで露出した分離溝２７にシリカゾルあるいはチタニアゾル等の絶縁性無機微粒子２８を充填して絶縁性無機微粒子部２９を形成する。
絶縁性無機微粒子２８としては、シリカゾルやチタニアゾルなどの透光性を有している絶縁体無機微粒子であれば公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。
絶縁性無機微粒子２８の粒径としては、５ｎｍ〜３０μｍが好ましい。絶縁性無機微粒子部２８の粒径が５ｎｍ未満であると、絶縁性無機微粒子２８の凝集が進んでしまい安定した微粒子を得ることが出来ない。絶縁性無機微粒子２８の粒径が３０μｍを超えると素子側面の溝幅を超えてしまうので充填することができない。溝への適切な充填を考えると１０ｎｍ〜２μｍの範囲がさらに好ましい。

前記絶縁性無機微粒子部２８の透光性は、波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲の光で透過率８０％以上であることが好ましい。しかし、この透過率は窒化物半導体発光素子としての発光性能を望ましくするための好ましい範囲であって、光の透過率についてこの範囲に制限されるものではない。

絶縁性無機微粒子２８の分離溝２６への充填後、１００℃〜５００℃でベークすることが、密着性の向上や塗布溶液中に含まれる水分や有機成分の除去のために好ましい。
絶縁性無機微粒子２８を分離溝２６に充填させる方法としては、水溶液中に絶縁性無機微粒子を分散させて、その水溶液を、スピンコート法、スプレー法、ディップコート法など、公知の方法で塗布することが好ましい。さらに、生産性の観点からスピンコート法を用いることが好ましい。

次いで前記ｐ型半導体３上にオーミックコンタクト層７を形成する。オーミックコンタクト層７上には光の反射性を向上させるために反射層８を設けるが、この反射層８は略しても良い。
前記オーミックコンタクト層７に要求される性能としては、ｐ型半導体層３との接触抵抗が小さいことが必須である。オーミックコンタクト層７の材料はｐ型半導体層３との接触抵抗の観点から、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ等の白金族またはＡｇが好ましい。さらに好ましくはＰｔ，Ｉｒ，ＲｈおよびＲｕである。Ｐｔが特に好ましい。Ａｇを用いることは良好な反射を得るためには好ましいが、接触抵抗はＰｔよりも低い。したがって、接触抵抗がそれほど要求されない用途にはＡｇを用いることも可能である。
オーミックコンタクト層７の厚さは、低接触抵抗を安定して得るために０.１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、この厚さ範囲を満たすことで均一な接触抵抗が得られる。

オーミックコンタクト層７上には、Ａｇ合金などの反射層８を形成することが好ましい。Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，ＯＳ，ＰｄなどはＡｇ合金と比較すると可視光から紫外領域の反射率が低い。したがって、発光層からの光が十分に反射せずに出力の高い素子を得ることが難しい。この場合、オーミックコンタクト層７を光が十分に透過するほどに薄く形成し、Ａｇ合金などの反射層を形成して反射光を得る方が、良好なオーミック接触が得られ、かつ出力の高い素子を作成することができる。この場合、オーミックコンタクト層７の膜厚は３０ｎｍ以下とすることが好ましい。さらにオーミックコンタクト層７の膜厚として好ましくは１０ｎｍ以下である。
オーミックコンタクト層７および反射層８の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。

次いでメッキ処理を施す。ただし、メッキ処理を施す前に、絶縁性無機微粒子部２９上やｐ型半導体層３上との密着性を向上させるために密着層９とメッキ密着層１０を設け、これらの形成後にメッキ処理によりメッキ基板３１を形成する。これらの密着層９とメッキ密着層１０は形成した方が好ましいが、これらの形成を略しても良い。
ここで形成する密着層９にはＧａＮと密着性の良い金属を用いることができる。密着層９の材料としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの単体金属及び／またはそれらを組み合わせた合金を用いることができる。
更に、メッキ基板３１との密着性を向上させるためにメッキ密着層１０を形成しても良い。メッキ密着層１０の材料は、使用するメッキによって異なってくるが、メッキ成分に主に含まれる物質を含んでいたほうが密着性を向上させる。例えば、ＮｉＰメッキを用いる場合、メッキ密着層１０にはＮｉ系合金を用いることが好ましい。さらに好ましくはＮｉＰを用いることである。
Ｃｕメッキを用いる場合は、メッキ密着層１０にはＣｕ系合金を用いることが好ましい。さらに好ましくは、Ｃｕを用いることである。
密着層９、メッキ密着層１０の厚さは良好な密着性を得るために０.１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な密着性が得られる。厚さの上限は特に限定されないが、生産性の観点から２μｍ以下にすることが好ましい。

密着層９、メッキ密着層１０の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。スパッタ法はスパッタ粒子が高エネルギーを持って基板表面に衝突して成膜されるので、密着性の高い膜を得ることができる。したがって、スパッタ法を用いる方がさらに好ましい。

次に、前記メッキ密着層１０を形成したならば、メッキ処理によりメッキ基板３１を形成する。
メッキ処理を実施する前には、汎用の中性洗剤等を用いて脱脂洗浄することが好ましい。また、硝酸などの酸を用いてメッキ密着層などの表面を化学エッチングを施すことによりメッキ密着層上の自然酸化膜を除去するのが好ましい。
メッキ処理には無電解メッキ、電解メッキどちらを用いることができる。無電解メッキの場合、材料としてはＮｉＰ合金メッキを用いることが好ましい。電解メッキの場合は、材料としてＣｕまたはＣｕ合金を用いることが好ましい。
メッキ基板３１の厚さは、基板としての強度を保つために１０μｍ以上とすることが好ましい。厚くなるとメッキの剥離が起こりやすくなり、かつ生産性も低くなるので２００μｍ以下であることが好ましい。

ＮｉＰ合金メッキなどのメッキ処理方法において、メッキ浴として、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケルなどのニッケル源と、次亜リン酸塩などのリン源を含むものを用いた無電解メッキ処理法を採用することができる。無電解メッキ法に用いられるメッキ浴として好適な市販品としては、上村工業製のニムデンＨＤＸなどがある。無電解メッキ処理を行う際のメッキ浴のｐＨは４〜１０、温度は３０〜９５℃とすることが好ましい。
ＣｕまたはＣｕ合金のメッキ処理方法としては、メッキ浴として、例えば硫酸銅などのＣｕ源を用いる電解メッキ処理法を採用することができる。
電気メッキ処理を行う際のメッキ浴のｐＨは２以下の強酸条件下で実施することが好ましい。温度は１０〜５０℃とすることが好ましく、さらには常温（２５℃）で実施することがさらに好ましい。電流密度は０.５〜１０Ａ／ｄｍ^２で実施することが好ましい。さらに好ましく電流密度は２〜４Ａ／ｄｍ^２で実施することである。生成するメッキ基板の表面を平滑化させるためにレベリング剤を添加することがより好ましい。レベリング剤に用いられる市販品としては、例えば上村工業製のＥＴＮ−１−ＡやＥＴＮ−１−Ｂなどを適宜用いることができる。

このようにして得られたメッキ基板３１の密着性を向上させるために熱処理することが好ましい。熱処理温度は１００〜３００℃が密着性向上のために好ましい。これ以上温度を上げると密着性はさらに向上するかもしれないが、オーミックコンタクト性が低下してしまう危険性がある。

前述のメッキ基板３１の形成後、基板２１の剥離を実施し、さらにバッファ層２２を除去する。その後、正電極１３、負電極１２を形成し、最終的にはメッキ基板３１を素子毎に分割することにより図１に示す断面構造の窒化物半導体発光素子Ａを製造することができる。
メッキ基板３１の形成後に基板２１の剥離を実施する場合、基板剥離の方法としては、研磨法、エッチング法、レーザリフトオフ法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。

基板２１を剥離した後、研磨法、エッチング法などによりバッファ層２２を除去しｎ型半導体層を露出させる。ここでｎ型半導体層３上に負極１２を形成する。負極としては、各種組成および構造の負極が公知であり、これら公知の負極を何ら限なく用いることが出来る。
正極はＡｕ，Ａｌ，ＮｉおよびＣｕ等の材料を用いた各種構造が公知であり、これら公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。
メッキ基板３１の分離についても先の素子分離あるいは基板２１の剥離の場合と同様の手法を適用することができる。ここでメッキ基板３１を分割して窒化物系半導体発光素子Ａをメッキ基板３１から素子単位で分離する際、絶縁性無機微粒子２８を充填した部分は他の積層膜の部分に比べて切削やエッチング、レーザ切断による分離が容易であるので、メッキ基板３１の分割も容易となる。

以上説明した工程を実施することにより、図１に示す断面構造の窒化物系半導体発光素子Ａを製造することができるが、この窒化物系半導体発光素子Ａにあっては、発光素子部５の周囲に光透過率の高い無機微粒子部６を設けているので、発光素子部５の周囲に向けて放射された光を遮ることなく出力光として利用できるので、光出力の高い窒化物系半導体発光素子Ａとすることができる。また、特に無機微粒子部６が波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲の光の透過率８０％以上であるならば、可視光として認識できる波長範囲において短波長側の青色発光領域とその周辺波長域の光を減衰することなく発光できる。

以下、実施例を示して本発明の作用効果を明確にする。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１は本実施例で作成した窒化物系半導体の断面を示した模式図である。この図に示す断面構造の窒化物半導体発光素子を以下の実施例にて製造した。
サファイアからなる基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層（厚さ１０ｎｍ）を介して、厚さ５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層と、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｉｎ０.１Ｇａ０.９Ｎクラッド層と、厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２.５ｎｍのＩｎ０.２Ｇａ０.８Ｎの井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重井戸構造の発光層と、厚さ５０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０.０７Ｇａ０.９３Ｎのクラッド層、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層を順に積層して窒化物半導体の積層膜を形成した。

次いで、ドライエッチングによりバッファ層に至るまで窒化物系半導体の積層膜を掘り図２に部分的に示すように各発光素子部に素子分割した。（なお、図２においては素子分割後の溝埋めや他の膜の積層がなされた後の状態を示すので、図２においてｎ型半導体層（本例ではｎ型ＧａＮコンタクト層）１、発光層２、ｐ型半導体層（本例ではｐ型ＧａＮコンタクト層）３の両側に形成されている溝が素子分割溝に相当する。）
次に、分割した素子間の溝をシリカゾルを用いて溝埋めを実施した。シリカゾルには日産化学社製のシリカゾルＭＰ−２０４０（ＳｉＯ_２ ４０％、平均粒子径２００ｎｍ、水溶液）を用いて。塗布後３００℃で３０分間ベークした。
窒化物系半導体のｐ型コンタクト層上に厚さ１.５ｎｍのＰｔ層をオーミックコンタクト層として図２に示すようにスパッタ法により成膜した。その上に反射層としてＡｇを厚さ２０ｎｍになるようにスパッタ法により成膜した。シリカゾル、Ｐｔ、Ａｇのパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。

その後、密着層としてＣｒを厚さ２０ｎｍになるようにスパッタ法により成膜し、その上にメッキ密着層としてＮｉＰ合金（Ｎｉ：８０ａｔ％、Ｐ：２０ａｔ％）を３０ｎｍの厚さになるようにスパッタ法により成膜した。
次いでこのＮｉＰ合金膜表面を硝酸水溶液（５Ｎ）に浸漬し、温度２５℃、時間３０秒処理し酸化皮膜を除去した。
次いで、メッキ浴（上村工業製、ニムデンＨＤＸ−７Ｇ）を用いて、ＮｉＰ合金膜上に厚さ５０μｍのＮｉＰ合金からなる無電解メッキを形成し、メッキ金属基板を得た。この際の、処理条件はｐＨ４.６、温度９０℃、時間３時間とした。
次いで、このメッキ金属基板を水洗、乾燥した後、クリーンオーブンを用いて２５０℃の条件下で１時間処理した。
次いで、サファイア基板およびバッファー層をレーザリフトオフ法により剥離しｎ型半導体層を露出させた。

前述のｎ型半導体層表面にＩＴＯ（ＳｎＯ_２：１０ｗｔ％）を厚さ４００ｎｍになるように蒸着により成膜した。次いで、ＩＴＯ表面上の中央部にＣｒ（４０ｎｍ）、Ｔｉ（１００ｎｍ）、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる負極を蒸着法により成膜した。負電極のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
ｐ型半導体表面上にはＡｕ（１０００ｎｍ）からなる正極を蒸着法により成膜した。

次いで、得られたメッキ金属基板上の各積層物をダイシングにより分割し３５０μｍ角の窒化物系半導体素子とした。
得られた窒化物半導体発光素子については、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって印加電流２０ｍＡにおける、発光出力を測定した。
その結果、発光出力は１８ｍＷであった。

（実施例２）
メッキ密着層としてＮｉＰ合金膜の代わりにＣｕをスパッタ法より３０ｎｍ成膜し、かつ、メッキとしてはＮｉＰ合金膜の代わりにＣｕを電解メッキで５０μｍ成膜した以外は実施例１と同様の処理を施した。
Ｃｕのメッキ条件としては、ＣｕＳＯ４：８０ｇ／Ｌ、硫酸：２００ｇ／Ｌ、レベリング剤（上村工業製ＥＴＮ−１−Ａ：１.０ｍＬ／Ｌ，ＥＴＮ−１−Ｂ：１−ｍＬ／Ｌ）を使用し、電流密度２.５Ａ／ｄｍ２で常温にてメッキを実施した。メッキ時間は３時間とし５０μｍのＣｕ膜を成膜した。また陽極には含リン酸銅を使用した。
得られた素子については、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって印加電流２０ｍＡにおける、発光出力を測定した。発光出力は１８ｍＷであった。

（比較例１）
前述の実施例１の製造工程において、溝埋めのためにシリカゾルを用いず、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層側面をＳｉＯ_２膜を用いて厚さ１００ｎｍになるように成膜し保護した。ＳｉＯ_２の成膜方法にはＣＶＤを用いた。それ以外は実施例１と同様に処理を実施した。
得られた窒化物半導体発光素子については、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって印加電流２０ｍＡにおける、発光出力を測定した。
その結果、発光出力は１２ｍＷであった。
比較例１の窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層側面にメッキが入り込んでしまっているために側面側からの光取り出しが出来ない。このため出力が１２ｍＷと低くなっている。
一方、実施例１の窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層側面に透光性のシリカゾル絶縁体を用いているために側面からの光取り出しが可能なり、発光出力が１８ｍＷとなり、高い出力が得られた。
また、メッキ金属基板にＣｕを用いた実施例２についても同様に１８ｍＷと高い出力が得られた。

本発明によって提供され窒化物系半導体素子は、優れた特性と安定性を有し、発光ダイオードおよびランプ等の材料として有用である。

図１は本発明に係る窒化物半導体発光素子の実施形態を示す断面図。 図２は同実施形態の窒化物半導体発光素子を製造する途中において基板上に複数の素子を作り込んだ状態を示す断面図である。

符号の説明

Ａ 窒化物半導体発光素子
１ ｎ型半導体層
２ 発光層
３ ｐ型半導体層
４ 金属膜層
５ 発光素子部
６ 絶縁性無機微粒子部
７ オーミックコンタクト層
８ 反射層
９ 密着層
１０ メッキ密着層
１１ メッキ基板
１２ 負極
１３ 正極

Claims (20)

1. 少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を備えた発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部が設けられてなることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
2. 前記発光素子部上に金属膜層とメッキ金属板が積層されてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
3. 基板上に少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されてなる複数の発光素子部が構成され、かつ、前記各発光素子部が前記基板から素子分割して得られるものであって、前記基板上に形成された発光素子部間に絶縁性無機微粒子が充填され、前記発光素子部の前記基板からの分離後に前記発光素子部の周囲に残留された光透過性の絶縁性無機微粒子部を具備してなることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
4. 前記絶縁性無機微粒子がシリカゾル、チタニアゾルの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
5. 前記絶縁性無機微粒子の粒子径が５ｎｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
6. 前記金属膜層がオーミックコンタクト層を含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
7. 前記オーミックコンタクト層がＰｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、またはＡｇの単体金属およびそれらの合金で構成されることを特徴とする請求項６に記載の窒化物系半導体発光素子。
8. 前記金属膜層が反射層を含むことを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
9. 前記反射層がＡｇ合金またＡｌ合金で構成されることを特徴とする請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子。
10. 前記金属膜層が密着層を含むことを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
11. 前記密着層がＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの単体金属および／またはそれらの合金で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物系半導体発光素子。
12. 前記メッキ金属板の膜厚が１０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項２〜１１のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
13. 前記メッキ金属板がＮｉＰ合金、Ｃｕ、またはＣｕ合金により形成されたことを特徴とする請求項２〜１２のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
14. 前記金属膜層とメッキ金属板の間にメッキ金属板に接してメッキ密着層が形成されたこと特徴とする請求項２〜１３のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
15. 前記メッキ密着層が前記メッキ金属板の５０ｗｔ％以上を占める主成分と同一の組成を５０ｗｔ％以上有することを特徴とする請求項１４に記載の窒化物系半導体発光素子。
16. 前記ｎ型半導体層に接続する負電極が形成され、前記メッキ基板に接続する正電極が形成されたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子。
17. 少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて発光素子部が構成され、前記ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層の発光素子部の周囲に光透過性の絶縁性無機微粒子部が設けられてなる窒化物系半導体発光素子を製造するに際し、
    基板上に少なくともバッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を積層し、これらの積層体を基板上で素子分割して発光素子部を形成し、これらの素子分割後にこれらの発光素子部間に光透過性の絶縁性無機微粒子を充填し、その後に前記の如く分割した発光素子部上と前記の如く充填した絶縁性無機微粒子上に金属薄膜、メッキ金属板を積層するとともに、
    この後に前記基板とバッファ層を除去して前記ｎ型半導体層表面を露出させ、前記発光素子部単位で前記金属薄膜と前記メッキ板を分割することを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
18. 前記基板をレーザにより除去することを特徴とする請求項１７に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
19. 前記メッキ金属板を形成後、１００℃〜３００℃で熱処理することを特徴とする請求項１７〜１８のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
20. 前記ｎ型半導体層表面を露出させた後、前記ｎ型半導体層に接続する負電極を形成するとともに、前記メッキ基板に接続する正電極を形成することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
    
    
    

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