CN100485978C - 氮化物系半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可提高光取出效率的氮化物系半导体发光元件。该氮化物系半导体发光元件包括：在导电性基板表面上形成的第一氮化物系半导体层；在第一氮化物系半导体层上形成的活性层；在活性层上形成的第二氮化物系半导体层；和，在第二氮化物系半导体层上形成、载流子浓度比第二氮化物系半导体层的载流子浓度低的光透过层。

Description

氮化物系半导体发光元件
技术领域
本发明涉及氮化物系半导体发光元件，特别是涉及具有氮化物系半导体层的氮化物系半导体发光元件。
背景技术
近年来，氮化物系半导体发光二极管元件等氮化物系半导体发光元件的开发在积极地进行。特别是最近，为了利用氮化物系半导体发光二极管元件作为照明器具的光源，进行了提高元件的光输出特性和施加电流的大电流化的开发。当形成这种氮化物系半导体发光二极元件时，由于GaN等氮化物系半导体基板价格高，所以在比氮化物系半导体基板价格低的蓝宝石基板上，使氮化物系半导体层成长。
图48是表示现有的氮化物系半导体发光二极管元件的结构的剖面图。从图48可看出，在现有的氮化物系半导体发光二极管元件中，在绝缘性的蓝宝石基板151上依次形成缓冲层152、基底层153、n型接触层154、n型包敷层155和活性层156。在活性层156上依次形成盖层157、p型包敷层158和p型接触层159。氮化物系半导体元件层150由上述的n型接触层154、n型包敷层155、活性层156、盖层157、p型包敷层158和p型接触层159构成。
另外，氮化物系半导体元件层150，从p型接触层159的上面至n型接触层154的中间的深度的规定区域被除去，以便露出n型接触层154。而且，在p型接触层159上形成p侧电极160，同时，在n型接触层154的露出表面上的规定区域上形成n侧电极161。
如上所述，在图48所示的现有的氮化物系半导体发光二极管元件中，从与蓝宝石基板151相反一侧的氮化物系半导体元件层150的表面，取出p侧电极160和n侧电极161。由于这样，为了增大发光面积，提高光输出特性，需要从不形成p侧电极160和n侧电极161的蓝宝石基板151一侧输出光。因此，在图48所示的现有的氮化物系半导体发光二极管元件中，采用从p侧电极160和n侧电极161一侧安装在基台(图中没有示出)上的倒装片方式。
然而，在图48所示的现有的氮化物系半导体发光二极管元件中，在p型接触层159上形成的p侧电极160和在n型接触层154的露出表面上形成的n侧电极161之间有台阶。由于这样，在利用倒装片方式装配图48所示的现有的氮化物系半导体发光二极管元件时，在基台上设置与p侧电极160和n侧电极161的台阶对应的台阶部，同时必需进行精密的位置控制，使该台阶部与p侧电极160和n侧电极161的位置一致。因此，制造的合格率低。
目前还提出了在蓝宝石基板上使氮化物系半导体元件层成长后、使由GaAs等构成的具有解离性的导电性基板与氮化物系半导体元件层接合、同时除去了蓝宝石基板的氮化物系半导体发光二极管元件。这种元件例如在特开平9-8403号公报中已公开。在上述特开平9-8403号公报中，由于使用导电性基板，所以可以隔着氮化物系半导体元件层相对向地配置p侧电极和n侧电极。因此，由于不需要如使用绝缘性的蓝宝石基板的情况那样以必需精密地进行位置控制的倒装片方式装配，所以可提高制造合格率。
在上述特开平9-8403号公报所公开的氮化物系半导体发光二极管元件中，在导电性基板上接合的氮化物系半导体元件层，从导电性基板一侧开始，按照p型氮化物半导体层、活性层和n型氮化物系半导体层的顺序来形成，同时，具有光从n型氮化物系半导体层表面射出的结构。在此，由于通过将n型杂质掺杂在n型氮化物系半导体层中形成杂质能级，在n层氮化物系半导体层中，产生由杂质能级引起的光吸收。其结果是，在n型氮化物系半导体层中，由于由n型氮化物系半导体层的表面全反射的光容易被吸收，所以存在着光取出效率降低的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的一个目的在于提供一种可提高光取出效率的氮化物系半导体发光元件。
为了达到上述目的，本发明的第一方面的氮化物系半导体发光元件，包括：在导电性基板的表面上形成的第一导电型的第一氮化物系半导体层；由在上述第一氮化物系半导体层上形成的氮化物系半导体层构成的活性层；在活性层上形成的第二导电型的第二氮化物系半导体层；和，在第二氮化物系半导体层上形成且由载流子浓度比上述第二氮化物系半导体层的载流子浓度低的氮化物系半导体层构成的光透过层。
如上所述，在该第一方面的氮化物系半导体发光元件中，通过使由氮化物系半导体层构成的光透过层的载流子浓度比第二氮化物系半导体层的载流子浓度低，则在光透过层，与第二氮化物系半导体层相比，难以形成杂质能级。这样，与第二氮化物系半导体层相比，可以抑制光透过层中的起因于杂质能级的光吸收。因此，与第二氮化物系半导体层相比，由光射出面(光透过层的表面)全反射的光，可通过光吸收少的光透过层。由于这样，与在光射出面进行了全反射的光只通过容易产生由杂质能级引起的光吸收的第二氮化物系半导体层的情况相比，可以减少光被吸收的概率。其结果是，由于可以抑制在光射出面进行了全反射的光被吸收这种情形，因此可提高光取出效率。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，上述第一导电型的第一氮化物系半导体层为p型氮化物系半导体层，上述第二导电型的第二氮化物系半导体层为n型氮化物系半导体层。采用这种结构，在从n型氮化物系半导体层一侧射出光的氮化物半导体发光元件中，可以提高光的取出效率。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，光透过层可以包含不掺杂的氮化物系半导体层。采用这种结构，由于在光透过层不形成由掺杂杂质引起的杂质能级，因此更可以抑制由杂质能级引起的在光透过层中的光吸收。本发明的“不掺杂”是指有意地不掺杂杂质。因此，不仅是完全不掺杂杂质的情况，而且无意中混入少量杂质的情况也相当于本发明的“不掺杂”。
在上述第一方面氮化物系半导体发光元件中，光透过层可以包含掺杂了第二导电型杂质的第二导电型的氮化物系半导体层。采用这种结构，由于光透过层的载流子浓度比第二氮化物系半导体层的载流子浓度低，所以，在掺杂了第二导电型杂质的第二导电型的光透过层中，与第二氮化物系半导体层相比，可以抑制由杂质能级引起的光吸收。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，光透过层包含至少含有Al的氮化物系半导体层。这种氮化物系半导体层，由于具有比由GaN或InGaN等构成的氮化物系半导体层的光带间隙大的光带间隙，因此吸收端比由GaN或InGaN等构成的氮化物系半导体层小。由于这样，含有Al的氮化物体半导体层，与由GaN或InGaN等构成的氮化物系半导体层相比，光不能通过的波长变短。因此，通过构成光透过层、使它包含至少含有Al的氮化物系半导体层，则可以扩大在光透过层中不产生光吸收的光的波长范围。这样，可以容易扩大氮化物系半导体发光元件的发光波长的设定范围。
在这种情况下，优选为，光透过层包含由AlGaN构成的氮化物系半导体层。采用这种结构，可以容易地扩大在光透过层中不产生光吸收的光的波长范围。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，光透过层具有凹凸形状的表面。采用这种结构，在光射出面(光透过层的表面)，可以抑制光的全反射，因此可以更加提高光取出效率。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，它还具有在上述光透过层上形成且具有凹凸形状的表面、同时由氮化物系半导体以外的材料构成的层。采用这种结构，在光射出面(由氮化物系半导体以外的材料构成的层的表面)，可以抑制光全反射这种情形，因此，可以更加提高光取出效率。
在这种情况下，优选为，由氮化物系半导体以外的材料构成的层包含绝缘膜。采用这种结构，在绝缘膜表面(光射出面)，可以抑制光全反射这种情形，因此，容易更加提高光取出效率。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，光透过层由与第二氮化物系半导体层实质上相同的材料构成。采用这种结构，由于可使光透过层和第二氮化物系半导体层的折射率实质上相同，因此在光透过层和第二氮化物系半导体层的界面，可以抑制由折射率不同引起的光反射。这样，可以更加提高光取出效率。
在上述光透过层和第二氮化物系半导体层实质上由相同材料构成的结构中，光透过层和第二氮化物半导体层也可由GaN层构成。采用这种结构，在光透过层(GaN层)和第二氮化物系半导体层(GaN层)的界面，容易抑制由折射率不同引起的光的反射。
在上述光透过层和第二氮化物系半导体层实质上由相同材料构成的结构中，光透过层和第二氮化物系半导体层也可由AlGaN层构成。采用这种结构，在光透过层(AlGaN层)和第二氮化物系半导体层(AlGaN层)的界面，容易抑制由折射率不同引起的光的反射。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，第一氮化物系半导体层，隔着第一电极层在上述导电性基板的表面上形成，第一电极层具有作为反射膜的功能。采用这种结构，由于第一电极层(反射膜)可使向着导电性基板一侧前进的光反射至光射出面一侧，因此可以更加提高光取出效率。
在这种情况下，优选为，第一电极层的第一氮化物系半导体层一侧的表面形成为凹凸形状。采用这种结构，由于入射至第一电极层(反射膜)和第一氮化物系半导体层的界面上的光容易反射，因此可增加从与第一电极层相反一侧的光射出面射出的光的射出量。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，光透过层在第二氮化物系半导体层上的一部分区域上形成，还具有与第二氮化物系半导体层表面的不形成上述光透过层的区域接触地形成的第二电极层。采用这种结构，由于第二电极层与载流子浓度高的第二氮化物系半导体层的表面接触地形成，所以即使在第二氮化物系半导体层上形成载流子浓度低的光透过层或不掺杂的光透过层的情况下，第二电极层的接触电阻也不会增大。
在还具有上述第二电极层的结构中，优选为，光透过层具有开口部，在开口部内形成第二电极层，与第二氮化物系半导体层的表面接触。采用这种结构，可容易使第二电极层与第二氮化物系半导体层的表面接触。
在还具有上述第二电极层的结构中，优选为，还具有由在光透过层上形成的氮化物系半导体以外的材料构成的层，由氮化物系半导体以外的材料构成的层和光透过层具有开口部，在开口部内形成第二电极层，与第二氮化物系半导体层的表面接触。采用这种结构，在光透过层上形成由氮化物系半导体以外的材料构成的层的情况下，可容易使第二电极层与第二氮化物系半导体层的表面接触。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，还具有覆盖第一氮化物系半导体层、活性层、第二氮化物系半导体层和光透过层的侧面的保护膜。采用这种结构，可以容易地利用保护膜保护第一氮化物系半导体层、活性层、第二氮化物系半导体层和光透过层。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，光透过层具有相对于光射出面的法线倾斜规定角度的侧面。采用这种结构，即使光在光射出面进行了全反射，也可以通过该全反射的光入射至相对于光射出面的法线倾斜的光透过层的侧面，改变光的路径，使光相对于光射出面的入射角比临界角小。其结果是，由于在光射出面进行了全反射的光也可以射出，因此，可以提高光取出效率。
在上述第一方面的氮化物系半导体发光元件中，优选为，在活性层中生成的光，通过光透过层射出。采用这种结构，由于与光只通过容易产生因杂质能级引起的光吸收的第二氮化物系半导体层的情况相比，可以减小光被吸收的概率，因此可容易抑制在光射出面进行了全反射的光被吸收这种情形。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件(氮化物系半导体发光元件)的结构的剖面图。
图2～图7是用于说明图1所示的第一实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程的剖面图。
图8是表示本发明的第二实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的结构的剖面图。
图9～图13是用于说明图8所示的第二实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程的剖面图。
图14是表示本发明的第三实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的结构的剖面图。
图15～图21是用于说明图14所示的第三实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程的剖面图。
图22是表示本发明的第四实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的结构的剖面图。
图23～图30是用于说明图22所示的第四实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程的剖面图。
图31是表示本发明的第五实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的结构的剖面图。
图32～图39是用于说明图31所示的第五实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程的剖面图。
图40是表示本发明的第六实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的结构的剖面图。
图41是用于说明图40所示的第六实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程的平面图。
图42是沿着图41的200-200线的剖面图。
图43～图47是用于说明图40所示的第六实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程的剖面图。
图48是表示现有的氮化物系半导体发光二极管元件的结构的剖面图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
首先，参照图1，说明第一实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的结构。
如图1所示，在第一实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件中，将从导电性基板1一侧开始顺序形成厚度约为100nm的Au层和厚度约为300nm的Pd层的p侧电极2，与厚度约为50μm～约为2mm的导电性基板1接合。p侧电极2是本发明的“第一电极层”的一个例子。该p侧电极2可作为反射膜起作用。在p侧电极2上形成厚度约为1nm～约为1μm的由掺杂Mg的GaN、AlGaN或InGaN构成的p型接触层3。在p型接触层3上形成厚度约为1nm～约为1μm的由掺杂Mg的AlGaN构成的p型包敷层4。在p型接触层4上形成厚度约为10～约为40nm的由掺杂或不掺杂Mg的GaN或AlGaN构成的盖层5。p型接触层3、p型包敷层4和盖层5是本发明的“第一氮化物系半导体层”的一个例子。
在此，导电性基板1由半导体、金属、导电性树脂薄膜或金属和金属氧化物的复合材料制成。作为在导电性基板1中使用的半导体来说，包括具有解离性的Si、SiC、GaAs和ZnO等。另外，作为在导电性基板1中使用的金属来说，有Al、Fe-Ni和Cu-W等。作为在导电性基板1中使用的导电性树脂薄膜来说，有金属等导电性微粒子分散了的树脂薄膜等。另外，作为在导电性基板1中使用的金属和金属氧化物的复合材料来说，有Cu-CuO等。
在盖层5上形成活性层6，该活性层6包括由厚度约为3nm的InGaN构成的阱层和由厚度约为10nm的InGaN或GaN构成的障壁层。该活性层6具有包含多个阱层和多个障壁层的多重量子阱(MQW)结构、或者包含一个阱层和一个障壁层的单一量子阱(SQW)结构。
在活性层6上形成厚度约为1nm～约为1μm的由掺杂Si或Ge的AlGaN(Al组成比≤50％)构成的n型包敷层7。在n型包敷层7上形成厚度约为10nm～约为5μm的由掺杂Si或Ge的GaN或AlGaN构成的n型接触层8。另外，n型包敷层7和n型接触层8具有大约5×1018cm-3的载流子浓度。n型包敷层7和n型接触层8是本发明的“第二氮化物系半导体层”的一个例子。
在此，在第一实施方式中，在n型接触层8上形成厚度约为1nm～约为2μm的由掺杂有Si的GaN构成的光透过层9。该光透过层9的载流子浓度比n型包敷层7和n型接触层8的载流子浓度(约为5×1018cm-3)低。光透过层9具有开口部9a。氮化物系半导体元件层10由p型接触层3、p型包敷层4、盖层5、活性层6、n型包敷层7、n型接触层8和光透过层9构成。在光透过层9的开口部9a内形成n侧电极11，与n型接触层8的表面接触。该n侧电极11从下层开始依次由厚度约为10nm的Al层、厚度约为10nm的Pd层和厚度约为100nm的Au层构成。n侧电极11是本发明的“第二电极层”的一个例子。
另外，图1所示的第一实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的光透过层9的表面成为光的射出面。
如上所述，在第一实施方式中，通过使由掺杂了Si的GaN构成的光透过层9的载流子浓度比n型包敷层7和n型接触层8的载流子浓度(约为5×1018cm-3)低，则与n型接触层8相比，可以抑制在光透过层9中形成杂质能级这种情形。这样，与n型包敷层7和n型接触层8相比，可以抑制由光透过层9中的杂质能级引起的光吸收。因此，在光射出面(光透过层9的表面)进行了全反射的光，穿过与n型包敷层7和n型接触层8相比光吸收少的光透过层9。由于那样，与在光射出面进行了全反射的光穿过容易产生由杂质能级引起的光吸收的n型包敷层7和n型接触层8的情况相比，可降低光吸收的概率。其结果是，由于可抑制在光射出面进行了全反射的光被吸收这种情形，因此可提高光取出效率。
另外，在第一实施方式中，如果使用与光透过层9相同的材料GaN作为由GaN或AlGaN构成的n型接触层8的构成材料，则可使光透过层9和n型接触层8的折射率实质上相同。在这种情况下，由于在光透过层9和n型接触层8的界面可以抑制因折射率不同所引起的光的反射，因此可以更加提高光取出效率。
另外，在第一实施方式中，由于在光透过层9中作出开口部9a，并同时在光透过层9的开口部9a内形成n侧电极11，与n型接触层8的表面接触，由此，使n侧电极11与载流子浓度高的n型接触层8接触，因此，即使在n型接触层8上形成载流子浓度低的光透过层9的情况下，n侧电极11的接触电阻也不会上升。
另外，在第一实施方式中，隔着起反射膜功能的p侧电极2，使导电性基板1和氮化物系半导体元件层10接合，由此，可利用p侧电极2(反射膜)使向着导电性基板1一侧行进的光反射至光射出面，可以更加提高光取出效率。
其次，参照图1～图7，说明第一实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程。
首先，如图2所示，利用MOCVD(金属有机化学蒸气沉积，MetalOrganic Chemical Vapor Deposition)法，在作为厚度约为400μm的成长用基板的蓝宝石基板21的(0001)面上，成长厚度约为10nm～约为100nm的由GaN或AlGaN构成的缓冲层22。接着，在缓冲层22上成长厚度约为1μm的由不掺杂的GaN或AlGaN构成的基底层23。其次，在基底层23上，在成长厚度约为1nm～约为2μm的由掺杂了Si的GaN构成的光透过层9后，在光透过层9上依次成长具有上述组成和厚度的n型接触层8、n型包敷层7、活性层6、盖5、p型包敷层4和p型接触层3。然后，通过进行热处理或电子线照射，进行p型包敷层4和p型接触层3的p型化。
其次，如图3所示，使用真空蒸镀法等，在p型接触层3上形成p侧电极2。当形成该p侧电极2时，依次形成厚度约为300nm的Pd层和厚度约为100nm的Au层。
其次，如图4所示，将厚度约为50μm～约为2mm的导电性板1接合在p侧电极2的上面上。这时，通过由Au-Sn或Pd-Sn等构成的焊锡将导电性基板上接合在p侧电极2的上面上也可以，通过由Ag构成的导电性膏将导电性基板1接合在p侧电极2的上面上也可以。另外，在将导电性基板1直接贴在p侧电极2的上面上后，通过在约400℃～约1000℃的温度条件下加压，将导电性基板1接合在p侧电极2的上面上也可以。另外，使用将电场施加在导电性基板1的阳极接合法，将导电性基板1接合在p侧电极2的上面上也可以。然后，通过对蓝宝石基板21进行研磨或激光照射等，除去蓝宝石基板21。然后，利用CF4气体等的干蚀刻技术或热磷酸液等的湿蚀刻技术，除去缓冲层2和基底层23。这样，如图5所示，光透过层9的表面成为露出的状态。
其次，如图6所示，使用蚀刻技术，在光透过层9的规定区域作出开口部9a，使n型接触层8的表面露出。然后，利用真空蒸镀法等，在光透过层9的开口部9a内形成n侧电极11，与n型接触层8的露出表面接触。当形成该n侧电极11时，按顺序形成厚度约为10nm的Al层、厚度约为10nm的Pd层和厚度约为100nm的Au层。
其次，如图7所示，沿着元件分离区域10a，进行元件分离。这时，可以利用切割在元件分离区域10a进行切入后，沿着该切口将元件分离。另外，也可以使用蚀刻技术在元件分离区域10a切入后，沿着该切口将元件分离。另外，也可以在通过切割在导电性基板1的元件分离区域10a切入的同时，利用蚀刻技术在氮化物系半导体元件层10的元件分离区域10a切入之后，沿着由切割和蚀刻技术产生的切口，将元件分离。在将上述的切割和蚀刻技术组合的情况下，由于刀具不与氮化物系半导体元件层10接触，所以可减少对氮化物系半导体元件层10的损坏。这样，形成图1所示的第一实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件。
(第二实施方式)
参照图8说明在第二实施方式中、与上述第一实施方式不同、使用由不掺杂的GaN构成的光透过层39作为光透过层的情况。
如图8所示，在该第二实施方式中，具有与上述第一实施方式相同的组成和厚度的p侧电极2接合在导电性基板1上。在p侧电极2上形成组成和厚度与上述第一实施方式相同的氮化物系半导体各层3～8。
在此，在第二实施方式中，在n型接触层8上形成厚度约为1nm～约为2μm的由不掺杂的GaN构成的光透过层39。该光透过层39具有开口部39a。氮化物系半导体元件层30由p型接触层3、p型包敷层4、盖层5、活性层6、n型包敷层7、n型接触层8和光透过层39构成。另外，在光透过层39的开口部39a内形成组成和厚度与上述第一实施方式相同的n侧电极11，与n型接触层8的表面接触。
图8所示的第二实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的光透过层39的表面是光的射出面。
如上所述，在第二实施方式中，通过使用由不掺杂的GaN构成的光透过层39作为光透过层，在光透过层39上不形成由掺杂杂质引起的杂质能级，因此，可以比上述第一实施方式更能抑制由杂质能级引起的在光透过层39的光吸收。这样，由于可以更加抑制在光射出面(光透过层39的表面)进行了全反射的光被吸收这种情形，因此可以更加提高光取出效率。
第二实施方式的其他效果，与上述第一实施方式相同。
其次，参照图8～图13，说明第二实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程。
首先，如图9所示，利用MOCVD法，在作为成长用基板的蓝宝石基板21的(0001)面上，依次成长组成和厚度与上述第一实施方式相同的缓冲层22和基底层23。然后，在基底层23上成长厚度约为1nm～约为1μm的由InGaN或AlGaN构成、同时在层内具有空间的分离层(空隙层)24。这时，可以利用阳极氧化法或蚀刻技术，在分离层24内形成空间，也可以形成结晶性不好的(裂纹多的)多孔质或非晶形(非晶质)的分离层24。多孔质的分离层24可以通过调节成长条件来形成，同时也可通过打入离子来形成。另外，非晶形的分离层24可以利用低温成长来形成。可以形成由有间隙的金属膜或绝缘膜构成的分离层。其次，在分离层24上，成长厚度约为1nm～约为2μm的由不掺杂的GaN构成的光透过层39后，在光透过层39上依次成长组成和厚度与上述第一实施方式相同的n型接触层8、n型包敷层7、活性层6、盖层5、p型包敷层4和p型接触层3。然后，进行p型包敷层4和p型接触层3的p型化。
其次，如图10所示，使用真空蒸镀法等，在p型接触层3上形成组成和厚度与上述第一实施方式相同的p侧电极2后，采用与图4所示的第一实施方式相同过程，将导电性基板1接合在p侧电极2的上面上。然后，将分离层24上侧的氮化物系半导体元件层30和分离层24下侧的各层(蓝宝石基板21、缓冲层22和基底层23)分离。这时，可以利用使用HF液和HNO3液的混合液的湿蚀刻技术除去分离层24，也可以利用从外部施加物理的力除去分离层24。另外，通过互相向相反方向拉伸，将分离层24上侧的氮化物系半导体元件层30和分离层24下侧的各层(21～23)分离也可以。这样，如图11所示，光透过层39的表面成为露出的状态。
其次，如图12所示，利用蚀刻技术，在光透过层39的规定区域中作出开口部39a，使n型接触层8的表面露出。然后，利用真空蒸镀法等，在光透过层39的开口部39a内，形成组成和厚度与上述第一实施方式相同的n侧电极11，与n型接触层8的露出表面接触。
其次，如图13所示，使用与图7所示的第一实施方式相同的过程，沿着元件分离区域30a，进行元件分离。这样，形成图8所示的第二实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件。
(第三实施方式)
参照图14，说明在第三实施方式中、与上述第一和第二实施方式不同、使用由不掺杂的AlGaN构成的光透过层49作为光透过层的情况。
在第三实施方式中，如图14所示，将组成和厚度与上述第一实施方式的p侧电极2相同、同时宽度比导电性基板41的宽度小的p侧电极42接合在导电性基板41上。p侧电极42是本发明的“第一电极层”的一个例子。该p侧电极42可作为反射膜起作用。在p侧电极42上依次形成宽度比导电性基板41的宽度小且比p侧电极42的宽度大的p型接触层43、p型包敷层44、盖层45、活性层46、n型包敷层47和n型接触层48。p型接触层43、p型包敷层44、盖层45、活性层46、n型包敷层47和n型接触层48的组成和厚度分别与上述第一实施方式的p型接触层3、p型包敷层4、盖层5、活性层6、n型包敷层7和n型接触层8相同。另外，n型包敷层47和n接触层48具有与上述第一实施方式的n型包敷层7和n型接触层8相同的载流子浓度(约为5×1018cm-3)。p型接触层43、p型包敷层44和盖层45是本发明的“第一氮化物系半导体层”的一个例子，n型包敷层47和n型接触层48是本发明的“第二氮化物系半导体层”的一个例子。
在此，在第三实施方式中，在n型接触层48上，形成厚度约为1nm～约为2μm的由不掺杂的AlGaN构成的光透过层49。该光透过层49具有开口部49a。氮化物系半导体元件层40由p型接触层43、p型包敷层44、盖层45、活性层46、n型包敷层47、n型接触层48和光透过层49构成。另外，在光透过层49的开口部49a内形成组成和厚度与上述第一实施方式的n侧电极11相同的n侧电极51，与n型接触层48的表面接触。n侧电极51是本发明的“第二电极层”的一个例子，另外，在光透过层49和n侧电极51的上面以外的区域中，形成厚度约为300nm的由SiO2、SiN、TiO2或ZrO等构成的保护膜52，以覆盖氮化物系半导体元件层40。
图14所示的第三实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的光透过层49的表面是光的射出面。
在第三实施方式中，如上所述，通过使用由不掺杂的AlGaN构成的光透过层49作为光透过层，在光透过层49上不形成因掺杂杂质引起的杂质能级，因此，与上述第二实施方式同样，可以比上述第一实施方式更加抑制由杂质能级引起的在光透过层49中的光吸收。这样，由于可以更加抑制在光射出面(光透过层49的表面)进行了全反射的光被吸收这种情形，因此可以更加提高光取出效率。另外，由于由作为光透过层49的构成材料的AlGaN构成的氮化物系半导体层的光带间隙比由GaN或InGaN等构成的氮化物系半导体层的光带间隙大，因此，吸收端比由GaN或InGaN等构成的氮化物系半导体层小。由于这样，与由GaN或InGaN等构成的氮化物系半导体层相比，由AlGaN构成的氮化物系半导体层，光不能通过的波长变短。因此，在使用由不掺杂的AlGaN构成的光透过层49的第三实施方式中，可以扩大在光透过层49中不引起光吸收的光波长的范围。这样，可以容易地扩大氮化物系半导体发光二极管元件的发光波长的设定范围。
另外，在第三实施方式中，如果使用与光透过层49相同的材料AlGaN作为由GaN或AlGaN构成的n型接触层48的构成材料，可以使光透过层49和n型接触层48的折射率实质上相同，因此，在光透过层49和n型接触层48的界面，可以抑制由折射率不同引起的光反射。这样，可以更加提高光取出效率。
第三实施方式的其他效果，与上述第一实施方式相同。
其次，参照图14～图21说明第三实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程。
首先，如图15所示，使用MOCVD法，在作为成长用基板的SiC基板61上成长组成和厚度与上述第一实施方式的缓冲层22相同的缓冲层62。然后，在缓冲层62上成长厚度约为1nm～约为1μm、同时在使用可以有效地吸收规定波长的激光的高的In组成比(例如，在使用YAG的第二高次谐波激光(波长为532nm)的情况下、由具有InxGa1-xN(x≥0.2))的InGaN构成的分离层63。其次，在分离层63上成长厚度约为1nm～约为2μm的由不掺杂的AlGaN构成的光透过层49后，在光透过层49上依次成长n型接触层48、n型包敷层47、活性层46、盖层45、p型包敷层44和p型接触层43。然后，进行p型包敷层44和p型接触层43的p型化。
其次，如图16所示，利用蚀刻技术，在元件分离区域40a，通过作出深度达到SiC基板61的槽部，利用槽部分断氮化物系半导体元件层40。在元件分离区域40a作出的槽部的深度不达到SiC基板61也可以。然后，利用CVD法，形成保护膜52，以便覆盖氮化物系半导体元件层40、分离层63和缓冲层62。
其次，如图17所示，在除去位于构成氮化物系半导体元件层40的p型接触层43的上面上的保护膜52的规定区域后，利用真空蒸镀法等，在露出的p型接触层43的上面上形成p侧电极42。
其次，如图18所示，利用与图4所示的第一实施方式相同的过程，将导电性基板41接合在p侧电极42的上面上。然后，将分离层63上侧的氮化物系半导体元件层40和分离层63下侧的各层(SiC基板61和缓冲层62)分离。这时，使用KrF激元激光、YAG激光、DPSS激光(半导体激光激励固体激光)或氮激光等高输出激光，从SiC基板61一侧照射激光，由此使分离层63吸收激光。这样，由于分离层63分解，所以利用其热使分离层63上侧的氮化物系半导体元件层40和分离层63下侧的各层(SiC基板61和缓冲层62)分离。
在该第三实施方式中，分离层63由In0.5Ga0.5N制成，当从SiC基板61一侧照射YAG第二高次谐波激光(波长为532nm)时，该激光透过SiC基板61和缓冲层62，被分离层63吸收。这样，通过适当地设计分离层63的光带间隙和所照射的激光的波长，可以容易进行在分离层63的分离。因此，在图18所示的半导体各层中，由于分离层63能够最有效地吸收激光，所以可以容易地进行在分离层63的分离。这样，如图19所示，光透过层49的表面成为露出状态。
其次，如图20所示，利用蚀刻技术，在光透过层49的规定区域作出开口部49a，使n型接触层48的表面露出。然后，利用真空蒸镀法等，在光透过层49的开口部49a内形成n侧电极51，与n型接触层48的露出表面接触。
其次，如图21所示，利用与图7所示的第一实施方式相同的过程，沿着元件分离区域40a，进行元件分离。这样，形成图14所示的第三实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件。
(第四实施方式)
参照图22，说明在第四实施方式中、与上述第一～第三实施方式不同、使用具有凹凸形状的表面的光透过层78作为光透过层的情况。
在第四实施方式中，如图22所示，将组成和厚度与上述第一实施方式的p侧电极2相同的p侧电极72接合在导电性基板71上。p侧电极72是本发明的“第一电极层”的一个例子。该p侧电极72可作为反射膜起作用。另外，p侧电极72具有凹凸形状的表面，同时宽度比导电性基板71的宽度小。p侧电极72表面的凹凸形状的相邻的凸部和凹部的中心间宽度约为0.1μm～约为50μm，从凹部底部算起的凸部的高度约为1nm～约为2μm。在p侧电极72上形成具有包敷层功能的p型接触层73，将p侧电极72表面的凹部埋入，该p型接触层73由厚度约为1nm～约为1μm的由掺杂了Mg的GaN、AlGaN或InGaN构成。也可以使用不掺杂的InGaN层作为p型接触层73。在p型接触层73上依次形成盖层74、活性层75、n型包敷层76和n型接触层77。盖层74、活性层75、n型包敷层76和n型接触层77的组成和厚度分别与上述第一实施方式的盖层5、活性层6、n型包敷层7和n型接触层8相同。另外，n型包敷层76和n型接触层77具有与上述第一实施方式的n型包敷层7和n型接触层8相同的载流子浓度(约为5×1018cm-3)。p型接触层73和盖层74是本发明的“第一氮化物系半导体层”的一个例子。n型包敷层76和n型接触层77是本发明的“第二氮化物系半导体层”的一个例子。
在此，在第四实施方式中，在n型接触层77上形成厚度约为1nm～约为2μm的由不掺杂的GaN构成的光透过层78。该光透过层78具有凹凸形状的表面，同时具有开口部78a。光透过层78表面的凹凸形状的相邻的凸部和凹部的中心间宽度约为0.1μm～约为50μm，从凹部底部算起的凸部的高度约为1nm～约为2μm。氮化物系半导体元件层70由p型接触层73、盖层74、活性层75、n型包敷层76、n型接触层77和光透过层78构成。另外，在光透过层78的开口部78a内形成组成和厚度与上述第一实施方式的n侧电极11相同的n侧电极81，与n型接触层77的表面接触。n侧电极81是本发明的“第二电极层”的一个例子。另外，在氮化物系半导体元件层70的侧面上形成组成和厚度与上述第三实施方式的保护膜52相同的保护膜82。
另外，图22所示的第四实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的光透过层78的表面是光的射出面。
在第四实施方式中，如上所述，通过使用由不掺杂的GaN构成的光透过层78作为光透过层，在光透过层78中不形成由掺杂杂质引起的杂质能级，因此，与上述第二实施方式同样，可以比上述第一实施方式更加抑制因杂质能级引起的在光透过层78中的光吸收。这样，由于可以更加抑制在光射出面(光透过层78的表面)进行了全反射的光被吸收这种情形，所以可以更加提高光取出效率。
另外，在第四实施方式中，由于通过以具有凹凸形状表面的方式构成光透过层78，在作为光射出面的光透过层78的表面，可以抑制光全反射，因此，可以更加提高光取出效率。
另外，在第四实施方式中，通过将具有反射膜功能的p侧电极72的氮化物系半导体元件层70一侧的表面作成凹凸形状，使入射至p侧电极72和氮化物系半导体元件层70的界面上的光容易反射，因此，可增加从与p侧电极72相反一侧的光射出面的光的射出量。
第四实施方式的其他效果与上述第一实施方式相同。
其次，参照图22～图30，说明第四实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程。
首先，如图23所示，利用MOCVD法，在作为成长用基板的Si基板91上，成长组成和厚度与上述第一实施方式的缓冲层22相同的缓冲层92。其次，在缓冲层92上成长厚度约为1nm～约为2μm的由不掺杂的GaN构成的光透过层78后，在光透过层78上依次成长n型接触层77、n型包敷层76、活性层75、盖层74和p型接触层73。然后，进行p型接触层73的p型化。
其次，如图24所示，利用蚀刻技术在元件分离区域70a作出深度达到Si基板91的槽部，再利用槽部分断氮化物系半导体元件层70。然后，利用CVD法，形成保护膜82，覆盖氮化物系半导体元件层70和缓冲层92。
其次，如图25所示，在除去位于构成氮化物系半导体元件层70的p型接触层73的上面上的保护膜82后，利用光刻技术和干蚀刻技术，将所露出的p型接触层73的表面作成凹凸形状。这时，p型接触层73表面的凹凸形状的相邻的凸部和凹部的中心间宽度约为0.1μm～约为50μm，从凹部底部算起的凸部的高度约为1nm～约为2μm。然后，利用真空蒸镀法等，形成p侧电极72，将p型接触层73表面的凹部埋住。
其次，如图26所示，利用与图4所示的第一实施方式相同的过程，将导电性基板71接合在p侧电极72的上面上。然后，利用热磷酸液等的湿蚀刻技术，除去Si基板91和缓冲层92。这样，如图27所示，光透过层78的表面成为露出状态。
其次，如图28所示，利用光刻技术和干蚀刻技术，将光透过层78所露出的表面作成凹凸形状。这时，光透过层78表面的凹凸形状的相邻的凸部和凹部的中心间宽度约为0.1μm～约为50μm，从凹部底部算起的凸部的高度约为1nm～约为2μm。
其次，如图29所示，利用蚀刻技术，在光透过层78的规定区域中作出开口部78a，使n型接触层77的表面露出。然后，利用真空蒸镀法，在光透过层78的开口部78a内形成n侧电极81，与n型接触层77的露出表面接触。
其次，如图30所示，利用与图7所示的第一实施方式相同的过程，沿着元件分离区域70a，进行元件分离。这样，形成图22所示的第四实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件。
(第五实施方式)
参照图31，说明在第五实施方式中、与上述第一～第四实施方式不同、在光透过层108上形成具有凹凸形状表面的绝缘膜113的情况。
在该第五实施方式中，如图31所示，将组成和厚度与上述第一实施方式的p侧电极2相同的p侧电极102接合在导电性基板101上。p侧电极102是本发明的“第一电极层”的一个例子。该p侧电极102作为反射膜起作用。p侧电极102具有凹凸形状的表面，同时其宽度比导电性基板101的宽度小。p侧电极102表面的凹凸形状的相邻的凸部和凹部的中心间宽度约为0.1μm～约为50μm，从凹部底部算起的凸部的高度约为1nm～约为2μm。在p侧电极102上形成p型接触层103，将p侧电极102表面的凹部埋住。在p型接触层103上依次形成p型包敷层104、盖层105和活性层106。p侧接触层103、p型包敷层104、盖层105和活性层106的组成和厚度与上述第一实施方式的p型接触层3、p型包敷层4、盖层5和活性层6相同。在活性层106上形成具有包敷层功能的n型接触层107。该n型接触层107由厚度约为1nm～约为1μm的掺杂了Si或Ge的AlGaN(Al组成比≤50％)构成。另外，n型接触层107具有与上述第一实施方式的n型接触层8相同的载流子浓度(约为5×1018cm-3)。p型接触层103、p型包敷层104和盖层105是本发明的“第一氮化物系半导体层”的一个例子，n型接触层107是本发明的“第二氮化物系半导体层”的一个例子。
在第五实施方式中，在n型接触层107上形成由厚度约为1nm～约为2μm的不掺杂的GaN构成的光透过层108。该光透过层108具有开口部108a。氮化物系半导体元件层100由p型接触层103、p型包敷层104、盖层105、活性层106、n型接触层107和光透过层108构成。
另外，在第五实施方式中，在光透过层108上形成厚度约为1μm的由SiO2或SiN构成的绝缘膜113。该绝缘膜113具有凹凸形状的表面，同时具有开口部113a。绝缘膜113表面的凹凸形状的相邻的凸部和凹部的中心间宽度约为0.1μm～约为50μm，从凹部底部算起的凸部的高度约为1nm～约为2μm。绝缘膜113是本发明的“由氮化物系半导体以外的材料构成的层”的一个例子。另外，在绝缘膜113的开口部113a和光透过层108的开口部108a内形成组成和厚度与上述第一实施方式的n侧电极11相同的n侧电极111，与n型接触层107的表面接触。n侧电极111是本发明的“第二电极层”的一个例子。另外，在氮化物系半导体元件层100的侧面上形成组成和厚度与上述第三实施方式的保护膜52相同的保护膜112。
图31所示的第五实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的绝缘膜113的表面成为光的射出面。
在第五实施方式中，如上所述，通过使用由不掺杂的GaN构成的光透过层108作为光透过层，在光透过层108中不形成由掺杂杂质引起的杂质能级，因此，与上述第二实施方式同样，可以比上述第一实施方式更加抑制杂质能级引起的在光透过层108中的光吸收。这样，由于更加抑制在光射出面(光透过层108的表面)进行了全反射的光被吸收这种情形，因此可以更加提高光取出效率。
另外，在第五实施方式中，通过在光透过层108上形成具有凹凸形状表面的绝缘膜113，在作为光射出面的绝缘膜113的表面上，可以抑制光的全反射，因此可以更加提高光取出效率。
另外，在第五实施方式中，通过在光透过层108和绝缘膜113分别作出开口部108a和113a，同时在光透过层108的开口部108a和绝缘膜113的开口部113a内形成n侧电极111，与n型接触层107的表面接触，则使n侧电极111与载流子浓度高的n型接触层107接触，因此，即使形成不掺杂的光透过层108和绝缘膜113，n侧电极111的接触电阻也不会上升。
另外，在第五实施方式中，通过将具有反射膜功能的p侧电极102的氮化物系半导体元件层100一侧的表面作成凹凸形状，使入射至p侧电极102和氮化物系半导体元件层100的界面上的光容易反射，因此，可以增加从与p侧电极102相反一侧的光射出面射出的光的射出量。
第五实施方式的其他效果与上述第一实施方式相同。
其次，参照图31～图39，说明第五实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程。
首先，如图32所示，利用MOCVD法，在作为成长基板的GaN基板121上成长组成和厚度与上述实施方式2的分离层24相同、并且在层内具有空间的分离层(空隙层)122。其次，在分离层122上，成长厚度约为1nm～约为2μm的由不掺杂的GaN构成的光透过层108后，在光透过层108上依次成长n型接触层107、活性层106、盖层105、p型包敷层104和p型接触层103。然后，进行p型包敷层104和p型接触层103的p型化。
其次，如图33所示，利用蚀刻技术在元件分离区域100a作出深度达到GaN基板121的槽部，由此，利用槽部分断氮化物系半导体元件层100。以后，利用CVD法形成保护膜112，覆盖氮化物系半导体元件层100和分离层122。
其次，如图34所示，在除去位于构成氮化物系半导体元件层100的p型接触层103的上面上的保护膜112后，利用光刻技术和干蚀刻技术，将所露出的p型接触层103的表面作成凹凸形状。这时，p型接触层103表面的凹凸形状的相邻的凸部和凹部的中心间宽度约为0.1μm～约为50μm，并且，从凹部底部算起的凸部的高度约为1nm～约为2μm。然后，利用真空蒸镀法等，形成p侧电极102，埋住p型接触层103表面的凹部。
其次，如图35所示，使用与图4所示第一实施方式相同的过程，将导电性基板101接合在p侧电极102的上面上。然后，利用与图10所示的第二实施方式相同的过程，将分离层122上侧的氮化物系半导体元件层100和分离层122下侧的GaN基板121分离。这样，如图36所示，光透过层108的表面成为露出的状态。
其次，如图37所示，使用CVD法，在光透过层108的露出的表面上形成绝缘膜113后，利用光刻技术和干蚀刻技术，将绝缘膜113的表面作成凹凸形状。这时，绝缘膜113表面的凹凸形状的相邻的凸部和凹部的中心间宽度约为0.1μm～约为50μm，从凹部底部算起的凸部的高度约为1nm～约为2μm。
其次，如图38所示，利用蚀刻技术，在绝缘膜113和光透过层108的规定区域中，分别作出开口部113a和108a，使n型接触层107的表面露出。然后，利用真空蒸镀法等，在绝缘膜113的开口部113a和光透过层108的开口部108a内形成n侧电极111，与n型接触层107露出的表面接触。
其次，如图39所示，利用与图7所示的第一实施方式相同的过程，沿着元件分离区域100a，进行元件分离。这样，形成如图31所示的第五实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件。
(第六实施方式)
参照图40，说明在该第六实施方式中、与上述第一～第五实施方式不同、使氮化物系半导体元件层的侧面倾斜的情况。图40的元件中的箭头表示光的路径。
在第六实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件中，如图40所示，在与光射出面141相反的一侧设置导电性基板131。另外，利用焊锡(图中没有示出)，将从导电性基板131一侧开始依次形成厚度约为200nm的Ag层和厚度约为5nm的Al层的p侧电极132接合在导电性基板131的上面上。p侧电极132是本发明的“第一电极层”的一个例子。该p侧电极132可作为反射膜起作用。
在p侧电极132上，形成厚度约为0.2μm的由掺杂了Mg的p型GaN构成的p型接触层133。该p型接触层133具有包敷层的功能。在p型接触层133上形成厚度约为5nm的由不掺杂的Al0.05Ga0.95N构成的盖层134。在盖层134上形成具有MQW结构的活性层135。该活性层135具有由厚度约为10nm的不掺杂的GaN构成的4个障壁层(图中没有示出)和由厚度约为3nm的不掺杂的Ga0.85In0.15N构成的3个井层(图中没有示出)交互层叠的MQW结构。在活性层135上形成厚度约为0.05μm的由掺杂了Ge的n型Al0.05Ga0.95N构成的n型包敷层136。在n型包敷层136上形成厚度约为0.5μm的由掺杂了Ge的n型GaN构成的n型接触层137。p型接触层133和盖层134是本发明的“第一氮化物系半导体层”的一个例子。n型包敷层136和n型接触层137是本发明的“第二氮化物系半导体层”的一个例子。
在此，在第六实施方式中，在n型接触层137上形成由厚度约为2μm的由不掺杂的GaN构成的光透过层138。该光透过层138具有开口部138a。氮化物系半导体元件层139由p型接触层133、盖层134、活性层135、n型包敷层136、n型接触层137和光透过层138构成。另外，在第六实施方式中，氮化物系半导体元件层139的光透过层138一侧的前端部分具有相对于光射出面141的法线倾斜规定角度的侧面139a。具体地说，氮化物系半导体元件层139的光透过层138一侧的前端部分具有倾斜约45°的侧面139a，使得从导电性基板131一侧朝着光射出面141一侧成为尖细形状。另外，光透过层138侧面的一部分倾斜约45°。另外，光透过层139的倾斜的侧面139a和光射出面141所形成的角度为钝角(约为135°)。在第六实施方式中，成为光射出面141的光透过层138的表面作成凹凸形状。
另外，在光透过层138的开口部138a内，形成n侧电极140，与n型接触层137的表面接触。该n侧电极140从n型接触层137一侧开始依次由欧姆电极、阻障(barrier)金属和衬垫(pad)金属构成。构成n侧电极140的欧姆电极由厚度约为100nm的Al构成。另外，构成n侧电极140的阻障金属由厚度约为100nm、同时可抑制欧姆电极和衬垫金属的反应的Pt或Ti构成。构成n侧有140的衬垫金属，由厚度约为500nm、同时是易熔融粘接金属的Au或Au-Sn构成。n侧电极140是本发明的“第二电极层”的一个例子。
在第六实施方式中，如上所述，通过在与光射出面141相反一侧上设置导电性基板131、同时使氮化物系半导体元件层139与该导电性基板131接合，可以使在氮化物系半导体元件层139(活性层135)生成的光从与导电性基板131相反一侧的光射出面141射出，因此，可以使在活性层135生成的光只穿过半导体元件层139射出。这样，由于不是如从形成现有的氮化物系半导体元件层139所使用的成长用基板一侧射出光的情况那样在成长用基板和氮化物系半导体元件层139的界面上光进行反射，所以，可以抑制光取出效率的降低。另外，通过将氮化物系半导体元件层139作成具有大约45°倾斜的侧面139a，使它从导电性基板131一侧朝着光射出面141一侧成为尖细形状，则即使光在光射出面141进行了全反射，该全反射的光也会入射至相对于光射出面141倾斜的侧面149a上，由此可改变光的路径，使光相对于光射出面141的入射角比临界角小。其结果是，由于在光射出面141进行了全反射的光也可以射出，所以可以提高光取出效率。这样，在第六实施方式中，可以抑制由在成长用基板和氮化物系半导体元件层139的界面上的反射引起的光取出效率的降低，并可以利用氮化物系半导体元件层139的倾斜的侧面139a提高光取出效率。
另外，在第六实施方式中，通过在由n型GaN构成的n型接触层137上形成由不掺杂的GaN构成的光透过层138，不会在光透过层138中形成由掺杂杂质引起的杂质能级，因此，与n型接触层137和n型包敷层136相比，可以抑制光透过层138中的杂质能级引起的光吸收。因此，在光射出面141(光透过法138的表面)进行了全反射的光，穿过与n型接触层137和n型包敷层136相比光吸收少的光透过层138。由于这样，与在光射出面141进行了全反射的光穿过容易产生由杂质能级引起的光吸收的n型接触层137和n型包敷层136的情况相比，可以降低光被吸收的概率。其结果是，由于可抑制在光射出面141进行了全反射的光的被吸收这种情形，因此，可以更加提高光取出效率。
另外，在第六实施方式中，通过将光射出面141(光透过层138的表面)作成凹凸形状，抑制光在光射出面141进行全反射，因此，可以更加提高光取出效率。
第六实施方式的其他效果，与上述第一实施方式的相同。
其次，参照图40～图47，说明第六实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件的制造过程。
首先，如图41(平面图)和图42(沿着图41的200—200线的剖面图)所示，使用等离子体CVD法，在作为成长用基板的Si基板142的规定区域形成由SiN构成的掩模层143。具体地说，如图41所示，在平面上看，形成掩模层143，使它具有包围各元件的形成区域145的部分143a和被143a部分包围的格子状的部分143b。各元件的形成区域145是边长约为500μm的正方形。掩模层143的143a部分的宽度W1约为1.8μm，同时，掩膜层143的143b部分的宽度W2约为0.6μm。又如图42所示，使掩模层143的143a部分的侧面倾斜规定的角度。而且，掩模层143的143a部分的高度T1约为1.8μm，同时，掩模层143的143b部分的高度(厚度)T2约为0.4μm。
其次，如图43所示，利用MOCVD法，在SiC基板142上成长厚度约为10nm～约为50nm的由AlN构成的缓冲层144，以便覆盖掩膜层143。以后，在缓冲层144上成长厚度约为2μm的由不掺杂的GaN构成的光透过层138。这时，光透过层138在位于形成了掩模层143的区域以外的区域上的缓冲层144上有选择地在纵方向成长后，慢慢地在横方向成长，由此表面成为平坦的。由于这样，在光透过层138上所形成的位错向横方向弯曲，因此，难以形成向纵方向传播的位错。这样，可大幅度地降低光透过层138的位错密度。
接着，在光透过层138上依次成长厚度约为0.5μm的由掺杂了Ge的n型GaN构成的n型接触层137和厚度约为0.05μm的由掺杂了Ge的n型Al0.05Ga0.95N构成的n型包敷层136。然后，交互地成长厚度约为10nm的由不掺杂的GaN构成的4个障壁层(图中没有示出)和厚度约为3nm的由不掺杂的Ga0.85In0.15N构成的3个阱层(图中没有示出)。这样，4个障壁层和3个阱层成长交互层叠的MQW结构的活性层135。
其次，在活性层135上依次成长厚度约为5nm的由不掺杂的Al0.05Ga0.95N构成的盖层134和厚度约为0.2μm的由掺杂了Mg的p型GaN构成的p型接触层133。这样形成由p型接触层133、盖层134、活性层135、n型包敷层136、n型接触层137和光透过层138构成的氮化物半导体元件层139，然后，通过进行热处理或电子线处理，进行p型接触层133的p型化。
其次，如图44所示，利用真空蒸镀法等，在p型接触层133上形成由Al层和Ag层构成的p侧电极132。这时，在将厚度约为5nm的Al层作成岛状后，形成厚度约为200nm的Ag层，覆盖全部表面。然后，利用与图10所示的第一实施方式相同的过程，将导电性基板131与p侧电极132接合。然后，利用湿蚀刻技术，除去Si基板142。这样，如图45所示，掩膜层143和缓冲层144成为露出状态。
然后，使用蚀刻技术，通过除去掩模层143和缓冲层144，如图46所示，露出光透过层138。这样，光透过层138成为反映掩模层143的143a部分和143b部分(参见图41和图42)形状的形状。即，氮化物系半导体元件层139的光透过层138一侧的前端部分，从导电性基板131一侧朝着光透过层138一侧成为尖细形状，同时，氮化物系半导体元件层139的倾斜的侧面139a和光透过层138的表面所形成的角度为钝角。另外，构成氮化物系半导体元件层139的光透过层138的表面成为反映掩模层143的格子状部分143b形状的凹凸形状。
其次，如图47所示，利用蚀刻技术在光透过层138的规定区域作出开口部138a，使n型接触层137的表面露出。然后，利用真空蒸镀法等在光透过层138的开口部138a内形成n侧电极140，与n型接触层137的表面接触。这时，从n型接触层137一侧开始，依次形成欧姆电极、阻障金属和衬垫金属。构成n侧电极140的欧姆电极由厚度约为100nm的Al构成。构成n侧电极140的阻障金属由厚度约为100nm的Pt或Ti构成。另外，构成n侧电极140的衬垫金属由厚度约为500nm的Au或Au-Sn构成。最后，使用与图7所示的第一实施方式相同的过程，沿着元件分离区域146，进行元件分离。这样，形成图40所示的第六实施方式的氮化物系半导体发光二极管元件。
在第六实施方式的制造过程中，如上所述，通过在Si基板142上的规定区域中形成掩模层143后，使光透过层138在Si基板142上成长，利用光透过层138的横方向成长，减少在光透过层138上所形成的位错，因此，在光透过层138上成长的活性层135上，可以减少位错传播。这样，由于可以降低活性层135的位错密度，所以可提高活性层135中的发光效率，同时，可以延长元件的寿命。另外，与使掺杂了Si等杂质的光透过层成长的情况相比，通过由不掺杂的GaN构成光透过层138，可以促进横方向成长。这样，在小的厚度下，可使光透过层138的表面平坦。
另外，这次所公开的实施方式，全部都是示例，而不是限制。本发明的范围由专利请求范围所决定，而不是由上述的实施方式的说明决定，而且包括在与专利请求范围同等的意思和范围内的所有变更。
例如，在上述第一～第六实施方式中，其结构是从n侧射出光，但本发明不限于此，通过在导电性基板上依次形成n型氮化物系半导体层、活性层和p型氮化物系半导体层，从p侧射出光的结构也可以。
另外，在上述第一～第六实施方式中，作为成长用基板，使用了蓝宝石基板、SiC基板、Si基板或GaN基板，但本发明不限于此。使用GaAs基板、MgO基板、ZnO基板和尖晶石基板等作为成长用基板也可以。
另外，在上述第一～第六实施方式中，使用了由厚度约为100nm的下层(导电性基板一侧的层)Au层和厚度约300nm的上层Pd层构成的p侧电极、或者、由厚度约200nm的下层Ag层和厚度约5nm的上层Al层构成的p侧电极，但本发明不限于此，使用由Au层和Pd层构成的p侧电极和由Ag层和Al层构成的p侧电极以外的多个金属层构成的p侧电极也可以。作为由Au层/Pd层和Ag层/Al层以外的多个金属层构成的p侧电极的构成材料来说，例如，从下层(导电性基板一侧的层)朝着上层，可以考虑有：Al层(厚度约为300nm)/Pd层(厚度约为10nm)、Ag层(约300nm)/Ti层(约10nm)/Pt层(约10nm)、Ag层(约300nm)/Pd层(约为30nm)、Al层(约200nm)/Ni(约50nm)/Ag层(约300nm)/Ti层(约1nm)、Al层(约200nm)/Ni(约50nm)/Ag层(约300nm)/Ni层(约0.5nm)、Al层(约200nm)/Ni层(约50nm)/Ag层(约300nm)/Al(约0.5nm)和Ti(20nm)/Ag层(约300nm)/Al层(约0.3nm)等。另外，p侧电极在氮化物系半导体元件层的导电性基板一侧的全面上形成也可以，只在一部分上形成也可以。当只在氮化物系半导体元件层的导电性基板一侧的一部分上形成p侧电极的情况下，优选在形成有p侧电极的区域以外的区域形成反射光的层。另外，为了增强与导电性基板的接合力，优选在p侧电极和导电性基板之间形成衬垫电极。作为衬垫电极的构成材料来说，例如，从下层(导电性基板层)朝着上层，可以考虑有：Au层/Pd层/Ti层、Au层/Pt层/Ti层和Au层/Mo层/Ti层等。在与导电性基板的接合中使用焊锡的情况下，优选为，形成由Pt或Pd等构成的阻障金属，作为p侧电极的保护膜。
另外，在上述第一～第六实施方式中，使用了由厚度约为100nm的下层(导电性基板一侧的层)Au层和厚度约为300nm的上层Pd层构成的p侧电极、或者、由厚度约为200nm的下层Ag层和厚度约5nm的上层Al层构成的p侧电极，但本发明不限于此，根据发光波长，可以改变构成p侧电极的金属层的厚度或材料，使p侧电极中的光吸收减少。
另外，在上述第一～第五实施方式中，使用了由下层(导电性基板一侧的层)Au层和上层Pd层构成的p侧电极，但本发明不限于此，如果使用光反射率比Au层或Pd层高的Al层，由于射出的反射光多，所以可以更加提高光输出特性。在这种情况下，通过在Al层和氮化物系半导体元件层之间设置由透明材料构成的电极层，则与难以进行欧姆接触的Al层和氮化物系半导体元件层接合的情况不同，可以容易地进行欧姆接触。
另外，在上述第一～第六实施方式中，使用了由Au层和Pd层和Al层构成的具有不使光透过的厚度的n侧电极、或者、由Al层和Pt层(Ti层)和Au层(Au-Sn层)构成的n侧电极，但本发明不限于此，可以使用由具有可使光透过的厚度的金属、透明材料和半透过材料等构成的电极。另外，为了连接金线，优选在n侧电极上形成衬垫电极。
另外，在上述第一～第六实施方式中，使用了包含由GaN、AlGaN和InGaN等构成的层的氮化物系半导体元件层，但本发明不限于此，包含由GaN、AlGaN和InGaN构成的层以外的氮化物系半导体层也可以。作为GaN、AlGaN和InGaN以外的氮化物系半导体来说，例如可以考虑AlN(氮化铝)、InN(氮化铟)、BN(氮化硼)和TiN(氮化钛)等III-V族氮化物半导体或III-V族氮化物半导体的混晶。另外，在上述的III-V族氮化物半导体或其混晶中，包含As、P和Sb中的至少一种元素的混晶等也可以考虑。
另外，在上述第六实施方式中，在基板上形成掩模层后，通过成长光透过层，使光透过层在横方向成长，但本发明不限于此，使用ELO(外延横向附晶生长：Epitaxial Lateral Overgrowth)法、PENDEO(悬垂外延：Pendeoepitaxy)法和LEPS(在作出图形的基片上的横向处延：Lateral Epitaxy on the Patterned Substrate)法等，也可使光透过层在横方向成长。

Claims (18)

1.一种氮化物系半导体发光元件，其特征在于：它包括：
在导电性基板表面上形成的第一导电型的第一氮化物系半导体层；
由在所述第一氮化物系半导体层上形成的氮化物系半导体层构成的活性层；
在所述活性层上形成的第二导电型的第二氮化物系半导体层；和
在所述第二氮化物系半导体层上形成、由载流子浓度比所述第二氮化物系半导体层的载流子浓度低的氮化物系半导体层构成的光透过层，
在所述活性层中生成的光，通过所述光透过层射出。
2.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：
所述第一导电型的第一氮化物系半导体层是p型氮化物系半导体层，所述第二导电型的第二氮化物系半导体层是n型氮化物系半导体层。
3.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层包含不掺杂的氮化物系半导体层。
4.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层包括掺杂了第二导电型杂质的第二导电型氮化物系半导体层。
5.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层包括至少含有Al的氮化物系半导体层。
6.如权利要求5所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层包括由AlGaN构成的氮化物系半导体层。
7.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层具有凹凸形状的表面。
8.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：它还具有在所述光透过层上形成、具有凹凸形状的表面且由氮化物系半导体以外的材料构成的绝缘膜。
9.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层由实质上与所述第二氮化物系半导体层相同的材料构成。
10.如权利要求9所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层和所述第二氮化物系半导体层由GaN层构成。
11.如权利要求9所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层和所述第二氮化物系半导体层由AlGaN层构成。
12.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：
所述第一氮化物系半导体层，隔着第一电极层，在所述导电性基板的表面上形成，
所述第一电极层还具有反射膜的功能。
13.如权利要求12所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述第一电极层的所述第一氮化物系半导体层一侧的表面作成凹凸形状。
14.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：
所述光透过层在所述第二氮化物系半导体层上的一部分区域形成，
还具有与所述第二氮化物系半导体层表面的不形成所述光透过层的区域接触地形成的第二电极层。
15.如权利要求14所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：
所述光透过层具有开口部，
在所述开口部内形成所述第二电极层，与所述第二氮化物系半导体层的表面接触。
16.如权利要求14所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：
还具有在所述光透过层上形成的由氮化物系半导体以外的材料构成的绝缘膜，
所述绝缘膜和所述光透过层具有开口部，
在所述开口部内形成所述第二电极层，与所述第二氮化物系半导体层的表面接触。
17.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：
还具有覆盖所述第一氮化物系半导体层、所述活性层、所述第二氮化物系半导体层和所述光透过层的侧面的保护膜。
18.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光元件，其特征在于：所述光透过层具有相对于光射出面的法线倾斜了45°的侧面。
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