JP3859505B2 - ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光素子及びその製造方法に係り、詳細にはＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
可視光短波長領域の発光素子であって化合物半導体を利用した発光ダイオードやレーザダイオードは広く知られているが、その中でもIII族窒化物半導体は遷移方式が電子−正孔の再結合による発光確率の高い直接遷移型であるゆえに、発光効率が高くて青色発光が可能である。ゆえに、これを利用した発光素子、まさに発光ダイオードやレーザダイオードは特に注目されている。
【０００３】
従来技術によるＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体を利用した発光素子の一つである発光ダイオードは、図１に示されたようにサファイア基板１０の上にｎ−ＧａＮ層１２が備わっている。ｎ−ＧａＮ層１２は第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２に区分されている。第１領域Ｒ１は第２領域Ｒ２に比べて相対的に幅が広く、形成された後でエッチングの影響を受けない領域である。一方、第２領域Ｒ２は形成された後でエッチングの影響を受けて第１領域Ｒ１に比べて薄い。従って、ｎ−ＧａＮ層１２の第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２間に段差が存在する。ｎ−ＧａＮ層１２の第１領域Ｒ１上に活性層１６、ｐ−ＧａＮ層１８及び透光性ｐ型電極２０が順次に形成されており、透光性ｐ型電極層２０の上にパッケージ段階でのボンディングのためのパッド層２２が形成されている。ｎ−ＧａＮ層１２の第２領域Ｒ２上にｎ型電極１４が形成されている。
【０００４】
一方、図２を参照すれば、従来技術によるＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードは、ｎ型及びｐ型電極を同じ方向に備えてｐ型電極側にリッジウェーブガイドを備える半導体レーザダイオードであることが分かる。
【０００５】
具体的に、サファイア基板１０の上にｎ−ＧａＮ層１２が形成されており、ｎ−ＧａＮ層１２は第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２に区分されている。第１領域Ｒ１は第２領域Ｒ２に比べて相対的に広い領域である一方、第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１に比べて薄い。従って、ｎ−ＧａＮ層１２の第１及び２領域Ｒ１、Ｒ２間に段差が存在する。ｎ−ＧａＮ層１２の第２領域Ｒ２上にｎ型電極１４が形成されている。ｎ−ＧａＮ層１２の第１領域Ｒ１上に屈折率が順次に大きくなるｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層２４、ｎ−ＧａＮ層２６及びＩｎＧａＮ層２８（活性層）が形成されている。ＩｎＧａＮ層２８の上にこれより屈折率が順次に小さくなるｐ−ＧａＮ層３０、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２及びｐ−ＧａＮ層３６が形成されている。ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２の上部中央部分はリッジ（あるいはリーブ）形に突出しており、突出した部分の上部にｐ−ＧａＮ層３６が形成されている。ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２の全面は保護膜３４で覆われており、保護膜３４は電流幅を制限する形でｐ−ＧａＮ層３６の上に拡張されている。すなわち、保護膜３４はｐ−ＧａＮ層３６の両端部の一部領域を覆っている。保護膜３４の上には保護膜３４の間に露出されるｐ−ＧａＮ層３６の全面と接触したｐ型電極３８が形成されている。
【０００６】
従来技術によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体を利用した発光ダイオードやレーザダイオードにおいてｎ型及びｐ型電極が全て同じ方向に備わった場合、パッケージ段階で同じ面に対して二つのワイヤをボンディングしなければならないので、パッケージ工程が複雑で工程にかかる時間が長くなることがある。そして、ｎ型電極は深くエッチングされた部分に備わっており、これによりｎ型及びｐ型電極間には大きい段差が存在するので、パッケージ不良が増加する恐れがある。図１R>１及び図２を参照して説明した通り、ｎ−ＧａＮ層１２の第２領域Ｒ２は、構造として見る時、発光ダイオードの場合はｐ型電極２０を形成した後またはｐ−ＧａＮ層１８を形成した後の結果物において、レーザダイオードの場合はｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２を形成した後の結果物において、第２領域Ｒ２に該当する部分をエッチングすることにより形成されるために、結局第２領域Ｒ２の上にｎ型電極１４を形成するためには別の写真及びエッチング工程が必要になり前述の発光素子の製造工程及び時間が長くなることがある。
【０００７】
一方、図３はｎ型及びｐ型電極が活性層を中心に対向して備わった従来技術によるＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードであり、ＳｉＣ基板１０ａ（またはＧａＮ基板）の上にｎ−ＧａＮ層１２ないしｐ型電極３８が順次に備わっており、ＳiＣ基板１０ａの底面にｎ型電極１４ａが備わったことが分かる。
【０００８】
一般的に半導体レーザダイオードのレーザ発振のための臨界電流及びレーザモードの安定性は温度と密接な関係があり、温度が高まるにつれて両者の特性は全て低下する。従って、レーザ発振中に活性層から生じる熱を除去してレーザダイオードの温度が高まることを防止する必要があるが、前記の従来技術によるＧａＮ系III−Ｖ族半導体レーザダイオードの場合、基板の熱伝導性がきわめて低いので（サファイアの場合、０．５Ｗ／ｃｍＫほど）、ほとんどの熱はリッジを介してだけ放出される。しかし、リッジを通した熱放出は制限的で効果的な熱放出がなされ難く、従ってレーザダイオードの温度上昇を防止して素子の特性低下を防止するのには限界がある。
【０００９】
これにより、図２に示された従来技術による半導体レーザダイオードの場合、図４に示されたようにフリップチップボンディング技術を利用して活性層から生じる熱の放出を誘導している。
【００１０】
具体的に、図４を参照すれば、参照符号Ａは半導体レーザダイオードであり、図２に示された従来技術によるＧａＮ系III−Ｖ族半導体レーザダイオードを逆さにした様子を示す。参照番号４０はサブマウントを、４２ａ及び４２ｂはそれぞれパッド層を、４４ａ及び４４ｂはそれぞれ半導体レーザダイオードＡのｎ型電極１４及びｐ型電極３８と連結した第１及び第２熱伝導層である。また、参照符号Ｍ（２４〜３４）はｎ−ＧａＮ層１２とｐ型電極３８間に形成された積層物を象徴する物質層である。
【００１１】
このように、半導体レーザダイオードを別途に設けられた熱放出構造体にボンディングすることにより熱放出効率を高められるが、それぞれのレーザダイオードと前記構造体をボンディングしなければならないので工程時間が延び、前記ボンディングは両者間に微細な整列が確保された後でこそ可能なので、自然と不良が増えることがある。すなわち、収率が低くなる。
【００１２】
例えば、収率を７０％と仮定する場合、ウェーハ１枚においておよそ４，０００個のレーザダイオードを得ることができるのであるが、これらフリップチップボンディングにかかる時間は１個当り０．３分程度であるので、全てをボンディングしようとすれば２０時間程度がかかる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が達成しようとする技術的課題は前述した従来技術の問題点を改善するためのものであり、電極形成と関連した写真及びエッチング工程を減らして素子の製造工程及び時間を縮め、パッケージ工程を単純化しつつも不良は減らせるＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体発光素子を提供するところにある。
【００１４】
本発明が達成しようとする他の技術的課題は前記発光素子の製造方法を提供するところにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記技術的課題を達成するために、光放出が起こる活性層と、前記活性層を挟んで対向して前記活性層にレーザ発振を誘導するレージングのための第１及び第２物質層と、前記第１物質層の最下層の上面部に接触した第１電極と、前記第２物質層の最上層と制限的に接触した第２電極及び効果的な熱放出のために前記第１物質層の最下層の下面部と接触した熱放出手段とを備えることを特徴とする発光素子を提供する。
【００１６】
ここで、前記熱放出手段は熱伝導層であり、前記第１物質層の最下層と前記熱伝導層とは一部領域だけ接触しており、両者の残りの領域間に基板が備わっている。
【００１７】
前記熱伝導層と前記第１物質層の最下層とは第１物質層の最下層が露出される前記基板に形成されたビアホールを介して互いに接触している。
【００１８】
このようなビアホールが形成された前記基板に前記第１物質層の最下層と前記基板の界面に向ける溝とがさらに形成されている。
【００１９】
前記ビアホールは前記第１電極に対応する基板領域に形成されている。
【００２０】
前記基板に複数の前記ビアホールが形成されている。
【００２１】
前記ビアホールは前記第１物質層の最下層に拡張されている。
【００２２】
前記基板は前記最下層物質層の底面の一部領域上にだけ備わっている。
【００２３】
前記最下層物質層の底面の前記基板が形成された部分とそうでない部分との間に段差が存在し、前記最下層物質層の底面の前記基板が形成されていない部分は所定の厚みほどエッチングされている。
【００２４】
前記熱伝導層の一部は前記溝を介して前記最下層の物質層と間接的に接触している。
【００２５】
前記基板に前記のような溝が複数個形成されている。
【００２６】
前記基板に前記最下層の物質層の底面が露出されるビアホールと前記ビアホールが前記最下層の物質層に拡張された形のビアホールとがさらに備わっている。
【００２７】
前記熱伝導層はＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＩｎよりなった群のうちから選択された少なくともいずれか一つである。
【００２８】
前記他の技術的課題を達成するために、本発明による発光素子の製造方法は、高抵抗性基板上にレージングのための物質層を形成する第１段階と、前記物質層上に第１電極を形成する第２段階と、前記物質層が露出されるように前記高抵抗性基板の一部をエッチングする第３段階及び前記露出された物質層の一部または全面に第２電極を形成する第４段階を含むことを特徴とする発光素子の製造方法を提供する。この時、第１段階は前記高抵抗性基板上に第１化合物半導体層、第１クラッド層、共振基層、第２クラッド層及び第２化合物半導体層を順次に形成する段階と、前記第２化合物半導体層上に前記第２化合物半導体層の所定領域を覆うマスクパターンを形成する段階と、前記マスクパターンをエッチングマスクとして前記第２化合物半導体層及び前記第２クラッド層を順次にパターニングするが、前記第２クラッド層はリッジ形にパターニングする段階と、前記マスクパターンを除去する段階及び前記リッジ形にパターニングされた前記第２クラッド層の上に前記パターニングされた第２化合物半導体層の一部と接触する保護膜を形成する段階をさらに含む。また、前記第３段階は、前記高抵抗性基板の底面を研磨する段階と、前記高抵抗性基板をエッチングして前記第１化合物半導体層の底面を露出させる段階とをさらに含む。この時、前記高抵抗性基板はサファイア基板より形成される。前記高抵抗性基板は乾式エッチングする。前記高抵抗性基板のエッチングは前記第１化合物半導体層の底面が露出されるビアホールが前記高抵抗性基板に形成されるように実施する。前記第４段階は、前記高抵抗性基板の底面上に前記露出された物質層の一部または全面を覆うオーミックコンタクト層を形成する段階と、前記オーミックコンタクト層の上に熱伝導層を形成する段階とをさらに含む。
【００２９】
このような本発明の発光素子及びその製造方法を利用すれば、ボンディング工程を単純化しつつボンディング不良は減らせ、また写真及びエッチング工程を減らし素子の全体製造工程及び時間を縮めることもできる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態によるＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法を添付図面を参照して詳細に説明する。この過程において図面に示された層や領域などの厚みは明細書の明確性のために誇張されるように示された。
【００３１】
まず、発光素子に関する説明において、次の第１ないし第４実施形態は発光ダイオードに関するものであり、第５及び第６実施形態はレーザダイオードに関するものである。
＜第１実施形態＞
図５を参照すれば、参照番号５０は透光性導電層を示す。透光性導電層５０は第１電極に使われる。透光性導電層５０の上に透光性導電層５０のボンディングのためのパッド層５２が備わっている。図面には具体的に示されていないが、透光性導電層５０とパッド層５２の一部領域間に両側の付着力を高めるための絶縁膜、例えばＳｉＯ₂やＳｉＮなどがさらに備わりうる。透光性導電層５０の底面に第２化合物半導体層５４が備わっている。第２化合物半導体層５４はＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層であり、ｐ型導電性不純物がドーピングされた直接遷移型のものが望ましく、その中でもｐ−ＧａＮ層が一層望ましい。
【００３２】
一方、第２化合物半導体層５４は導電性不純物がドーピングされていないアンドープト物質層でありうる。例えば、ＧａＮ層であるとかＡｌまたはＩｎを所定の割合で含有するＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層でありうる。
【００３３】
続いて、第２化合物半導体層５４の底面に活性層５６が備わっているのであるが、活性層５６は電子−正孔などのキャリア再結合によりレージングが起こる物質層であり、ＭＱＷ構造を有するＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層が望ましく、その中でもＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そしてｘ＋ｙ≦１）層であることが一層望ましい。活性層５６の底面に第２化合物半導体層５４と反対になるタイプの第１化合物半導体層５８が存在する。第１化合物半導体層５８はＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層であって直接遷移型であることが望ましいが、導電性不純物がドーピングされた場合にはｎ−ＧａＮ層であることが望ましく、導電性不純物がドーピングされない場合には第２化合物半導体層５４と同じ物質層であることが望ましい。第１化合物半導体層５８の底面に高抵抗性基板６０が備わっており、高抵抗性基板６０に第１化合物半導体層５８の底面が露出されるビアホール６２が備わっている。高抵抗性基板６０は耐エッチング性基板であり、例えばサファイア基板である。高抵抗性基板６０の底面にビアホール６２を介して第１化合物半導体層５８と接触する導電層６４が備わっている。導電層（６４）は、前記第１化合物半導体層の前記高抵抗性基板の前記ビアホール（６２）を介して露出された部分を覆うオーミックコンタクト層とかかるオーミックコンタクト層に形成された熱伝導層を含む。導電層６４は第２電極で光反射物質層である。従って、活性層５６から放出される光は透光性導電層５０を介して上方に放出される。
＜第２実施形態＞
第１実施形態の部材と同じ部材に対する参照番号は第１実施形態で使用した参照番号をそのまま使用する。そして、同じ構成については説明を省略する。
【００３４】
具体的に、図６を参照すれば、第２化合物半導体層５４の上に光反射導電層７０が第１電極として備わっており、高抵抗性基板６０の底面にビアホール６２を介して第１化合物半導体層５８と接触する透光性導電層７２が第２電極として備わっている。透光性導電層７２の平らな部分、すなわち高抵抗性基板６０の底面を覆う部分にパッド層７４が備わっている。パッド層７４はパッケージ工程において透光性導電層７２のボンディングのためのものである。
＜第３実施形態＞
図７を参照すれば、第１化合物半導体層５８の底面に高抵抗性基板のパターン６０ａが備わっている。しかし、このパターン６０ａは底面中央にだけ備わっており、第１化合物半導体層５８の底面のうち真中部分を除外した残りの部分は全て露出された状態である。高抵抗性基板のパターン６０ａの底面は第１化合物半導体層５８と接触する上部面に比べて狭い。結局、高抵抗性基板のパターン６０ａの側面は蒸着される物質膜が優秀なステップ範囲を有することができるように緩慢な形の傾斜を有する面になる。第１化合物半導体層５８の露出された底面に高抵抗性基板のパターン６０ａの全面を覆う形で導電層８０が備わっている。導電層８０は第２電極であり光を反射する。
＜第４実施形態＞
図８を参照すれば、第２化合物半導体層５４の上に導電層７０が第１電極として備わっており、第１化合物半導体層５８の底面に第３実施形態にて説明した高抵抗性基板のパターン６０ａが同じ形で備わっている。第１化合物半導体層５８の底面の露出された全面に高抵抗性基板のパターン６０ａを覆う形で透光性導電層８２が備わっており、高抵抗性基板のパターン６０ａの底面を覆う透光性導電層８２の底面にパッド層８４が備わっている。パッド層８４はパッケージ工程において透光性導電層８２のボンディングのためのものである。
＜第５実施形態＞
ｎ型及びｐ型電極どちらも同じ方向に備わっており、これらに対向する方向に熱電導層が備わったことが特徴である半導体レーザダイオードに関するものである。
【００３５】
図９を参照すれば、基板１５０の上に第１化合物半導体層１５２を備える。基板１５０は高抵抗性基板、III−Ｖ族化合物半導体層基板、例えばＧａＮ層基板またはＳiＣ基板であり、高抵抗性基板はサファイア基板である。前記第１化合物半導体層１５２はＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層であってｎ型物質層またはアンドープト物質層であり、望ましくはｎ−ＧａＮ層またはＧａＮ層であるが、ＡｌまたはＩｎを所定の割合で含有するＡｌＧａＮ層でもＩｎＧａＮ層でもありうる。第１化合物半導体層１５２は第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２に区分されている。第１領域Ｒ１は第２領域Ｒ２に比べて相対的に広い領域である一方、第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１に比べて薄い。従って、両領域Ｒ１、Ｒ２間に段差が存在する。第２領域Ｒ２の上に第１電極１５４が形成されている。第１電極１５４はｎ型電極である。基板１５０には基板１５０の底面を入口とする第１溝ｈ１が形成されているが、第１溝ｈ１は基板１５０の表面近く、すなわち基板１５０と第１化合物半導体層１５２との界面近くまで拡張されている。この時、第１溝ｈ１の底厚みｔは基板１５０の種類により変わりうる。例えば、高抵抗性基板のサファイア基板はＧａＮ層基板やＳiＣ基板に比べて熱伝導性がはるかに小さいので、基板１５０がサファイア基板である時の第１溝ｈ１底の厚みをｔ１とし、ＧａＮ層基板またはＳiＣ基板である時の第１溝ｈ１底の厚みをｔ２とすれば、ｔ２＞ｔ１の関係が成立する。しかし、基板の種類に関係なく第１溝ｈ１の底は第１化合物半導体層１５２を通じ伝えられる熱を十分に除去できるほどに熱抵抗値が低くなりうる厚みであることが望ましい。
【００３６】
一方、点線で示された通り、熱放出効率を倍加させるために基板１５０に第２溝ｈ２がさらに備わることが可能で、必要によりさらに多数の溝が備わりうる。
【００３７】
基板１５０の底面上に第１溝ｈ１の底を覆う熱伝導特性が優秀な物質層１５６（以下、第１熱伝導層１５６）が形成されている。第１熱伝導層１５６は第１化合物半導体層１５２から伝えられる熱を放出させるための物質層であり、熱放出手段の一つであって第１溝ｈ１の底だけではなく、その側面を覆いつつ基板１５０の底面上に拡張されている。第１熱伝導層１５６は単一物質層または合金層であり、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＩｎよりなった群のうちから選択された少なくともいずれか一つを含む物質層であることが望ましいが、それ以外に熱伝導特性が優秀な他の単一物質層または合金層の場合もある。
【００３８】
このように、基板１５０の底面に第１化合物半導体層１５２から伝えられる熱の放出が十分に可能なほどに低い熱抵抗値を有する基板１５０の薄い部分と間接的に接触した第１熱伝導層１５６が備わっているので、レーザ発振の間に活性層から生じる熱を第１熱伝導層１５６を介して容易に除去でき、それによりレーザ発振による温度上昇で臨界電流値が上昇することとレーザ横モードが不安定になることなどを防止してレーザダイオードの特性が低下することを防止できる。
【００３９】
続いて、第１化合物半導体層１５２の第１領域Ｒ１上に第１クラッド層１５８及び共振基層１６０が順次に形成されている。第１クラッド層１５８はｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層である。共振基層１６０は第１クラッド層１５８の上に順次に形成された第１導波層１６０ａ、活性層１６０ｂ及び第２導波層１６０ｃを含む。第１化合物半導体層１５２、第１クラッド層１５８及び第１導波層１６０ａは活性層１６０ｂにレーザ発振を誘導するのに使われるレージングのための第１物質層である。従って、第１化合物半導体層１５２は第１物質層の最下層の物質層になる。活性層１６０ｂは電子−正孔などのキャリア再結合によりレージングが起こる物質層であり、ＭＱＷ構造を有するＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層が望ましく、その中でもＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そしてｘ＋ｙ≦１）層であることが一層望ましい。それ以外に活性層１６０ｂはＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層にＩｎを所定の割合で含有する物質層、例えばＩｎＧａＮ層でありうる。第１及び第２導波層１６０ａ、１６０ｃは活性層１６０ｂに比べて屈折率の低い一方、第１クラッド層１５８及び下記第２クラッド層よりも屈折率の高い物質層であってＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層であり、それぞれｎ−ＧａＮ層及びｐ−ＧａＮ層であることが望ましい。共振基層１６０の上に第２クラッド層１６２及び第２化合物半導体層１６４が順次に形成されている。第２導波層１６０ｃ、第２クラッド層１６２及び第２化合物半導体層１６４は活性層１６０ｂにレーザ発振を誘導するのに使われるレージングのための第２物質層を構成する。従って、第２化合物半導体層１６４は第２物質層の最上層の物質層になる。
【００４０】
前記第１及び第２物質層に関する内容は以下のあらゆる実施形態にそのまま適用される。
【００４１】
続いて、第２クラッド層１６２は共振基層１６０の中央に対応する部分がリッジ形に突出した突出部１６２ｂ及び突出部１６２ｂに比べて薄くて突出部１６２ｂを中心に左右対称に形成された部分１６２ａを含む。第２化合物半導体層１６４は前記第２物質層の最上層の物質層であって第２クラッド層１６２の突出部１６２ｂの上部面の上に形成されている。第２クラッド層１６２はドーピング物質がｐ型であることを除いては第１クラッド層１５８と同じ物質層である。第２化合物半導体層１６４はＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層であり、ｐ型導電性不純物がドーピングされた直接遷移型であることが望ましく、その中でもｐ−ＧａＮ層が一層望ましいが、第１化合物半導体層１５２と同様にＧａＮ層、ＡｌやＩｎを所定の割合で含有するＡｌＧａＮ層またはＩｎＧａＮ層でありうる。第２クラッド層１６２の全面は保護膜１６６で覆われており、保護膜１６６は第２化合物半導体層１６４の端部上にまで拡張されている。このような保護膜１６６の上に前記第２物質層の最上層の物質層と制限的に接触する、すなわち保護膜１６６の間で露出される第２化合物半導体層１６４と接触する第２電極１６８が形成されている。第２電極１６８はｐ型電極である。
【００４２】
このように、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードは従来の場合のように微細整列が伴う熱消散のための別の構造体に連結されずとも十分な熱放出効率を確保することができるので、従来に比べて製造工程時間を縮められ、収率を高められる。
【００４３】
＜第６実施形態＞
図１０を参照すれば、前記第１溝ｈ１を第１化合物半導体層１５２に拡張させて基板１５０及び第１化合物半導体層１５２よりなった物質層に基板１５０の底面を入口とする第１ビアホールｈ３を具備できる。図面に示されていないが、このような第１ビアホールｈ３は複数個備わることができ、図９に示された第２溝ｈ２と共に備わりうる。第１ビアホールｈ３はその底が第１化合物半導体層１５２の表面下まで到達するように形成されている。第１熱伝導層１５６は第１ビアホールｈ３を介して露出される第１化合物半導体層１５２と直接接触しているだけでなく、基板１５０の第１ビアホールｈ３を通じて露出される部分の全面、すなわち側面を覆って基板１５０の底面上に拡張されている。
【００４４】
このように、第１熱伝導層１５６が第１ビアホールｈ３を介して第１化合物半導体層１５２と直接接触しているので、レーザ発振の間に活性層から生じる熱を一層容易に除去できる。
＜第７実施形態＞
図１１を参照すれば、構成は図９に示された半導体レーザダイオードと同一であるが、基板１５０の底面を入口として第１化合物半導体層１５２の底面を底とする第２ビアホールｈ４が基板１５０に形成されている。第２ビアホールｈ４は図１２に示された通り基板１５０のｎ型電極１５４の下に対応する部分に備わり、複数の第２ビアホールｈ４が基板１５０に備わりうる。また、基板１５０には第２ビアホールｈ４と共に前述した第１溝ｈ１または第１化合物半導体層１５２に拡張された形の第１ビアホールｈ３が備わり、これらを組み合わせた形のビアホールが備わりうる。このような基板１５０の底面上に第２ビアホールｈ４または前記の通り組み合わせたビアホールを介して露出される物質層の全面を覆う第１熱伝導層１５６が備わっている。
＜第８実施形態＞
図１２に示された通り、第２ビアホールｈ４が基板１５０のｎ型電極１５４の真下に対応する部分が露出されるように備わった半導体レーザダイオードに関するものであり、レーザダイオードの残りの部分は第７実施形態と同一である。
＜第９実施形態＞
図１３を参照すれば、本実施形態によるレーザダイオードの構成は第５実施形態によるレーザダイオードと同一である。しかし、第２クラッド層１６２の突出部１６２ｂに対応する第１化合物半導体層１５２の底面の一部領域上に基板１５０が備わっており、基板１５０の周りの第１化合物半導体層１５２の底面全面は所定の厚みだけエッチングされており、基板１５０が備わった部分とそうでない部分との間に段差が存在する形で第１化合物半導体層１５２を備え、このような第１化合物半導体層１５２の底面上に基板１５０の全面を覆う第１熱伝導層１５６を備える半導体レーザダイオードがありうる。
＜第１０実施形態＞
図１４を参照すれば、レーザダイオードの構成は図１３に示された第９実施形態と同一である。しかし、第１化合物半導体層１５２の底面に段差がない、すなわち第１化合物半導体層１５２の底面にエッチングされた部分がない半導体レーザダイオードである。
＜第１１実施形態＞
図１５を参照すれば、本実施形態は基板１５０が図１３に示された通り第１化合物半導体層１５２底面中央に備わったものではなくて底面の一側に備わっており、基板１５０が備わった部分とそうでない部分との間に段差が存在する形で第１化合物半導体層１５２を備え、このような第１化合物半導体層１５２の底面上に基板１５０の上に拡張された第１熱伝導層１５６を備える半導体レーザダイオードに関したものである。
＜第１２実施形態＞
図１６に示された通り、レーザダイオードの構成は図１５と同一であるが、第１化合物半導体層１５２の底面に段差がない半導体レーザダイオードに関するものである。
【００４５】
次の第１３ないし第１８実施形態による半導体発光素子はｎ型及びｐ型電極が活性層を中心にして対向する半導体レーザダイオードに関するものである。
＜第１３実施形態＞
図１７を参照すれば、参照番号１５０は高抵抗性基板を示す。高抵抗性基板１５０は耐エッチング性基板であってサファイア基板である。高抵抗性基板１５０の上にレージング物質層が備わっていてこれに連結した電極物質層が備わっている。
【００４６】
具体的に、高抵抗性基板１５０の上に第１化合物半導体層１５２が備わっている。第１化合物半導体層１５２は直接遷移型であるＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層であり、ｎ−ＧａＮ層であることが望ましい。このような特性を有する第１化合物半導体層１５２の底面の一部は高抵抗性基板１５０に形成された第１ビアホールｈ３を介して露出されており、高抵抗性基板１５０の底面に第１ビアホールｈ３を介して露出される第１化合物半導体層１５２の一部領域と接触する導電層１７５が備わっている。導電層１７５は下部電極に使われる。第１化合物半導体層１５２の上に第１クラッド層１５８が備わっている。第１クラッド層１５８はｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層である。第１クラッド層１５８の上に共振基層１６０を構成する第１導波層１６０ａ、活性層１６０ｂ及び第２導波層１６０ｃが順次に備わっている。第１及び第２導波層１６０ａ、１６０ｃはＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層であり、それぞれはｎ−ＧａＮ層及びｐ−ＧａＮ層であることが望ましい。第１及び第２導波層１６０ａ、１６０ｃの屈折率は第１クラッド層１５２の屈折率より高い。活性層１６０ｂはＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層にＩｎを所定の割合で含有する物質層であり、例えばＩｎＧａＮ層である。活性層１６０ｂの屈折率は第１及び第２導波層１６０ａ、１６０ｃの屈折率より高い。このように、共振基層１６０の屈折率分布は中心から周辺に順次屈折率が下がる形であって光損失を減らすことができ、その結果活性層１６０ｂでのレーザ発振効率が高まるようになる。第２導波層１６０ｃの上に第２クラッド層１６２が備わっている。第２クラッド層１６２は第１クラッド層１５８と同じ物質層であるかｐ型物質層である。第２クラッド層１６２はリッジ形に突出した部分１６２ｂとこの部分より薄くて活性層１６０ｂに平行した部分１６２ａを含む。すなわち、第２クラッド層１６２の上部の一部、特に上部の真中部分は突出してリッジ部を構成する。第２クラッド層１６２の突出した部分（以下、リッジ部１６２ｂ）の上部面に第２化合物半導体層１６４が備わっている。第２化合物半導体層１６４は第１化合物半導体層１５２と同じ物質層であり、ｐ型物質層である。第２クラッド層１６２の全面は保護膜１６６で覆われており、保護膜１６６は第２化合物半導体層１６４の両側と対称的に接触している。保護膜１６６の上に導電層１６８が備わっており、導電層１６８は保護膜１６６間の第２化合物半導体層１６４と接触している。導電層１６８は上部電極に使われる。
＜第１４実施形態＞
図１８を参照すれば、第１化合物半導体層１５２の底面中央に高抵抗性基板パターン１５０ａが備わっており、その周りの第１化合物半導体層１５２の底面と高抵抗性基板パターン１５０ａの全面とは導電層１７５で覆われている。残りの部分は第１３実施形態と同一である。
＜第１５実施形態＞
図１９を参照すれば、基板１５０の上に第１化合物半導体層１５２、第１クラッド層１５８、共振基層１６０、第２クラッド層１６２、第２化合物半導体層１６４、保護膜１６６及び第２電極１６８が順次に形成されている。基板１５０に第１化合物半導体層１５２が露出される第１ビアホールｈ３が形成されている。第１ビアホールｈ３は第２電極１６８と対向させて備えるのが望ましいが、第２電極１６８を中心としていずれか一方に偏るように備えてもよい。
【００４７】
一方、点線で示された通り基板１５０に第１ビアホールｈ３と共に第１溝ｈ１がさらに備わりうる。このようにすれば第１溝ｈ１を介しても熱が放出されるので、熱放出効率は一層高まる。
【００４８】
続いて、基板１５０の底面上に第１ビアホールｈ３を介して露出される全面と接触した導電層１７５が形成されている。導電層１７５は基板１５０の底面上に第１ビアホールｈ３を介して露出される全面と接触するように形成されたオーミックコンタクト層１８０とオーミックコンタクト層１８０の上に形成された第２熱伝導層１７６とが順次に積層された形を含む。第２熱伝導層１７６は活性層１６０ｂから生じる熱を放出させる役割と共に第１電極（ｎ型電極）に使われる。オーミックコンタクト層１８０は第２熱伝導層１７６と第２化合物半導体層１５２間のポテンシャル障壁を整合させる役割を果たす。
【００４９】
このように、本実施形態の場合、ｎ型電極は熱伝導層の役割も兼ねている。
＜第１６実施形態＞
図２０を参照すれば、本実施形態によるレーザダイオードは第２クラッド層１６２の突出部１６２ｂに対応する第１化合物半導体層１５２底面の一部領域上に高抵抗性基板パターン１５０ａが形成されている。第１化合物半導体層１５２の露出された底面の全面及び高抵抗性基板パターン１５０ａの全面はオーミックコンタクト層１８０で覆われており、オーミックコンタクト層１８０は第２熱伝導層１７６で覆われている。この時、高抵抗性基板パターン１５０ａの周りの第１化合物半導体層１５２の底面は点線で示された通り厚みの一部が除去された形でありうる。このように、第１化合物半導体層１５２底面の表面形態は高抵抗性基板パターン１５０ａで覆われた部分とそうでない部分との間に段差が存在する形となる。
＜第１７実施形態＞
図２１を参照すれば、本実施形態によるレーザダイオードの構成は図１９に示されたものと同一である。しかし、基板１５０に第１化合物半導体層１５２の底面が露出される第２ビアホールｈ４が形成されている。第２ビアホールｈ４を介して露出される第１化合物半導体層１５２及び基板１５０の全面はオーミックコンタクト層１８０で覆われており、オーミックコンタクト層１８０はｎ型電極としても使われる第２熱伝導層１７６で覆われている。この時、第２ビアホールｈ４は第２電極１６８と対向して備わることが望ましいが、対向する位置からある程度外れた位置に備わってもよい。
【００５０】
一方、基板１５０に第２ビアホールｈ４のようなビアホールが複数個備わることができ、その中から選択されたいずれか一つのビアホールにだけオーミックコンタクト層を形成して電流通路として利用し、残りのビアホールは単に熱放出効率を高めるための用途に使用できる。
【００５１】
他方、基板１５０に第２ビアホールｈ４と共に第１溝ｈ１をさらに備えられる。
＜第１８実施形態＞
図２２を参照すれば、本実施形態によるレーザダイオードは基板１５０が第１化合物半導体層１５２の底面の真中に形成されずに底面の片方に偏って形成されたものである。基板１５０の周りの第１化合物半導体層１５２の底面の全面と基板１５０とはオーミックコンタクト層１８０で覆われており、オーミックコンタクト層１８０はｎ型電極に使われる第２熱伝導層１７６で覆われている。この時、図面に示されていないが、第１化合物半導体層１５２の底面は前記底面のうち基板１５０が形成されていない部分が所定厚みにエッチングされうる。これにより、第１化合物半導体層１５２の底面に段差が存在するようになる。
【００５２】
一方、前述の熱放出手段、すなわち多様な形で前記最下層の物質層と直接または間接に接触した第１または第２熱伝導層１５６、１７６を考慮すれば、他の形のレーザダイオードがさらにありうる。例えば、基板１５０を除去して最下層の物質層の第１化合物半導体層１５２の底面全面と第１熱伝導層１５６とが接触した形のレーザダイオードまたは第１化合物半導体層１５２の底面全面とオーミックコンタクト層１８０を挟んで第２熱伝導層１７６とが接触した形のレーザダイオードがさらにありうる。
【００５３】
具体的に、ｐ型電極１６８を形成した後、基板１５０をエッチングする工程において基板１５０を全部除去した後で第１化合物半導体層１５２の底面全面と接触するように第１熱伝導層１５６が備えられ、前記底面全面と接触するようにオーミックコンタクト層１８０が備えられ、その上にｎ型電極に使われる第２熱伝導層１７６が順次に備えられる。
【００５４】
次に本発明による発光素子に関する製造方法を説明する。
＜第１実施形態＞
図２３を参照すれば、高抵抗性基板２００の上に第１化合物半導体層２０２を形成する。高抵抗性基板２００は耐エッチング性基板であって望ましくはサファイア基板より形成される。第１化合物半導体層２０２はＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層より形成する。その中でも直接遷移型化合物半導体層より形成することが望ましいが、間接遷移型化合物半導体層より形成しても支障なく、直接遷移型化合物半導体のうちでもｎ−ＧａＮ層より形成することが一層望ましい。しかし、第１化合物半導体層２０２は導電性不純物がドーピングされていないＧａＮ系の化合物半導体層より形成してもよい。例えば、第１化合物半導体層２０２はアンドープトＧａＮ層やＡｌまたはＩｎを所定の割合で含有するＧａＮ層、例えばＩｎＧａＮ層やＡｌＧａＮ層より形成されることもある。第１化合物半導体層２０２の上に活性層２０４を形成する。活性層２０４はＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層より形成することが望ましいが、その中でもＭＱＷ構造を有する化合物半導体層より形成することが望ましく、特にＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そしてｘ＋ｙ≦１）層より形成することが一層望ましい。活性層２０４の上に第２化合物半導体層２０６及び活性層２０４から放出される光が透過されうる透光性導電層２０８を順次に形成する。第２化合物半導体層２０６は第１化合物半導体層２０２と同じ特性を有する物質層より形成することが望ましいが、ただドーピング物質としてｐ型物質を使用することが望ましい。従って、第２化合物半導体層２０６は例えばｐ−ＧａＮ層より形成することが望ましい。第２化合物半導体層２０６も第１化合物半導体層２０２と同様にアンドープト物質層より形成できるのであるが、この時は第１化合物半導体層２０２と同じ物質層より形成することが望ましい。透光性導電層２０８は上部電極に使われる。
【００５５】
続いて、透光性導電層２０８の上に感光膜（図示せず）を塗布した後で、これをパターニングしてパッド層が形成される透光性導電層２０８の一部領域をオープンさせる感光膜パターン２１２を形成する。感光膜パターン２１２はフォトレジスト膜パターンより形成する。感光膜パターン２１２の上に透光性導電層２０８の露出された領域を覆うパッド導電層２１０を形成する。その後、感光膜パターン２１２を除去する。この時、感光膜パターン２１２の上に形成されたパッド導電層は感光膜パターン２１２が除去されるのと同時に除去される。感光膜パターン２１２をアッシングしてストリップするのに使われる薬品は透光性導電層２０８の上に形成されたパッド導電層２１０になんらの影響も与えない。従って、感光膜パターン２１２を除去した後、透光性導電層２０８上には図２４に示された通りパッド導電層パターン２１０ａだけ残るようになる。パッド導電層パターン２１０ａはパッド層であり、以下パッド層２１０ａとする。パッド層２１０ａはパッケージ工程において透光性導電層２０８をボンディングするのに使われる。
【００５６】
図２５を参照すれば、パッド層２１０ａを形成した結果物をひっくり返して高抵抗性基板２００の底面が上面になるようにする。この状態で高抵抗性基板２００の底面の全面をグラインディング、ラッピング及びポリッシングする。このような高抵抗性基板２００の底面にマスク層（図示せず）を形成する。前記マスク層はソフトまたはハードマスク層であってソフトマスク層の場合にはフォトレジスト膜より、ハードマスク層の場合にはシリコン酸化膜またはＮｉ層のような金属層よりそれぞれ形成することが望ましい。前記マスク層をパターニングして高抵抗性基板２００の底面にビアホール形成領域を露出させるマスクパターン２１４を形成する。マスクパターン２１４をエッチングマスクとして高抵抗性基板２００底面の露出された領域をエッチングし、前記エッチングは第１化合物半導体層２０２が露出されるまで実施する。この時、高抵抗性基板２００は少なくともＣｌ₂及びＢＣｌ₃ガスを反応ガスに使用する乾式エッチング方法でエッチングする。前記乾式エッチングに使われる反応ガスにＡｒがさらに含まれうる。
【００５７】
次の実施形態において高抵抗性基板のエッチングは前記乾式エッチング方式を利用することとし、それに関する詳細な説明は省略する。
【００５８】
図２６を参照すれば、前記エッチングにより、高抵抗性基板２００に第１化合物半導体層２０２の底面が露出されるビアホール２１６が形成されるが、その後マスクパターン２１４を除去する。
【００５９】
図２７を参照すれば、ビアホール２１６が形成された高抵抗性基板２００の底面上に、望ましくは全面に、ビアホール２１６を介して露出される第１化合物半導体層２０２の底面と接触するように導電層２１８を形成する。導電層２１８は下部電極に使われる。前記エッチング過程において高抵抗性基板２００の耐エッチング性によりビアホール２１６の側壁は緩慢に傾斜した形に形成されるために、導電層２１８の段差塗布性、すなわちステップ範囲はよくなる。従って、導電層２１８を均一な厚みに形成できる。
【００６０】
このように、それぞれ上部及び下部電極に使われる透光性導電層及び導電層２０８、２１８と活性層２０４と第１及び第２化合物半導体層２０２、２０６とパッド層２１０ａと第１化合物半導体層２０２の底面が露出されるようにビアホール２１６が形成されている高抵抗性基板２００を備える上方放出型発光ダイオードが形成される。
＜第２実施形態＞
図２８を参照すれば、高抵抗性基板２００の上に第１化合物半導体層２０２、活性層２０４及び第２化合物半導体層２０６を順次に形成する。これら物質層に関する説明は第１実施形態を参照する。第２化合物半導体層２０６の上に導電層２２０を形成する。この時、導電層２２０は上部電極であり活性層２０４から放出される光が遮断できる程度の厚みに形成することが望ましい。
【００６１】
続いて、図２９に示された通り第１実施形態により高抵抗性基板２００をひっくり返した後で高抵抗性基板２００に第１化合物半導体層２０２の底面が露出されるビアホール２１６を形成する。そして、高抵抗性基板２００の底面上に（望ましくは全面に）第１化合物半導体層２０２の露出された底面と接触するように透光性導電層２２２を形成する。透光性導電層２２２は下部電極に使われる。透光性導電層２２２の上にパッド導電層（図示せず）を形成した後で、これをパターニングしてパッド層２２４を形成する。パッド層２２４はパッケージ工程において透光性導電層２２２のボンディングのためのものである。
【００６２】
これにより、第１実施形態と同様に第１化合物半導体層２０２の底面が露出されるビアホール２１６が形成されている高抵抗性基板２００を含む発光ダイオードが形成される。しかし、第２実施形態では第１実施形態とは異なって高抵抗性基板２００の底面に第１化合物半導体層２０２と接触する下部電極が透明であり、下部電極の底面にパッド層２２４が形成される下方放出型発光ダイオードが形成される。
＜第３実施形態＞
第１実施形態の場合のように上方放出型発光ダイオードの製造方法に関するものであるが、高抵抗性基板２００のエッチング工程以後の工程を異にする場合である。従って、高抵抗性基板２００底面のグラインディング、ラッピング、ポリッシング工程までは第１実施形態により進められる。
【００６３】
その後、図３０に示された通り、高抵抗性基板２００の底面上に基板２００の所定領域だけを覆って残りの領域は露出させるマスクパターン２２６を形成する。望ましくはマスクパターン２２６は高抵抗性基板２００の底面の真中の領域上に形成する。マスクパターン２２６をエッチングマスクとして高抵抗性基板２００底面の露出された全面をエッチングする。エッチングは第１化合物半導体層２０２の底面が露出されるまで実施する。
【００６４】
図３１を参照すれば、前記エッチングの結果、高抵抗性基板２００底面中央の領域を除外した全領域がエッチングされて第１化合物半導体層２０２の底面の真中の領域を覆う高抵抗性基板パターン２００ａが形成され、第１化合物半導体層２０２の底面は高抵抗性基板パターン２００ａで覆われた真中を除外した全領域が露出される。前記エッチングにより、前記露出された領域は所定の厚みだけ除去される。高抵抗性基板２００の耐エッチング性により、高抵抗性基板パターン２００ａはその側面がポジティブな傾斜を有するように形成される。すなわち、高抵抗性基板パターン２００ａのマスクパターン２２６により覆われた部分の面積は第１化合物半導体層２０２の底面と接触した部分の面積より狭い。
【００６５】
続いて、マスクパターン２２６を除去した後、図３２に示された通り、前記エッチングにより露出された第１化合物半導体層２０２の底面上に高抵抗性基板パターン２００ａの全面を覆う形で導電層２２８を形成する。導電層２２８は下部電極に使われて光を反射する。
【００６６】
これにより、高抵抗性基板パターン２００ａが第１化合物半導体層２０２の底面の真中と接触しており、その周りの第１化合物半導体層２０２の底面と接触する光反射下部電極を有する上方放出型発光ダイオードが形成される。
【００６７】
＜第４実施形態＞
第３実施形態による製造方法と第２実施形態による製造方法とを結合した場合である。
【００６８】
具体的に、図３３に示された通り、第２実施形態による製造方法により高抵抗性基板２００の底面を研磨する工程を進行する。次に、高抵抗性基板２００の底面に図３４に示されたような形の高抵抗性基板パターン２００ａを形成するためのマスクパターン２３０を形成する。マスクパターン２３０をエッチングマスクとして高抵抗性基板２００の底面の露出された全面をエッチングした後で、マスクパターン２３０を除去する。この結果、第３実施形態による製造方法において説明した高抵抗性基板パターン２００ａが第１化合物半導体層２０２の底面の真中に形成される。高抵抗性基板パターン２００ａの全面とその周りの第１化合物半導体層２０２の底面上に活性層２０４から放出される光に対して透明な透光性導電層２３２を形成する。透光性導電層２３２は下部電極に使われる。透光性導電層２３２の全面にパッド導電層（図示せず）を形成した後で、パターニングしてパッド層２３４を形成する。パッド層２３４は透光性導電層２３２のいずれの領域上にも形成できるが、ボンディング工程を考慮する時、高抵抗性基板パターン２００ａの底面に対応する領域上に形成することが望ましい。
【００６９】
これにより、高抵抗性基板パターン２００ａが第１化合物半導体層２０２の底面の真中と接触しており、その周りの第１化合物半導体層２０２の底面と接触する透光性下部電極２３２を有する下方放出型発光ダイオードが形成される。
＜第５実施形態＞
前記第１３実施形態によるレーザダイオードを製造する方法に関するものである。図３５は高抵抗性基板上にレージングのための物質層を順次に形成する過程を示す。
【００７０】
具体的に、図３５を参照すれば、高抵抗性基板３００の上に第１化合物半導体層３０２、第１クラッド層３０４、第１導波層３０６、活性層３０８、第２導波層３１０、第２クラッド層３１２及び第２化合物半導体層３１４を順次に形成する。活性層３０８と共に第１及び第２導波層３０６、３１０はレージングのための共振基層に使われる。高抵抗性基板３００は耐エッチング性基板であってサファイア基板より形成されることが望ましい。第１及び第２化合物半導体層３０２、３１４はどちらもＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層より形成するのであるが、直接遷移型に形成することが望ましく、その中でもそれぞれｎ−ＧａＮ層及びｐ−ＧａＮ層より形成することが一層望ましい。遷移形態は大きく制限する必要がないので、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層のうちから間接遷移型化合物層より形成もできる。また、第１及び第２化合物半導体層３０２、３１４はアンドープトＧａＮ層やＡｌまたはＩｎを所定の割合で含有するＧａＮ層、例えばＩｎＧａＮ層やＡｌＧａＮ層より形成できる。また、必ずＧａＮ系列ではなくても窒化物でない物質層より形成できる。活性層３０８はＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層より形成することが望ましいが、その中でもＭＱＷ構造を有する化合物半導体層より形成することが望ましく、特にＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１そしてｘ＋ｙ≦１）層より形成することが一層望ましい。第１及び第２クラッド層３０４、３１２はそれぞれ第１及び第２導波層３０６、３１０だけではなく活性層３０８より屈折率の低い物質層より形成することが望ましく、その中でも第１クラッド層３０４はｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層より形成することが望ましく、第２クラッド層３１０はｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層より形成することが望ましい。第１及び第２導波層３０６、３１０は第１及び第２クラッド層３０４、３１２より屈折率が高い物質層より形成するが、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層より形成することが望ましく、一層望ましくは第１導波層３０６はｎ−ＧａＮ層で、第２導波層３１０はｐ−ＧａＮ層でそれぞれ形成する。第１及び第２導波層３０６、３１０は第１及び第２クラッド層３０４、３１２と共に活性層３０８から放出される光のうちから共振基層の軸と垂直方向に放出される光を活性層３０８に全反射させ、事実上前記光を活性層３０８内に閉じ込める役割を果たす。このために活性層３０８は第１及び第２導波層３０６、３１０より屈折率が高い物質層より形成することが望ましい。活性層３０８は実質的にレージングが起こる物質層であり、ＧａＮ系のIII−Ｖ族窒化物化合物半導体層より形成することが望ましいが、Ｉｎを所定の割合で添加したＩｎＧａＮ層より形成することが一層望ましい。活性層３０８はＧａＮ系列物質層以外にIII−Ｖ族化合物半導体物質層より形成することもでき、この時は第１及び第２導波層３０６、３１０、第１及び第２クラッド層３０４、３１２、第１及び第２化合物半導体層３０２、３１４なども前記活性層３０８と見合う物質的特性を有する他の物質層より形成することが望ましい。
【００７１】
続いて、第２化合物半導体層３１４の上に感光膜（図示せず）を塗布した後で、パターニングして第２化合物半導体層３１４の所定領域を覆う感光膜パターン３１６を形成する。感光膜パターン３１６は第２クラッド層３１２をリッジ形にパターニングするためのマスクパターンである。
【００７２】
図３６を参照すれば、感光膜パターン３１６をエッチングマスクとして第２化合物半導体層３１４の露出された部分をエッチングした後で、続いて第２クラッド層３１２の露出される部分を所定の厚みほど除去する。このように、第２クラッド層３１２は感光膜パターン３１６が形成された部分を除外した残りの部分は薄くて感光膜パターン３１６が形成された真中部分は相対的に厚い、すなわち上部面の真中部分が突出したリッジ（またはリーブ）構造に形成される。また、第２クラッド層３１２の突出した部分の上部面上に第２化合物半導体層パターン３１４ａが形成される。
【００７３】
続いて、感光膜パターン３１６を除去した後、図３７に示された通り、リッジ形の第２クラッド層３１２の全面に保護膜３１８を形成した後で、第２化合物半導体層パターン３１４ａの一部領域、望ましくは真中の領域が露出されるようにパターニングする。これにより、第２クラッド層３１２の上に第２化合物半導体層パターン３１４ａと対称的に接触する保護膜３１８が形成される。保護膜３１８の上に第２化合物半導体層パターン３１４ａの露出された領域と接触するように導電層３２０を形成する。導電層３２０は上部電極に使われる。
【００７４】
図３８を参照すれば、導電層３２０を形成した後で、結果物をひっくり返して高抵抗性基板３００の底面が上面になるようにする。次に、高抵抗性基板３００の底面をグラインディング、ラッピング及びポリッシングして素子を支持できる程度の厚みまで除去する。このように研磨された高抵抗性基板３００の底面上にマスク層（図示せず）を形成する。前記マスク層はフォトレジスト膜、シリコン酸化膜、または金属層（例えば、Ｎｉ層）より形成する。前記マスク層をパターニングして高抵抗性基板３００の底面上にビアホールが形成される領域を露出させるマスクパターン３２２を形成する。マスクパターン３２２をエッチングマスクとして高抵抗性基板３００の露出された部分をエッチングする。前記エッチングは第１化合物半導体層３０２の底面が露出されるまで実施する。
【００７５】
これにより図３９に示された通り、高抵抗性基板３００に第１化合物半導体層３０２の底面が露出されるビアホール３２４が形成される。マスクパターン３２２を除去した後（マスクパターン３２２がフォトレジストパターンでない場合、すなわちシリコン酸化膜パターンや金属層パターンのようにハードマスクパターンの場合には除去しなくてもよい）、図４０に示された通り、高抵抗性基板３００の底面上に（望ましくは全面に）ビアホール３２４を介して露出される第１化合物半導体層３０２の底面と接触するように導電層３２６を形成する。具体的に示されていないが、導電層３２６は複層に形成できる。例えば、高抵抗性基板３００の底面上にビアホール３２４を介して露出される第１化合物半導体層３０２の底面と接触するようにオーミックコンタクト層（図１９または図２１の１８０参照）を形成した後で、前記オーミックコンタクト層の上に熱伝導層（図１９R>９または図２１の１７６参照）を形成する方法により形成できる。導電層３２６は下部電極に使われる。レージング過程で生じる熱が問題にならない場合、導電層３２６はビアホール３２４を充填する形に形成できる。
【００７６】
これにより、対向する電極間にレージング物質層を備えて下部電極が高抵抗性基板に形成されたビアホールを介して前記レージング物質層と接触する形のレーザダイオードが形成される。
＜第６実施形態＞本発明の発光素子関連の実施形態のうちで第１４実施形態であって前述の半導体レーザダイオードに関する製造方法に関わるものである。
【００７７】
本実施形態において高抵抗性基板３００の底面を研磨する工程までは第５実施形態により進められる。
【００７８】
その後、図４１に示された通り、高抵抗性基板３００の底面上に底面の所定領域（望ましくは、真中）を覆って残りの部分は露出させるマスクパターン３２８を形成する。マスクパターン３２８をエッチングマスクとして高抵抗性基板３００の露出された部分を第１化合物半導体層３０２の底面が露出されるまでエッチングすれば、図４２に示された通り第１化合物半導体層３０２の底面の所定部分（望ましくは、真中）を覆う高抵抗性基板パターン３００ａが形成され、その周りの第１化合物半導体層３０２の底面が露出される。
【００７９】
続いて、マスクパターン３２８を除去し、図４３に示された通り高抵抗性基板パターン３００ａの全面を覆う導電層３３０を第１化合物半導体層３０２の露出された底面上に形成する。導電層３３０は下部電極に使われる。高抵抗性基板パターン３００ａはその側面がポジティブな傾斜を有するように形成されるので、導電層３３０は全領域にわたって均一な厚みに形成される。導電層３３０は第５実施形態に記述した通り複層に形成できる。
【００８０】
これにより、対向する電極間にレージングのための物質層が備わっているが、高抵抗性基板パターンがレージングのための物質層とこれに接触する下部電極に囲まれた形のレーザダイオードが形成される。
【００８１】
一方、高抵抗性基板３００に第１化合物半導体層３０２の底面を露出させるためのビアホール３３２を形成する過程において発光素子の分離のためのエッチングを併行できる。この過程は前記のさまざまな実施形態による製造方法のうちで高抵抗性基板にビアホールが形成される任意工程に適用できる。
【００８２】
具体的に、図４４に示された通り、高抵抗性基板３００にビアホール３３２を形成すると同時に発光素子の境界領域に素子分離のためのトレンチ３３４を形成する。これにより、発光素子を分離するための別のダイアモンドカッティング工程が必要なく、単にトレンチ３３４が形成された部分の反対側を押さえるだけで発光素子を分離できる。参照符号Ａは発光素子が形成される領域を示す。
【００８３】
前記の説明に多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものというより、望ましい実施形態の例示として解釈さるべきである。例えば、本発明が属する技術分野にて通常の知識を有した者ならば高抵抗性基板の底面を研磨するに先立って高抵抗性基板上に形成された結果物を保護するための保護膜を形成することもできるであろう。また、上部及び下部電極間の発光物質層またはレージング物質層の構成を異ならせることもでき、レーザダイオードの場合、活性層と上部電極間の形をリッジ構造と別の形に構成できるであろう。また、前述の本発明の技術的思想を利得導波型だけでなく、屈折導波型レーザダイオードにも適用できるであろう。このように本発明の技術的思想を基とする変形された実施形態がさらにありうるので、本発明の範囲は説明された実施形態により定められるのではなく、特許請求範囲に記載された技術的思想により定められるべきである。
【００８４】
【発明の効果】
前述の通り、本発明に係る発光素子では、基板の底面にレージングのためのｎ型物質層と接触した熱伝導性が優秀な物質層を備えるため、素子の特性が低下することを防止できる。また、本発明に係る発光素子の製造方法では、従来のフリップチップボンディング工程なくしてもレーザ発振中に活性層から生じる熱を効果的に除去でき、工程時間の短縮（従来に比べて１／４に短縮）及び収率上昇を図りつつ素子の特性が低下することも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、発光ダイオードの断面図である。
【図２】 従来技術によるｎ型及びｐ型電極が一方に形成されたリッジウェーブガイドを備えるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの断面図である。
【図３】 従来技術によるｎ型及びｐ型電極が活性層を中心に上下に対向されるよう形成されたリッジウェーブガイドを備えるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの断面図である。
【図４】 図２の半導体レーザダイオードと熱放出構造体の結合を示した断面図である。
【図５】 本発明の第１実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、発光ダイオードに関する断面図である。
【図６】 本発明の第２実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、発光ダイオードに関する断面図である。
【図７】 本発明の第３実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、発光ダイオードに関する断面図である。
【図８】 本発明の第４実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、発光ダイオードに関する断面図である。
【図９】 本発明の第５実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１０】 本発明の第６実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１１】 本発明の第７実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１２】 本発明の第８実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１３】 本発明の第９実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１４】 本発明の第１０実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１５】 本発明の第１１実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１６】 本発明の第１２実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１７】 本発明の第１３実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１８】 本発明の第１４実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図１９】 本発明の第１５実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図２０】 本発明の第１６実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図２１】 本発明の第１７実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図２２】 本発明の第１８実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の断面図であり、半導体レーザダイオードの断面図である。
【図２３】 本発明の第１実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２４】 本発明の第１実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２５】 本発明の第１実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２６】 本発明の第１実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２７】 本発明の第１実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２８】 本発明の第２実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２９】 本発明の第２実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図３０】 本発明の第３実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図３１】 本発明の第３実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図３２】 本発明の第３実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図３３】 本発明の第４実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法の一部段階を示した断面図である。
【図３４】 本発明の第４実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法の一部段階を示した断面図である。
【図３５】 図１７に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図３６】 図１７に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図３７】 図１７に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図３８】 図１７に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図３９】 図１７に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図４０】 図１７に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図４１】 図１８に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図４２】 図１８に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図４３】 図１８に示されたＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図４４】 本発明の実施形態によるＧａＮ系列III−Ｖ族窒化物半導体発光素子の製造方法に共通する工程の一段階を示した断面図である。
【符号の説明】
５０…透光性導電層、
５２…パッド層、
５４…第２化合物半導体層、
５６…活性層、
５８…第１化合物半導体層、
６０…高抵抗性基板、
６２…ビアホール、
６４…導電層。

Claims (23)

1. 光放出が起こる活性層と、
   前記活性層を挟んで対向して前記活性層にレーザ発振を誘導するレージングのための第１及び第２物質層と、
   前記第１物質層の最下層の上面部に接触した第１電極と、
   前記第２物質層の最上層と制限的に接触した第２電極と、
   効果的な熱放出のために前記第１物質層の最下層の下面部と接触した熱放出手段とを備えることを特徴とする発光素子。
2. 前記熱放出手段は熱伝導層であり、前記第１物質層の最下層と前記熱伝導層とは一部領域だけ接触しており、両者の残りの領域間に基板が備わっていることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
3. 前記熱伝導層と前記第１物質層の最下層の一部領域は、前記基板に形成されたビアホールを介して互いに接触したことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
4. 前記ビアホールが形成された前記基板に、前記第１物質層の最下層に向かう溝がさらに形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
5. 前記ビアホールは、前記第１電極に対応する基板領域に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
6. 前記基板に、複数の前記ビアホールが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
7. 前記ビアホールは、前記第１物質層の最下層に拡張されたことを特徴とする請求項３ないし６のうちいずれか１に記載の発光素子。
8. 前記最下層物質層の底面の前記基板が形成された部分とそうでない部分との間に段差が存在し、前記最下層物質層の底面の前記基板が形成されていない部分は所定の厚みほどエッチングされていることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
9. 前記熱伝導層の一部は、前記溝を介して前記最下層の物質層と間接的に接触していることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
10. 前記基板に前記のような溝が複数個形成されていることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
11. 前記基板に前記ビアホールが前記最下層の物質層に拡張された形のビアホールがさらに備わっていることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
12. 前記熱伝導層は金、白金、銀、銅、ニッケル及びインジウムよりなった群のうちから選択された少なくともいずれか一つを含む物質層であることを特徴とする請求項１、２、３または９に記載の発光素子。
13. 前記基板は、高抵抗性基板、シリコンカーボン基板またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板であることを特徴とする請求項２、３、４、６、８、１０または１１に記載の発光素子。
14. 高抵抗性基板上にレージングのための物質層を形成する第１段階と、
    前記物質層上に第１電極を形成する第２段階と、
    前記物質層が露出されるように前記高抵抗性基板の一部をエッチングする第３段階と、
    前記高抵抗性基板の底面上に前記露出された物質層の一部または全面を覆う第２電極を形成する第４段階と、を含み、
    前記第４段階は、
    前記高抵抗性基板の底面上に前記露出された物質層の一部または全面を覆うオーミックコンタクト層を形成する段階と、
    前記オーミックコンタクト層の上に熱伝導層を形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
15. 前記第１段階は、
    前記高抵抗性基板上に第１化合物半導体層、第１クラッド層、共振基層、第２クラッド層及び第２化合物半導体層を順次に形成する段階と、
    前記第２化合物半導体層上に前記第２化合物半導体層の所定領域を覆うマスクパターンを形成する段階と、
    前記マスクパターンをエッチングマスクとして前記第２化合物半導体層及び前記第２クラッド層を順次にパターニングするが、前記第２クラッド層はリッジ形にパターニングする段階と、
    前記マスクパターンを除去する段階と、
    前記リッジ形にパターニングされた前記第２クラッド層の上に前記パターニングされた第２化合物半導体層の一部と接触する保護膜を形成する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
16. 前記第３段階は、
    前記高抵抗性基板の底面を研磨する段階と、
    前記高抵抗性基板をエッチングして前記第１化合物半導体層の底面を露出させる段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の発光素子の製造方法。
17. 前記高抵抗性基板は、サファイア基板より形成されることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
18. 前記高抵抗性基板の底面を研磨する段階は、グラインディング、ラッピングまたはポリッシング方法を利用することを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
19. 前記高抵抗性基板のエッチングは、少なくともＣｌ_２及びＢＣｌ_３ガスを反応ガスに使用する乾式エッチング方法により行われることを特徴とする請求項１４または１６に記載の発光素子の製造方法。
20. 前記反応ガスとして、アルゴンガスをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の発光素子の製造方法。
21. 前記高抵抗性基板のエッチングは、前記第１化合物半導体層の底面が露出されるビアホールが前記高抵抗性基板に形成されるように行われることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
22. 前記高抵抗性基板のエッチングは、前記高抵抗性基板の一部領域を除外した残りの領域が全て除去されるように行われることを特徴とする請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
23. 前記共振基層は、前記第１クラッド層の上に第１導波層、活性層及び第２導波層を順次に形成して形成することを特徴とする請求項１５に記載の発光素子の製造方法。

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