JP2008124411A

JP2008124411A - Nitride semiconductor light-emitting diode element

Info

Publication number: JP2008124411A
Application number: JP2006356835A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Kudo; 広光工藤; Koichi Taniguchi; 浩一谷口; Hiroaki Okagawa; 広明岡川; Susumu Hiraoka; 晋平岡
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-05-29

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride LED with improved luminous output power by improving light extraction efficiency. SOLUTION: A nitride semiconductor light emitting diode element 1 is provided with a nitride semiconductor layer 12 having a bottom surface and an upper surface and including a light emitting layer 12b inside, and a holding substrate 11 comprising a metal is joined to the bottom surface side of the nitride semiconductor layer 12. On the bottom surface of the nitride semiconductor layer 12, a light-reflecting recess portion A1 reflecting the light generated by the light emitting layer 12b to the upper surface side is formed. In the nitride semiconductor light emitting diode element 1, the light propagated in the nitride semiconductor layer 12 in the layer direction among the light generated by the light emitting layer 12b is reflected by the light-reflecting recess portion A1 to change the travelling direction. Thus, the rate of the light incident on the upper surface of the nitride semiconductor layer 12 within a critical angle is increased. Thus, light extraction efficiency is improved, compared with that of the conventional nitride semiconductor light emitting diode elements. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光素子構造の主要部を窒化物半導体で構成した窒化物半導体発光ダイオード素子（以下「窒化物ＬＥＤ」ともいう。）に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor light-emitting diode element (hereinafter also referred to as “nitride LED”) in which a main part of a light-emitting element structure is formed of a nitride semiconductor.

窒化物半導体は、化学式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、３族窒化物半導体、窒化ガリウム系半導体などとも呼ばれる。上記化学式において、３族元素の一部をＢ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。 The nitride semiconductor is a compound semiconductor represented by a chemical formula Al _a In _b Ga _1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), and is a group III nitride semiconductor Also called gallium nitride semiconductor. In the above chemical formula, a part of the group 3 element is substituted with B (boron), Tl (thallium), etc., and a part of N (nitrogen) is P (phosphorus), As (arsenic), Sb (antimony) Those substituted with Bi (bismuth) or the like are also included in the nitride semiconductor.

底面および上面を有し、内部に発光層を含む窒化物半導体層を備え、該窒化物半導体層の底面側に、金属または半導体からなる保持基板が接合された、垂直型の素子構造を有する窒化物ＬＥＤが公知である（特許文献１、特許文献２）。かかる構成を有する窒化物ＬＥＤでは、発光層で生じた光が窒化物半導体層の上面側から取り出される。
米国特許公開公報２００６／０１５４３８９号特開２００６−１５６９５０号公報特開２００３−２１８３８３号公報特開２００６−２６１６５９号公報特開２００４−１３４８０３号公報特表２００６−５０１６５６特開２００５−３０２８０４特開２００６−５４２９５号公報ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス，第４５巻，第３９号，２００６年，第Ｌ１０４５〜Ｌ１０４７頁（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．３９，２００６，ｐｐ．Ｌ１０４５−Ｌ１０４７）ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス，第４４巻，第１０号，２００５年，第７４１４〜７４１７頁（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１０，２００５，ｐｐ．７４１４−７４１７） Nitride having a vertical device structure having a nitride semiconductor layer including a light emitting layer inside having a bottom surface and a top surface, and a holding substrate made of metal or semiconductor bonded to the bottom surface side of the nitride semiconductor layer LED is known (Patent Document 1, Patent Document 2). In the nitride LED having such a configuration, light generated in the light emitting layer is extracted from the upper surface side of the nitride semiconductor layer.
US Patent Publication No. 2006/0154389 JP 2006-156950 A JP 2003-218383 A JP 2006-261659 A JP 2004-134803 A Special table 2006-501656 JP 2005-302804 A JP 2006-54295 A Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 39, 2006, pp. L1045-L1047 (Japan Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 39, 2006, pp. L1045-L1047) Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 10, 2005, pp. 7414-7417 (Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 10, 2005, pp. 7414-7417)

窒化物ＬＥＤは、樹脂、ガラス等の透光性材料で封止されるか、あるいは気密封止された状態で使用されるが、窒化物半導体の屈折率が、樹脂、ガラスおよび空気の屈折率よりもかなり高いために、素子の光取出し効率が低いという問題がある。つまり、発光層で生じた光のうち、窒化物半導体層の上面に臨界角以内で入射する光だけが、素子の外部に効率的に放射されるのであるが、この臨界角が小さいために、多くの光が窒化物半導体層内を層方向に伝播することになる。この伝播光は発光層などにより吸収を受け、熱に変換される。 Nitride LEDs are sealed with a light-transmitting material such as resin or glass, or are used in a hermetically sealed state, but the refractive index of nitride semiconductor is the refractive index of resin, glass and air. Therefore, there is a problem that the light extraction efficiency of the element is low. In other words, only the light incident on the upper surface of the nitride semiconductor layer within the critical angle out of the light generated in the light emitting layer is radiated efficiently to the outside of the device, but because this critical angle is small, A lot of light propagates in the nitride semiconductor layer in the layer direction. This propagating light is absorbed by the light emitting layer and converted into heat.

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、光取出し効率を改善することにより発光出力を向上させた窒化物ＬＥＤを提供することである。 This invention is made | formed in view of such a situation, The objective is to provide nitride LED which improved the light emission output by improving light extraction efficiency.

上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子は、次の特徴を有する。 In order to achieve the above object, a nitride semiconductor light emitting diode device according to an embodiment of the present invention has the following characteristics.

（１）底面および上面を有し、内部に発光層を含む窒化物半導体層を備え、該窒化物半導体層の底面側に金属または半導体からなる保持基板が接合された窒化物半導体発光ダイオード素子であって、前記窒化物半導体層の底面には、前記発光層で生じた光を上面側に反射する光反射凹部が形成されていることを特徴とする、窒化物半導体発光ダイオード素子。
（２）前記光反射凹部が前記発光層に達している請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（３）前記窒化物半導体層の底面の形状が方形であり、前記光反射凹部が溝であり、該溝の長さの合計が、前記方形の対角線の長さの４倍以下である、前記（２）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（４）前記溝の幅が５μｍ以下である前記（２）または（３）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（５）前記窒化物半導体層の底面の形状が方形であり、該底面には、光反射凹部として溝が形成されており、該溝は前記方形の全ての辺と１０度〜８０度の角度で交わる方向に伸びる部分を有しており、該部分の長さの合計が前記方形の対角線の長さの５０％以上である、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（６）前記窒化物半導体層の底面の形状が四角形または六角形であり、該底面には光反射凹部として直線状の溝が一本のみ、該四角形または六角形の対角線のひとつに沿って形成されており、かつ、該溝の長さが該対角線の長さと実質的に等しい、前記（１）または（２）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（７）前記光反射凹部の断面がＶ字状または台形状である、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（８）前記保持基板が、前記窒化物半導体層の上に堆積された金属からなる、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（９）前記保持基板が、前記窒化物半導体層に直接ウェハボンディングにより接合された半導体基板である、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１０）前記光反射凹部の内壁面が、前記窒化物半導体層の側面と連続していない、前記（９）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１１）前記保持基板が、前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体からなる、前記（９）または（１０）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１２）前記保持基板がＺｎＯからなる、前記（１１）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１３）前記窒化物半導体層の上面に、当該窒化物半導体層の成長に用いられた半導体基板に由来する透光性半導体層が接合されている、前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１４）前記透光性半導体層が、前記窒化物半導体層の屈折率と同程度、あるいは、それよりも高い屈折率を有している、前記（１３）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１５）前記透光性半導体層が、窒化物半導体基板またはＳｉＣ基板に由来している、前記（１３）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１６）前記透光性半導体層の表面が凹凸状に加工されている、前記（１３）〜（１５）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１７）前記透光性半導体層の表面に錐体状または錐台状の突起が形成されている、前記（１６）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１８）前記透光性半導体層の表面が、錐体状、錘台状またはドーム状に加工されている、前記（１３）〜（１５）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（１９）前記窒化物半導体層の上面の上にパッド電極を有しており、該パッド電極が、前記光反射凹部の上方を避けるように形成されている、前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 (1) A nitride semiconductor light emitting diode element having a bottom surface and a top surface, including a nitride semiconductor layer including a light emitting layer therein, and having a holding substrate made of metal or semiconductor bonded to the bottom surface side of the nitride semiconductor layer. A nitride semiconductor light emitting diode element, wherein a light reflecting recess for reflecting light generated in the light emitting layer to an upper surface side is formed on a bottom surface of the nitride semiconductor layer.
(2) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (1), wherein the light reflecting recess reaches the light emitting layer.
(3) The shape of the bottom surface of the nitride semiconductor layer is a square, the light reflecting recess is a groove, and the total length of the grooves is not more than four times the diagonal length of the square. The nitride semiconductor light-emitting diode device according to (2).
(4) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (2) or (3), wherein the groove has a width of 5 μm or less.
(5) The shape of the bottom surface of the nitride semiconductor layer is square, and grooves are formed on the bottom surface as light reflecting recesses, and the grooves have an angle of 10 to 80 degrees with all sides of the square. The nitride according to any one of the above (1) to (4), which has a portion extending in a direction intersecting with each other, and the total length of the portion is 50% or more of the length of the diagonal line of the square Semiconductor light emitting diode element.
(6) The shape of the bottom surface of the nitride semiconductor layer is square or hexagonal, and only one linear groove is formed on the bottom surface as a light reflecting recess along one of the diagonal lines of the square or hexagon. The nitride semiconductor light-emitting diode device according to (1) or (2), wherein the groove has a length substantially equal to a length of the diagonal line.
(7) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of (1) to (6), wherein a cross section of the light reflecting recess is V-shaped or trapezoidal.
(8) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of (1) to (7), wherein the holding substrate is made of a metal deposited on the nitride semiconductor layer.
(9) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of (1) to (7), wherein the holding substrate is a semiconductor substrate bonded directly to the nitride semiconductor layer by wafer bonding.
(10) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (9), wherein an inner wall surface of the light reflecting recess is not continuous with a side surface of the nitride semiconductor layer.
(11) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (9) or (10), wherein the holding substrate is made of a semiconductor having a band gap energy larger than that of the light emitting layer.
(12) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (11), wherein the holding substrate is made of ZnO.
(13) Any one of (1) to (12), wherein a light-transmitting semiconductor layer derived from a semiconductor substrate used for growing the nitride semiconductor layer is bonded to the upper surface of the nitride semiconductor layer. A nitride semiconductor light-emitting diode device according to 1.
(14) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (13), wherein the translucent semiconductor layer has a refractive index that is approximately equal to or higher than a refractive index of the nitride semiconductor layer. .
(15) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (13), wherein the translucent semiconductor layer is derived from a nitride semiconductor substrate or a SiC substrate.
(16) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of (13) to (15), wherein a surface of the translucent semiconductor layer is processed into an uneven shape.
(17) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (16), wherein a conical or frustum-shaped protrusion is formed on the surface of the light-transmitting semiconductor layer.
(18) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of (13) to (15), wherein a surface of the translucent semiconductor layer is processed into a cone shape, a frustum shape, or a dome shape.
(19) A pad electrode is provided on the top surface of the nitride semiconductor layer, and the pad electrode is formed so as to avoid the upper part of the light reflecting recess. The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of the above.

従来の窒化物半導体発光ダイオード素子では、発光層で発生した光のうち、窒化物半導体層内を層方向に伝播する光は、素子の外部に放射されることなく熱に変換されていた。これに対し、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子では、このような光が光反射凹部により反射されて進行方向を変えるために、窒化物半導体層の上面に臨界角以内で入射する光の割合が大きくなり、光取出し効率が改善される。本発明によれば、照明装置用の光源などとして好適に用いることのできる、発光出力の大きな窒化物半導体発光ダイオード素子を得ることができる。 In the conventional nitride semiconductor light emitting diode element, among the light generated in the light emitting layer, the light propagating in the nitride semiconductor layer in the layer direction is converted into heat without being emitted outside the element. On the other hand, in the nitride semiconductor light emitting diode device according to the embodiment of the present invention, such light is reflected by the light reflecting recess and changes the traveling direction, so that it is incident on the upper surface of the nitride semiconductor layer within a critical angle. The ratio of light to be increased increases and the light extraction efficiency is improved. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nitride semiconductor light-emitting-diode element with a large light emission output which can be used suitably as a light source for illumination apparatuses etc. can be obtained.

（実施形態１）
図１に、本発明の一実施形態に係る窒化物ＬＥＤの断面図を示す。図１に示す窒化物ＬＥＤ１は、金属からなる保持基板１１の上に、窒化物半導体層１２が積層された構成を有している。換言すれば、窒化物半導体層１２の底面側に、金属からなる保持基板１１が接合されている。窒化物半導体層１２は積層構造を備えており、底面側から順に、ｐ型層１２ａと、発光層１２ｂと、ｎ型層１２ｃとを有している。窒化物半導体層１２の底面には光反射凹部Ａ１が形成されている。この光反射凹部Ａ１は線状の凹部、すなわち、溝であり、その長手方向は紙面と交わる方向となっている。ｐ型層１２ａの表面にはコンタクト層Ｐ１１が形成されている。また、コンタクト層Ｐ１１が形成された領域を除く窒化物半導体層１２の表面（ｐ型層１２ａ側の表面）には、絶縁膜Ｐ１２が形成されている。コンタクト層Ｐ１１および絶縁膜Ｐ１２の表面と保持基板１１の間には、薄膜金属層Ｐ１３が介在されている。窒化物半導体層１２の上面の一部には、パッド電極Ｐ１４が形成されている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a nitride LED according to an embodiment of the present invention. The nitride LED 1 shown in FIG. 1 has a configuration in which a nitride semiconductor layer 12 is laminated on a holding substrate 11 made of metal. In other words, the holding substrate 11 made of metal is bonded to the bottom surface side of the nitride semiconductor layer 12. The nitride semiconductor layer 12 has a stacked structure, and has a p-type layer 12a, a light emitting layer 12b, and an n-type layer 12c in this order from the bottom surface side. A light reflecting recess A 1 is formed on the bottom surface of the nitride semiconductor layer 12. The light reflecting recess A1 is a linear recess, that is, a groove, and its longitudinal direction is a direction intersecting with the paper surface. A contact layer P11 is formed on the surface of the p-type layer 12a. An insulating film P12 is formed on the surface of the nitride semiconductor layer 12 (the surface on the p-type layer 12a side) excluding the region where the contact layer P11 is formed. A thin film metal layer P13 is interposed between the surfaces of the contact layer P11 and the insulating film P12 and the holding substrate 11. A pad electrode P 14 is formed on a part of the upper surface of the nitride semiconductor layer 12.

窒化物ＬＥＤ１において、発光層１２ｂで発生する光のうち、窒化物半導体層１２の上面に直接、臨界角以内で入射する光の量は少なく、多くの光は、窒化物半導体層１２内を層方向（窒化物半導体層１２に平行な方向）に伝播することになる。従来の窒化物ＬＥＤでは、このような伝播光の殆どが窒化物半導体層の内部で熱に変換され、損失となっていた。それに対して、窒化物ＬＥＤ１では、この伝播光の少なくとも一部が光反射凹部Ａ１により反射されてその進行方向を変える。その結果、窒化物半導体層１２の上面に臨界角以内で入射する光の割合が大きくなるので、窒化物半導体層１２の上面から素子外に出射する光の量が多くなる。 In the nitride LED 1, among the light generated in the light emitting layer 12 b, the amount of light that is directly incident on the upper surface of the nitride semiconductor layer 12 within the critical angle is small, and a large amount of light passes through the nitride semiconductor layer 12. It propagates in the direction (direction parallel to the nitride semiconductor layer 12). In the conventional nitride LED, most of such propagating light is converted into heat inside the nitride semiconductor layer, resulting in a loss. On the other hand, in the nitride LED 1, at least a part of the propagating light is reflected by the light reflecting recess A1 and changes its traveling direction. As a result, the ratio of light incident on the upper surface of the nitride semiconductor layer 12 within a critical angle is increased, so that the amount of light emitted from the upper surface of the nitride semiconductor layer 12 to the outside of the device is increased.

光反射凹部Ａ１は線状（溝）であるために、これをドット状（孔）とした場合よりも、窒化物半導体層１２内を横方向に伝播する光が、この光反射凹部Ａ１に出会い、反射を受ける確率が高くなっている。窒化物半導体層１２の底面に線状の光反射凹部を設ける場合、その数は一本であってもよい。底面の形状が四角形または六角形である窒化物半導体層の底面に線状の光反射凹部Ａ１を一本のみ形成する場合には、その四角形または六角形の対角線のひとつに沿って、かつ、その長さが該対角線の長さと実質的に等しくなるように、凹部を形成すると、光取出し効率の向上を効果的に達成することができる。そのメカニズムを図２を用いて説明する。図２（ａ）の例では、窒化物半導体層１２の底面が四角形で、その対角線のうちのひとつに沿って、該対角線の長さと実質的に同じ長さを有する、線状の光反射凹部Ａ１１が形成されている。位置Ｘで発生して、窒化物半導体層１２内を伝播する光は、光反射凹部Ａ１１に近づく方向（方向１）か、光反射用凹部Ａ１１に平行な方向（方向２）か、あるいは、光反射用凹部Ａ１から遠ざかる方向（方向３）の、いずれかの方向に進行するが、３種類の方向のいずれに進んだ光も、光反射凹部Ａ１１により反射を受けることになる。方向１に進んだ光が光反射凹部Ａ１１により反射を受けることは勿論であるが、方向２や方向３に進んだ光も、窒化物半導体層１２の側面で反射されるうちに進行方向を変え、光反射凹部Ａ１１と出会うことになるからである。これに対して、図２（ｂ）の例のように、光反射凹部Ａ１２を四角形の１辺に平行に形成すると、図２（ｂ）中に矢印で示す伝播光は、窒化物半導体層１２の側面で反射を受けても、その進行方向は常に光反射用凹部Ａ１２に平行となるため、光反射凹部Ａ１２と出会うことがない。また、図２（ｃ）の例のように、光反射凹部Ａ１３を対角線に沿って形成するが、その長さが該対角線と比べてかなり短い場合には、図２（ｃ）に矢印で示す伝播光のように、窒化物半導体層１２の側面で反射されて進行方向を変えるにもかかわらず、光反射凹部Ａ１３と出会わない伝播光が存在することになる。従って、直線状の光反射凹部を一本のみ設ける場合には、図２（ａ）のように設けることが最も好ましい。上記にいう、対角線の長さと実質的に等しい長さとは、対角線の長さの５０％〜１００％の長さをいう。この実施形態における、光反射凹部のより好ましい長さは、対角線の長さの７０％〜１００％であり、更に好ましい長さは、対角線の長さの９０％〜１００％である。ただし、本発明は、図２（ｂ）（ｃ）に示すような光反射用凹部の形成態様を決して排除するものではない。なお、上記の説明において、六角形の対角線とは、六角形のあるひとつの角と、その角から最も離れた角とを結ぶ、直線のことである。 Since the light reflecting recess A1 has a linear shape (groove), light that propagates in the lateral direction in the nitride semiconductor layer 12 encounters this light reflecting recess A1 as compared with the case where the light reflecting recess A1 has a dot shape (hole). The probability of receiving reflections is high. When the linear light reflecting recesses are provided on the bottom surface of the nitride semiconductor layer 12, the number thereof may be one. When only one linear light reflecting recess A1 is formed on the bottom surface of the nitride semiconductor layer whose bottom surface shape is a square or a hexagon, along one of the diagonal lines of the rectangle or the hexagon, and If the recess is formed so that the length is substantially equal to the length of the diagonal line, the light extraction efficiency can be effectively improved. The mechanism will be described with reference to FIG. In the example of FIG. 2A, a linear light reflecting recess having a bottom surface of the nitride semiconductor layer 12 having a square shape and substantially the same length as the diagonal line along one of the diagonal lines. A11 is formed. The light generated at the position X and propagating through the nitride semiconductor layer 12 is in a direction approaching the light reflecting recess A11 (direction 1), a direction parallel to the light reflecting recess A11 (direction 2), or light. The light travels in any direction of the direction away from the reflective recess A1 (direction 3), but the light traveling in any of the three directions is reflected by the light reflective recess A11. Of course, the light traveling in the direction 1 is reflected by the light reflecting recess A11. However, the light traveling in the direction 2 or 3 also changes the traveling direction while being reflected by the side surface of the nitride semiconductor layer 12. This is because the light reflecting recess A11 is encountered. On the other hand, when the light reflecting recess A12 is formed in parallel with one side of the quadrangle as in the example of FIG. 2B, the propagating light indicated by the arrow in FIG. Even if the light is reflected on the side surface, the traveling direction thereof is always parallel to the light reflecting recess A12, so that it does not meet the light reflecting recess A12. Further, as in the example of FIG. 2 (c), the light reflecting recess A13 is formed along a diagonal line. If the length is considerably shorter than the diagonal line, an arrow is shown in FIG. 2 (c). Like propagating light, there is propagating light that does not meet the light reflecting recess A13 despite being reflected on the side surface of the nitride semiconductor layer 12 and changing the traveling direction. Therefore, when only one linear light reflecting recess is provided, it is most preferable to provide it as shown in FIG. The length substantially equal to the length of the diagonal line mentioned above means a length of 50% to 100% of the length of the diagonal line. In this embodiment, a more preferable length of the light reflecting recess is 70% to 100% of the diagonal length, and a more preferable length is 90% to 100% of the diagonal length. However, the present invention by no means excludes the formation of the light reflecting recess as shown in FIGS. In the above description, the hexagonal diagonal line is a straight line connecting one corner of the hexagon and the corner farthest from the corner.

線状の光反射凹部の他の好適な形態例を、図８および図９に例示する。図８（ａ)〜図９（ｆ）のいずれの例においても、線状の光反射凹部は、方形である窒化物半導体層１２の底面の全ての辺と交わる方向に伸びる部分を有している。線状の光反射凹部がこのような部分を有していると、窒化物半導体層１２内を伝播する光を、効果的に反射させることができる。なぜなら、光反射凹部が線状であるとき、その伸長方向に平行な方向に伝播する光は、該光反射凹部により反射されないが、この線状の光反射凹部の伸長方向が、窒化物半導体層の底面の全ての辺と交わる方向であると、上記の光反射凹部により反射されない光が、窒化物半導体層の側面で反射されることによって、その進行方向を変え、該光反射凹部により反射され得る光（光反射凹部の伸長方向と交わる方向に伝播する光）となるからである。よって、窒化物半導体層の底面の形状が方形であり、その底面に線状の光反射凹部を設ける場合には、この線状の光反射凹部に、この方形の全ての辺と１０度〜８０度の角度で交わる方向に伸びる部分（以下「特徴部分」と呼ぶ）を設けることが好ましい。特徴部分は、この方形の全ての辺と３０度〜６０度の角度で交わる方向に伸びるように設けることがより好ましく、この方形の全ての辺と約４５度（４０度〜５０度）で交わる方向に伸びるように設けることが更に好ましい。線状の光反射凹部に含まれる特徴部分の長さの合計は、この方形の対角線の長さの５０％以上とすることが好ましく、１００％以上とすることがより好ましく、１５０％以上とすることが更に好ましい。 Another preferred embodiment of a linear light reflecting recess is illustrated in FIGS. 8A to 9F, the linear light reflecting recess has a portion extending in a direction intersecting with all sides of the bottom surface of the nitride semiconductor layer 12 that is square. Yes. When the linear light reflecting recess has such a portion, the light propagating in the nitride semiconductor layer 12 can be effectively reflected. This is because when the light reflecting recess is linear, the light propagating in the direction parallel to the extension direction is not reflected by the light reflecting recess, but the extension direction of the linear light reflecting recess is the nitride semiconductor layer. If the direction intersects all the sides of the bottom surface of the light, the light that is not reflected by the light reflecting recess is reflected by the side surface of the nitride semiconductor layer, thereby changing its traveling direction and reflected by the light reflecting recess. This is because the obtained light (light propagating in the direction intersecting with the extending direction of the light reflecting recesses) is obtained. Therefore, when the shape of the bottom surface of the nitride semiconductor layer is square and a linear light reflecting recess is provided on the bottom surface, all of the sides of the square and 10 degrees to 80 degrees are formed in the linear light reflecting recess. It is preferable to provide a portion (hereinafter referred to as “characteristic portion”) extending in a direction intersecting at an angle of degrees. More preferably, the characteristic portion is provided so as to extend in a direction intersecting with all sides of the square at an angle of 30 degrees to 60 degrees, and intersects with all sides of the square at about 45 degrees (40 degrees to 50 degrees). More preferably, it is provided so as to extend in the direction. The total length of the feature portions included in the linear light reflecting recess is preferably 50% or more, more preferably 100% or more, and more preferably 150% or more of the length of the diagonal line of the square. More preferably.

窒化物半導体層１２の底面に形成する光反射凹部Ａ１は、線状の凹部（溝）が格子状パターンをなすものであってもよい。図３は、そのように光反射凹部Ａ１を形成した窒化物半導体層１２の底面を示す図であり、線状の凹部が正方格子状のパターンをなしている。格子状パターンは、正方格子状に限定されるものではなく、他のパターンであってもよい。このような実施形態は、素子サイズが大きい場合に好ましい。具体的には、窒化物半導体層１２の底面が、８００μｍ角より大きい場合であり、特に、１ｍｍ角より大きい場合である。その他、光反射凹部を線状の凹部（溝）とする場合には、曲がった溝としてもよいし、折れ曲がった溝としてもよい。また、環状の溝としてもよいし、分岐や交差部を有するものとしてもよい。一方、光反射凹部はドット状の凹部（孔）であってもよく、また、線状の光反射凹部とドット状の光反射凹部の両方を設けることもできる。 The light reflecting recess A1 formed on the bottom surface of the nitride semiconductor layer 12 may be one in which linear recesses (grooves) form a lattice pattern. FIG. 3 is a view showing the bottom surface of the nitride semiconductor layer 12 in which the light reflecting recess A1 is formed as described above, and the linear recesses form a square lattice pattern. The lattice pattern is not limited to a square lattice shape, and may be another pattern. Such an embodiment is preferable when the element size is large. Specifically, this is the case where the bottom surface of the nitride semiconductor layer 12 is larger than 800 μm square, particularly when it is larger than 1 mm square. In addition, when the light reflecting recess is a linear recess (groove), it may be a bent groove or a bent groove. Moreover, it is good also as an annular groove | channel, and it is good also as what has a branch and a crossing part. On the other hand, the light reflecting recess may be a dot-like recess (hole), and both a linear light reflecting recess and a dot-like light reflecting recess may be provided.

光反射凹部は、図３に示す例のように、その内壁面が窒化物半導体層の側面と連続するように形成してもよいし、図２（ａ）〜（ｃ）、図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ｄ）〜（ｆ）に示す例のように、その内壁面が窒化物半導体層の側面と連続しないように形成してもよい。 The light reflecting recess may be formed so that the inner wall surface thereof is continuous with the side surface of the nitride semiconductor layer, as in the example shown in FIG. 3, or FIGS. 2 (a) to 2 (c) and FIG. 8 (a). ) To (c) and the example shown in FIGS. 9D to 9F, the inner wall surface may be formed not to be continuous with the side surface of the nitride semiconductor layer.

窒化物ＬＥＤ１では、また、光反射凹部Ａ１の断面がＶ字状であり、その側壁面が傾斜しているために、該光反射凹部Ａ１で反射された光が、窒化物半導体層１２の上面に臨界角以内で入射する確率が高くなっている。光反射凹部が線状の場合もドット状の場合も、断面形状をＶ字状とすると、凹部の内表面に占める傾斜した側壁面の比率が最も大きくなるので、光取出し効率の改善効果が最も高くなる。ここで、断面形状がＶ字状のドット状凹部とは、錐体状（例えば、円錐状、角錐状など）の孔のことである。光反射凹部の側壁面の傾斜は３０度〜６０度とすることが好ましく、約４５度（４０度〜５０度）とすることが更に好ましい。光反射凹部の断面形状は、Ｖ字状の他、台形状としてもよく、その場合も、凹部の側壁が傾斜面となるために、光取り出し効率の改善効果が良好となる。ここで、断面形状が台形状のドット状凹部とは、錘台状（円錐台状、角錐台状など）の孔のことである。光反射凹部は、窒化物半導体層内を横方向に伝播する光を乱反射させて、その進行方向をランダム化させる働きを持つものであってもよい。よって、光反射凹部の断面形状は、Ｖ字状や台形状に限定されるものではなく、その他の形状、例えば、Ｕ字状、矩形状、不定形などであってもよい。伝播光の進行方向をランダム化することによって、多重反射の抑制による光取出し効率の向上を図ることができる。 In the nitride LED 1, the light reflecting recess A 1 has a V-shaped cross section, and the side wall surface is inclined, so that the light reflected by the light reflecting recess A 1 is the upper surface of the nitride semiconductor layer 12. The probability of incidence within the critical angle is high. Whether the light reflecting recess is linear or dot-shaped, if the cross-sectional shape is V-shaped, the ratio of the inclined sidewall surface to the inner surface of the recess is the largest, so the light extraction efficiency is most effectively improved. Get higher. Here, the V-shaped dot-shaped recess is a hole having a cone shape (for example, a cone shape, a pyramid shape, etc.). The inclination of the side wall surface of the light reflecting recess is preferably 30 to 60 degrees, and more preferably about 45 degrees (40 to 50 degrees). The cross-sectional shape of the light reflecting concave portion may be a trapezoidal shape in addition to the V shape, and in this case, the side wall of the concave portion becomes an inclined surface, so that the effect of improving the light extraction efficiency is good. Here, the dot-shaped recess having a trapezoidal cross-sectional shape refers to a frustum-shaped hole (such as a truncated cone shape or a truncated pyramid shape). The light reflecting recess may have a function of randomly reflecting the light propagating in the lateral direction in the nitride semiconductor layer and randomizing the traveling direction thereof. Therefore, the cross-sectional shape of the light reflecting recess is not limited to a V shape or a trapezoidal shape, and may be other shapes such as a U shape, a rectangular shape, an indeterminate shape, and the like. By randomizing the traveling direction of propagating light, it is possible to improve the light extraction efficiency by suppressing multiple reflections.

窒化物ＬＥＤ１では、また、光反射凹部Ａ１を発光層１２ｂに達するように形成していることで、光取出し効果が特に良好となっている。窒化物ＬＥＤ１では、発光素子構造をダブルヘテロ型とする場合、典型的な構成として、発光層１２ｂをＩｎＧａＮを含む結晶で形成し、ｐ型層１２ａおよびｎ型層１２ｃをＧａＮまたはＡｌＧａＮを主体として形成することができるが、このとき、ＩｎＧａＮの屈折率がＧａＮおよびＡｌＧａＮよりも高いために、発光層１２ｂをコアとする導波路構造が形成される。すなわち、窒化物半導体層１２内を層方向に伝播する光は、発光層１２ｂ内に強く閉じ込められる傾向を持つことになる。よって、光反射凹部Ａ１を発光層１２ｂに達するように形成することにより、この光を効果的に反射させることができる。より好ましい実施形態では、光反射凹部Ａ１を、ｎ型層１２ｃに達するように形成する。 In the nitride LED 1, the light extraction recess A1 is formed so as to reach the light emitting layer 12b, so that the light extraction effect is particularly good. In the nitride LED 1, when the light emitting element structure is a double hetero type, as a typical configuration, the light emitting layer 12b is formed of a crystal containing InGaN, and the p-type layer 12a and the n-type layer 12c are mainly made of GaN or AlGaN. At this time, since the refractive index of InGaN is higher than that of GaN and AlGaN, a waveguide structure having the light emitting layer 12b as a core is formed. That is, the light propagating in the layer direction in the nitride semiconductor layer 12 tends to be strongly confined in the light emitting layer 12b. Therefore, this light can be effectively reflected by forming the light reflecting recess A1 so as to reach the light emitting layer 12b. In a more preferred embodiment, the light reflecting recess A1 is formed so as to reach the n-type layer 12c.

ところで、光反射凹部を発光層に達するように形成する場合、窒化物半導体層の底面における光反射凹部形成領域の面積を大きくするほど、発光層の面積が減少することになる。発光層の面積が減少すると、素子駆動時に発光層の温度が高くなる傾向が生じ、発光効率が低下する問題や、素子の寿命や信頼性が低下する問題が生じる。この問題を防止するうえで、窒化物ＬＥＤ１のように、光反射凹部Ａ１を線状に形成することは有効である。なぜなら、前述のように、線状の光反射凹部は、ドット状の光反射凹部に比べて、窒化物半導体層内を層方向に伝播する光を、より効果的に反射させることができるからである。そこで、窒化物半導体層の底面の形状を方形とし、該底面に発光層に達する光反射凹部を形成する場合には、該反射用凹部を線状とし、その長さの合計を、好ましくは、該方形の対角線の長さの４倍以下、より好ましくは３倍以下、更に好ましくは２倍以下とする。また、窒化物ＬＥＤ１のように、ｐ型層側の表面から発光層に達する線状の光反射凹部を形成する場合には、その幅（ｐ型層の表面における溝幅）を、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下とする。光反射凹部の側壁面の傾斜が前述の好ましい範囲内となるように、この幅は、ｐ型層の膜厚（一般的に０．１μｍ〜０．５μｍの範囲に設定される）よりも大きくすることが好ましい。 By the way, when the light reflecting recess is formed so as to reach the light emitting layer, the area of the light emitting layer decreases as the area of the light reflecting recess forming region on the bottom surface of the nitride semiconductor layer is increased. When the area of the light emitting layer is reduced, the temperature of the light emitting layer tends to increase when the element is driven, which causes a problem that the light emission efficiency is lowered and the life and reliability of the element are lowered. In order to prevent this problem, it is effective to form the light reflecting recess A1 in a linear shape like the nitride LED 1. This is because, as described above, the linear light reflecting recess can more effectively reflect light propagating in the nitride semiconductor layer in the layer direction than the dot-like light reflecting recess. is there. Therefore, when the shape of the bottom surface of the nitride semiconductor layer is rectangular, and when the light reflecting recess that reaches the light emitting layer is formed on the bottom surface, the reflecting recess is linear, and the total length thereof is preferably The length of the square diagonal is 4 times or less, more preferably 3 times or less, and even more preferably 2 times or less. Further, when forming a linear light reflecting recess that reaches the light emitting layer from the surface on the p-type layer side like the nitride LED 1, its width (groove width on the surface of the p-type layer) is preferably 5 μm. Hereinafter, it is more preferably 3 μm or less, and further preferably 1 μm or less. This width is larger than the film thickness of the p-type layer (generally set to a range of 0.1 μm to 0.5 μm) so that the inclination of the side wall surface of the light reflecting recess is within the above-mentioned preferable range. It is preferable to do.

窒化物ＬＥＤ１の製造方法を次に説明する。 Next, a method for manufacturing the nitride LED 1 will be described.

まず、図４（ａ）に示すように、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板など、窒化物半導体結晶のエピタキシャル成長に適した成長用基板１３を準備し、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法などを用いて、その上に窒化物半導体層１２を、ｎ型層１２ｃ側から順に成長させる。ｎ型層１２ｃ、発光層１２ｂ、ｐ型層１２ａの各層は多層構造としてよい。ｎ型層１２ｃは、その上に成長させる発光層１２ｂの結晶性が良好となるように、２μｍ以上の膜厚に形成することが好ましい。また、ｎ型層１２ｃには、膜厚１μｍ以上の高キャリア濃度層（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３以上）を設けることが好ましい。発光層１２ｂは井戸層をＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどで形成した、多重量子井戸構造とすることが好ましい。ｐ型層１２ａの最上部は、コンタクト層Ｐ１１との接触抵抗が低くなるよう、Ｍｇ（マグネシウム）を高濃度（８×１０^１９ｃｍ^−３以上）にドープしたＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮで形成することが好ましい。また、ｎ型層１２ｃおよびｐ型層１２ａのうち、発光層１２ｂに隣接する部分については、ダブルヘテロ構造が構成されるように、結晶組成を定めることが好ましい。ＥＬＯ（ＥｐｉｔａｘｉａｌＬａｔｅｒａｌＯｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）などの、結晶品質の改善効果のある結晶成長法は適宜用いてよい。窒化物半導体層１２内には、歪緩和のための超格子層など、各種の機能層を適宜導入することができる。 First, as shown in FIG. 4A, a growth substrate 13 suitable for epitaxial growth of a nitride semiconductor crystal, such as a sapphire substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, a Si substrate, or a GaAs substrate, is prepared, and an MOVPE method or an HVPE method is prepared. The nitride semiconductor layer 12 is sequentially grown from the n-type layer 12c side using the MBE method or the like. Each of the n-type layer 12c, the light emitting layer 12b, and the p-type layer 12a may have a multilayer structure. The n-type layer 12c is preferably formed to a thickness of 2 μm or more so that the crystallinity of the light emitting layer 12b grown thereon is good. The n-type layer 12c is preferably provided with a high carrier concentration layer (carrier concentration: 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more) having a thickness of 1 μm or more. The light emitting layer 12b preferably has a multiple quantum well structure in which a well layer is formed of InGaN, InGaAlN, or the like. The uppermost part of the p-type layer 12a is formed of GaN, AlGaN or InGaN doped with Mg (magnesium) at a high concentration (8 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ or more) so that the contact resistance with the contact layer P11 is low. Is preferred. In addition, it is preferable to determine the crystal composition so that a double heterostructure is formed in a portion adjacent to the light emitting layer 12b in the n-type layer 12c and the p-type layer 12a. A crystal growth method having an effect of improving crystal quality, such as ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth), may be used as appropriate. Various functional layers such as a superlattice layer for strain relaxation can be appropriately introduced into the nitride semiconductor layer 12.

次に、図４（ｂ）に示すように、窒化物半導体層１２にエッチングを施して光反射凹部Ａ１を形成するとともに、光反射凹部Ａ１が形成される部分を除くｐ型層１２ａ上の領域に、コンタクト層Ｐ１１を形成する。好ましくは、先にコンタクト層Ｐ１１を形成し、その後で、光反射凹部Ａ１を形成する。光反射凹部Ａ１は、スクライバー、ダイサーなどを用いて、機械的加工により形成することも可能である。コンタクト層Ｐ１１は、ｐ型窒化物半導体との低接触抵抗の接合を形成する金属または半導体で形成する。好適な材料としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ａｕ（金）、白金族（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ）などが例示される。コンタクト層Ｐ１１には、ｐ型窒化物半導体に対するオーミック電極として知られている薄膜が利用可能である。コンタクト層Ｐ１１を透光性の薄膜で形成し、その上に、光反射膜として機能する、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉなどからなる、銀白色の外観を呈する金属層を積層することもできる。 Next, as shown in FIG. 4B, the nitride semiconductor layer 12 is etched to form the light reflecting recess A1, and the region on the p-type layer 12a excluding the portion where the light reflecting recess A1 is formed. Then, the contact layer P11 is formed. Preferably, the contact layer P11 is formed first, and then the light reflecting recess A1 is formed. The light reflecting recess A1 can also be formed by mechanical processing using a scriber, a dicer or the like. The contact layer P11 is formed of a metal or a semiconductor that forms a low contact resistance junction with the p-type nitride semiconductor. Suitable materials include ITO (indium tin oxide), Ni (nickel), Cr (chromium), Au (gold), platinum group (Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os) and the like. As the contact layer P11, a thin film known as an ohmic electrode for a p-type nitride semiconductor can be used. The contact layer P11 may be formed of a light-transmitting thin film, and a silver-white metal layer made of Al, Ag, Pt, Ni, or the like that functions as a light reflection film may be stacked thereon.

次に、図４（ｃ）に示すように、メサ構造の形成を行う。すなわち、ウェハ上において隣接する素子部どうしの間を分離するべく、窒化物半導体層１２に対して、ｐ型層１２ａ側からエッチングを行い、ｎ型層１２ｃに達する溝を形成する。好ましくは、この例のように、溝の底部に成長用基板１３が露出するようにする。エッチングの方法としては、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法が好適に用い得る。 Next, as shown in FIG. 4C, a mesa structure is formed. In other words, the nitride semiconductor layer 12 is etched from the p-type layer 12a side to form a groove reaching the n-type layer 12c in order to separate adjacent element portions on the wafer. Preferably, as in this example, the growth substrate 13 is exposed at the bottom of the groove. As an etching method, a dry etching method such as a reactive ion etching method can be suitably used.

次に、図５（ｄ）に示すように、コンタクト層Ｐ１１の表面上の領域を除く、ウェハの表面を絶縁膜Ｐ１２で覆う。絶縁膜Ｐ１２は透光性の材料で形成する。絶縁膜Ｐ１２は、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属フッ化物などの無機材料で形成することが好ましく、具体的な材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、スピネル、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、フッ化マグネシウム、フッ化リチウムなどが例示される。光反射凹部Ａ１の光反射性を良好にするうえでは、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、酸化ケイ素などの、屈折率の低いものを用いることが好ましい。絶縁膜Ｐ１２は多層膜とすることもできる。好ましくは、絶縁膜Ｐ１２をプラズマＣＶＤ法を用いて形成すると、窒化物半導体層１２の側面の被覆を確実に行うことができる。 Next, as shown in FIG. 5D, the surface of the wafer except for the region on the surface of the contact layer P11 is covered with an insulating film P12. The insulating film P12 is formed of a light transmissive material. The insulating film P12 is preferably formed of an inorganic material such as a metal oxide, metal nitride, metal oxynitride, or metal fluoride. Specific examples of the material include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and oxidation. Examples include aluminum, spinel, zirconium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, magnesium fluoride, lithium fluoride, and the like. In order to improve the light reflectivity of the light reflecting recess A1, it is preferable to use a material having a low refractive index, such as magnesium fluoride, lithium fluoride, or silicon oxide. The insulating film P12 can also be a multilayer film. Preferably, when the insulating film P12 is formed using a plasma CVD method, the side surface of the nitride semiconductor layer 12 can be reliably coated.

次に、図５（ｅ）に示すように、ウェハの表面を覆うように、薄膜金属層Ｐ１３を形成する。薄膜金属層Ｐ１３は、後の工程で保持基板１１を電気メッキで形成するために形成する、メッキ下地層である。薄膜金属層Ｐ１２は、保持基板１１を無電解メッキで形成する場合にも、形成することが好ましい。薄膜金属層Ｐ１２は、例えば、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、ＴａＮ／Ａｕで形成することができる。保持基板１１を、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤのような乾式メッキで形成する場合には、薄膜金属層Ｐ１２の形成は必須ではないが、そのような場合においても、保持基板１１を構成する金属と、コンタクト層Ｐ１１との間で、好ましくない相互作用（合金化反応など）が発生しないようにするためのバリア層として、薄膜金属層Ｐ１２を形成することができる。 Next, as shown in FIG. 5E, a thin film metal layer P13 is formed so as to cover the surface of the wafer. The thin metal layer P13 is a plating base layer formed in order to form the holding substrate 11 by electroplating in a later step. The thin metal layer P12 is preferably formed also when the holding substrate 11 is formed by electroless plating. The thin metal layer P12 can be formed of, for example, Cr, Pt, Pt / Au, Cr / Au, Ni / Au, Ti / Au, or TaN / Au. When the holding substrate 11 is formed by dry plating such as vapor deposition, sputtering, or CVD, the formation of the thin film metal layer P12 is not essential, but even in such a case, the metal constituting the holding substrate 11 and The thin film metal layer P12 can be formed as a barrier layer for preventing an undesirable interaction (alloying reaction or the like) from occurring with the contact layer P11.

次に、図５（ｆ）に示すように、保持基板１１を形成する。保持基板１１は、好ましくは、電気メッキまたは無電解メッキにより金属層を堆積して形成する。無電解メッキを用いる場合には、結晶基板側の表面にポリイミド層などをコーティングしておく。保持基板１１を電気メッキで形成する場合の材料金属としては、Ａｕ（金）、Ｎｉ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）など、電鋳（ｅｌｅｃｔｏｒｏｆｏｒｍｉｎｇ）における電着金属として汎用されている金属が好ましく例示されるが、これらに限定されるものではない。 Next, as shown in FIG. 5F, the holding substrate 11 is formed. The holding substrate 11 is preferably formed by depositing a metal layer by electroplating or electroless plating. When electroless plating is used, a polyimide layer or the like is coated on the surface on the crystal substrate side. As the material metal when the holding substrate 11 is formed by electroplating, it is widely used as an electrodeposited metal in electroforming, such as Au (gold), Ni (silver), Cu (copper), Ag (silver). Although the metal which has been illustrated preferably is illustrated, it is not limited to these.

次に、図６（ｇ）に示すように、成長用基板１３を除去する。成長用基板１３の除去には、レーザリフトオフ、ウェットエッチング、ドライエッチング、研削、研磨など、結晶基板とその上に成長したエピタキシャル成長層とを分離するための公知の方法を、任意に用いてよい。成長用基板１３の除去後、図６（ｈ）に示すように、露出したｎ型層１２ｃの表面にパッド電極Ｐ１４を形成する。ｎ型層１２ｃに高キャリア濃度層を設けた場合には、該高キャリア濃度層を露出させて、その表面上にパッド電極Ｐ１４を形成する。パッド電極Ｐ１４は、光反射凹部Ａ１の上方を避けて形成することが好ましい。つまり、パッド電極Ｐ１４の真下に光反射凹部Ａ１が位置しないように、パッド電極Ｐ１４を形成することが好ましい。パッド電極Ｐ１４をｎ型層１２ｃ上に直接形成しないで、電流拡散用電極をｎ型層１２ｃの表面上に拡がるように形成し、その上にパッド電極Ｐ１４を形成してもよい。電流拡散用電極としては、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物からなる透明導電膜や、開口パターンを有する金属薄膜を用いることができる。パッド電極Ｐ１４に覆われた部分を除く、ｎ型層１２ｃの表面や、電流拡散用電極の表面には、絶縁保護膜を形成することが好ましい。最後に、公知のダイシング法を用いてウェハを切断することにより、チップ状の素子（ダイス）を得ることができる。 Next, as shown in FIG. 6G, the growth substrate 13 is removed. For removing the growth substrate 13, a known method for separating the crystal substrate and the epitaxial growth layer grown thereon, such as laser lift-off, wet etching, dry etching, grinding, and polishing, may be arbitrarily used. After the growth substrate 13 is removed, as shown in FIG. 6H, a pad electrode P14 is formed on the exposed surface of the n-type layer 12c. When the high carrier concentration layer is provided in the n-type layer 12c, the high carrier concentration layer is exposed and the pad electrode P14 is formed on the surface thereof. The pad electrode P14 is preferably formed so as to avoid the upper side of the light reflecting recess A1. That is, it is preferable to form the pad electrode P14 so that the light reflecting recess A1 is not located directly under the pad electrode P14. Instead of directly forming the pad electrode P14 on the n-type layer 12c, the current diffusion electrode may be formed so as to spread on the surface of the n-type layer 12c, and the pad electrode P14 may be formed thereon. As the current spreading electrode, a transparent conductive film made of a transparent conductive oxide such as ITO or ZnO, or a metal thin film having an opening pattern can be used. It is preferable to form an insulating protective film on the surface of the n-type layer 12c and the surface of the current diffusion electrode, excluding the portion covered with the pad electrode P14. Finally, a chip-like element (die) can be obtained by cutting the wafer using a known dicing method.

窒化物ＬＥＤ１の製造方法については、以上に説明した他に、特許文献１などを参考とすることができる。 In addition to the above-described method for manufacturing the nitride LED 1, Patent Document 1 and the like can be referred to.

（実施形態２）
窒化物ＬＥＤ１では、保持基板１１を金属で形成しているが、保持基板は半導体で形成することも可能である。図７に、保持基板を半導体で形成した、本発明の一実施形態に係る窒化物ＬＥＤの断面図を示す。この図に示す窒化物ＬＥＤ２では、半導体からなる保持基板２１の上に、窒化物半導体層２２が積層されている。保持基板２１と窒化物半導体２２との接合は直接的ウェハボンディング（ＤｉｒｅｃｔＷａｆｅｒＢｏｎｄｉｎｇ）により行われている。窒化物半導体層２２は、底面側から順に、ｐ型層２２ａと、発光層２２ｂと、ｎ型層２２ｃとを有している。窒化物半導体層２２の底面には、光反射凹部Ａ２が形成されている。窒化物半導体層２２の上面の一部には、パッド電極Ｐ２４が形成されている。保持基板２１の裏面には下部電極Ｐ２５が形成されている。保持基板２１を構成する半導体は、直接的ウェハボンディングにより窒化物半導体と接合し得るものであればよい。好ましくは、保持基板２１を構成する半導体は、発光層２２ｂで生じる光を強く吸収しないように、発光層２２ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを持つ半導体とする。発光層２２ｂの発光波長が４００ｎｍ以上の場合、保持基板２１を構成する半導体として、ＺｎＯ（酸化亜鉛）が好ましく例示される。 (Embodiment 2)
In the nitride LED 1, the holding substrate 11 is made of metal, but the holding substrate can be made of a semiconductor. FIG. 7 shows a cross-sectional view of a nitride LED according to an embodiment of the present invention in which the holding substrate is formed of a semiconductor. In the nitride LED 2 shown in this figure, a nitride semiconductor layer 22 is laminated on a holding substrate 21 made of a semiconductor. The holding substrate 21 and the nitride semiconductor 22 are bonded by direct wafer bonding. The nitride semiconductor layer 22 includes a p-type layer 22a, a light emitting layer 22b, and an n-type layer 22c in this order from the bottom surface side. A light reflecting recess A 2 is formed on the bottom surface of the nitride semiconductor layer 22. A pad electrode P 24 is formed on a part of the upper surface of the nitride semiconductor layer 22. A lower electrode P25 is formed on the back surface of the holding substrate 21. The semiconductor constituting the holding substrate 21 may be any semiconductor that can be bonded to the nitride semiconductor by direct wafer bonding. Preferably, the semiconductor constituting the holding substrate 21 is a semiconductor having a band gap energy larger than the band gap energy of the light emitting layer 22b so as not to strongly absorb light generated in the light emitting layer 22b. When the emission wavelength of the light emitting layer 22b is 400 nm or more, ZnO (zinc oxide) is preferably exemplified as a semiconductor constituting the holding substrate 21.

窒化物ＬＥＤ２を製造するには、まず、ｃ面サファイア基板を成長用基板として用い、その上にＭＯＣＶＤ法により、ｎ型層２２ｃ、発光層２２ｂ、ｐ型層２２ａを順次成長させて、サファイア基板上に窒化物半導体層２２が積層されたＬＥＤウェハを形成する。このとき、ｐ型層２２ａの表面の５×５μｍ^２の領域をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定したときのｒｍｓ粗さが０．５５ｎｍ以下となるようにすることが望ましい。 In order to manufacture the nitride LED 2, first, a c-plane sapphire substrate is used as a growth substrate, and an n-type layer 22c, a light-emitting layer 22b, and a p-type layer 22a are sequentially grown on the sapphire substrate by MOCVD. An LED wafer having the nitride semiconductor layer 22 laminated thereon is formed. At this time, it is desirable that the rms roughness is 0.55 nm or less when a 5 × 5 μm ² region on the surface of the p-type layer 22a is measured with an AFM (atomic force microscope).

次に、ＬＥＤウェハの窒化物半導体層２２にエッチングを施して光反射凹部Ａ２を形成する。 Next, the nitride semiconductor layer 22 of the LED wafer is etched to form the light reflecting recess A2.

次に、半導体からなる保持基板２１を、直接的ウェハボンディングの方法により、窒化物半導体層２２の表面に接合する。保持基板２１としてＺｎＯ基板を用いる場合の手順については、非特許文献１を参照することができる。即ち、ＺｎＯ基板としては、ハイドロサーマル法で製造された、膜厚５００μｍ、電気抵抗約０．２Ω・ｃｍ、表面の５×５μｍ^２の領域をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定したときのｒｍｓ粗さが０．７５ｎｍ以下であるものを好ましく用いることができる。ＺｎＯ基板は、アセトンおよびイソプロピルアルコールで洗浄し、脱イオン水でリンスした後、乾燥させる。ＬＥＤウェハは、アセトンおよびイソプロピルアルコールで洗浄し、ＨＣｌ溶液に１分間浸漬したうえ、脱イオン水でリンスし、乾燥させる。洗浄処理の後、直ぐに、クリーンルーム内でＬＥＤウェハとＺｎＯ基板を重ね合わせ、一軸方向に２ＭＰａの圧力を印加させた状態で、窒素ガス雰囲気中、６００℃、１時間の熱処理を施す。このようにして、ＬＥＤウェハの窒化物半導体層にＺｎＯ基板を接合させることができる。 Next, the holding substrate 21 made of a semiconductor is bonded to the surface of the nitride semiconductor layer 22 by a direct wafer bonding method. Non-Patent Document 1 can be referred to for the procedure when a ZnO substrate is used as the holding substrate 21. That is, as the ZnO substrate, the rms when the area of 5 × 5 μm ^{2 on} the surface manufactured by hydrothermal method with a film thickness of 500 μm, electric resistance of about 0.2 Ω · cm is measured with an AFM (Atomic Force Microscope). Those having a roughness of 0.75 nm or less can be preferably used. The ZnO substrate is washed with acetone and isopropyl alcohol, rinsed with deionized water, and then dried. The LED wafer is cleaned with acetone and isopropyl alcohol, immersed in an HCl solution for 1 minute, rinsed with deionized water, and dried. Immediately after the cleaning process, the LED wafer and the ZnO substrate are superposed in a clean room, and a heat treatment is performed at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere with a pressure of 2 MPa applied in a uniaxial direction. In this way, the ZnO substrate can be bonded to the nitride semiconductor layer of the LED wafer.

ウェハボンディングの後、レーザリフトオフ、ウェットエッチング、ドライエッチング、研削、研磨などの方法を用いて、成長用基板として用いたサファイア基板を取り除く。サファイア基板の除去後、露出したｎ型層２２ｃの表面にパッド電極Ｐ２４を形成するとともに、保持基板２１の裏面に下部電極Ｐ２５を形成する。その後、公知のダイシング法を用いてウェハを切断することにより、チップ状の素子（ダイス）を得ることができる。このとき、予め、光反射凹部を、ダイシング後の窒化物半導体層２２の底面内におさまる形状に形成しておき、ダイシングにより露出する窒化物半導体層２２の側面と光反射凹部Ａ２の内壁面とが連続しないようにすると、窒化物半導体層２２の側面に光反射凹部Ａ２が開口することがない（光反射凹部Ａ２の内部が素子の外部から隔離される）ので、光反射凹部Ａ２内に水分などの異物が侵入することが防止できる。光反射凹部Ａ２内には半導体が露出しているので、水分などが侵入すると素子の寿命や信頼性が低下する。 After the wafer bonding, the sapphire substrate used as the growth substrate is removed by using methods such as laser lift-off, wet etching, dry etching, grinding, and polishing. After removing the sapphire substrate, a pad electrode P24 is formed on the exposed surface of the n-type layer 22c, and a lower electrode P25 is formed on the back surface of the holding substrate 21. Then, a chip-like element (die) can be obtained by cutting the wafer using a known dicing method. At this time, the light reflecting recess is formed in advance so as to fit within the bottom surface of the nitride semiconductor layer 22 after dicing, and the side surface of the nitride semiconductor layer 22 exposed by dicing and the inner wall surface of the light reflecting recess A2 Is not continuous, the light reflecting recess A2 does not open on the side surface of the nitride semiconductor layer 22 (the inside of the light reflecting recess A2 is isolated from the outside of the device), so that moisture is contained in the light reflecting recess A2. It is possible to prevent intrusion of foreign substances such as. Since the semiconductor is exposed in the light reflecting recess A2, the lifetime and reliability of the element deteriorates when moisture enters.

（その他の実施形態）
上記実施形態１または実施形態２において、エピタキシャル成長による窒化物半導体層の形成に用いる成長用基板として、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＺｎＯ基板などの、半導体からなる透光性基板を用いることができる。このような成長用基板は、最終製品である窒化物ＬＥＤの構造から、必ずしも、完全に除去しなくてもよい。すなわち、このような成長用基板は、その一部または全部を、窒化物半導体層の上面に接合された透光性半導体層として、素子中に残してよい。このように、成長用基板の一部または全部を透光性半導体層として残す実施形態では、パッド電極を、ｎ型窒化物半導体層に形成する代わりに、該透光性半導体層の表面に形成してもよい。この実施形態における特に好ましい成長用基板は、窒化物半導体層の屈折率と同程度の屈折率を有する基板（例えば、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板などの窒化物半導体基板）、あるいは、窒化物半導体層よりも高い屈折率を有する基板（例えば、ＳｉＣ基板）である。なぜなら、このような成長用基板に由来する透光性半導体層には、光を窒化物半導体層に閉じ込める作用がない、もしくは、かかる作用があったとしても弱いからである。この実施形態において、好ましくは、該透光性半導体層の表面から光が素子外部に出射し易くなるように、透光性半導体層の表面を凹凸状に加工する。特に好ましくは、透光性半導体層の表面に、窒化物半導体層から遠ざかるにつれ断面積（窒化物半導体層の膜厚方向に直交する平面で切ったときの断面積）が減少する、錐体（円錐、角錐）状または錘台（円錐台、角錐台）状の突起が形成されるように加工する。あるいは、透光性半導体層の表面が、錐体状、錘台状またはドーム状となるように加工する。錐体状または錘台状の突起を形成する場合の突起の高さは、０．１μｍ以上とすることが好ましい。この突起の高さに上限はなく、１０μｍ以上としてもよいし、５０μｍ以上としてもよいし、１００μｍ以上としてもよい。現実的には、突起の高さの上限は、残存させる成長用基板（研磨により膜厚を低減させてもよい）の膜厚により制限される。特に好ましい例として、高さ０．１μｍ〜１μｍの錐体状または錘台状の突起を密に形成する実施形態が挙げられる。このように突起を形成するための加工方法はよく知られており、例えば、サブミクロンサイズの金属微粒子やポリマー微粒子を加工すべき表面上にランダムに堆積し、この微粒子をマスクとして、マスク自体もエッチングされる条件にてドライエッチングを行えばよい。より詳しくは、特許文献３、特許文献４、非特許文献２などを参照すればよい。透光性半導体層の表面に、大型の錐体状または錘台状突起を形成する方法としては、断面Ｖ字型のブレードを用いて、該表面に断面Ｖ字型の溝を加工する方法が例示される他、エッチング加工による成形方法も好ましく用いることができる。特許文献５、特許文献６などを参照してもよい。透光性半導体層の表面をドーム状に加工する方法については、特許文献７、特許文献８などを参照すればよい。ＺｎＯ基板の表面には、塩酸をエッチャントに用いた異方性エッチングによって、錐体状または錘台状の凸部を形成することができる（非特許文献１）。 (Other embodiments)
In the first embodiment or the second embodiment, a light-transmitting substrate made of a semiconductor such as a SiC substrate, a GaN substrate, or a ZnO substrate can be used as a growth substrate used for forming a nitride semiconductor layer by epitaxial growth. Such a growth substrate does not necessarily have to be completely removed from the structure of the nitride LED that is the final product. That is, a part or all of such a growth substrate may be left in the device as a light-transmitting semiconductor layer bonded to the upper surface of the nitride semiconductor layer. As described above, in the embodiment in which a part or all of the growth substrate is left as the light-transmitting semiconductor layer, the pad electrode is formed on the surface of the light-transmitting semiconductor layer instead of being formed on the n-type nitride semiconductor layer. May be. A particularly preferable growth substrate in this embodiment is a substrate having a refractive index comparable to that of the nitride semiconductor layer (for example, a nitride semiconductor substrate such as a GaN substrate or an AlGaN substrate), or a nitride semiconductor layer. Is a substrate having a high refractive index (for example, a SiC substrate). This is because the light-transmitting semiconductor layer derived from such a growth substrate does not have a function of confining light in the nitride semiconductor layer or is weak even if such a function is present. In this embodiment, preferably, the surface of the translucent semiconductor layer is processed into an uneven shape so that light can be easily emitted from the surface of the translucent semiconductor layer to the outside of the element. Particularly preferably, on the surface of the light-transmitting semiconductor layer, a cone having a reduced cross-sectional area (a cross-sectional area when cut along a plane perpendicular to the film thickness direction of the nitride semiconductor layer) decreases as the distance from the nitride semiconductor layer increases. Processing is performed so that protrusions in the shape of a cone or a pyramid or a frustum (a truncated cone or a truncated pyramid) are formed. Alternatively, the surface of the light-transmitting semiconductor layer is processed so as to have a cone shape, a frustum shape, or a dome shape. In the case of forming a cone-shaped or frustum-shaped projection, the height of the projection is preferably 0.1 μm or more. There is no upper limit to the height of this protrusion, and it may be 10 μm or more, 50 μm or more, or 100 μm or more. Actually, the upper limit of the height of the protrusion is limited by the film thickness of the growth substrate to be left (the film thickness may be reduced by polishing). A particularly preferable example is an embodiment in which conical or frustum-shaped protrusions having a height of 0.1 μm to 1 μm are formed densely. Processing methods for forming protrusions in this way are well known. For example, submicron-sized metal particles or polymer particles are randomly deposited on the surface to be processed, and the mask itself is used as a mask. Dry etching may be performed under the etching conditions. More specifically, Patent Document 3, Patent Document 4, Non-Patent Document 2, and the like may be referred to. As a method of forming a large cone-shaped or frustum-shaped projection on the surface of the light-transmitting semiconductor layer, there is a method of processing a V-shaped groove on the surface using a V-shaped blade. In addition to the examples, a molding method by etching can be preferably used. Reference may be made to Patent Literature 5, Patent Literature 6, and the like. For a method for processing the surface of the light-transmitting semiconductor layer into a dome shape, Patent Document 7, Patent Document 8, and the like may be referred to. Convex or frustum-shaped convex portions can be formed on the surface of the ZnO substrate by anisotropic etching using hydrochloric acid as an etchant (Non-Patent Document 1).

本発明は上記に明示的に記載した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲内で、種々の変形が可能である。例えば、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子は、窒化物半導体層の底面側に、ハンダなどの接合材料を用いたウェハボンディングによって該底面に接合された金属基板または半導体基板を有するものであってもよい。 The present invention is not limited to the embodiments explicitly described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, a nitride semiconductor light emitting diode device according to an embodiment of the present invention includes a metal substrate or a semiconductor substrate bonded to the bottom surface of the nitride semiconductor layer by wafer bonding using a bonding material such as solder. You may have.

次の事項を付記する。
（１ａ）底面及び上面を有し、内部に発光層を含む窒化物半導体層を備え、該窒化物半導体層の底面側に金属または半導体からなる保持基板が接合された窒化物半導体発光ダイオード素子であって、前記窒化物半導体層の底面には、前記発光層で生じた光を上面側に反射する光反射凹部が形成されていることを特徴とする、窒化物半導体発光ダイオード素子。
（２ａ）前記光反射凹部が前記発光層に達している、前記（１ａ）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（３ａ）前記光反射凹部が溝を含む、前記（１ａ）または（２ａ）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（４ａ）前記窒化物半導体層の底面の形状が四角形または六角形であり、該底面には光反射凹部として直線状の溝が一本のみ、該四角形または六角形の対角線のひとつに沿って形成されており、かつ、該溝の長さが該対角線の長さと実質的に等しい、前記（３ａ）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（５ａ）前記光反射凹部の断面がＶ字状または台形状である、前記（１ａ）〜（４ａ）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（６ａ）前記保持基板が、前記窒化物半導体層の上に堆積された金属からなる、前記（１ａ）〜（５ａ）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（７ａ）前記保持基板が、前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体からなる、前記（１ａ）〜（５ａ）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（８ａ）前記保持基板がＺｎＯからなる、前記（７ａ）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（９ａ）前記窒化物半導体層の上面に、該窒化物半導体層の屈折率と同程度、あるいは、それよりも高い屈折率を有する透光性半導体層が接合されている、前記（１ａ）〜（８ａ）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The following matters are added.
(1a) A nitride semiconductor light-emitting diode element having a bottom surface and a top surface, including a nitride semiconductor layer including a light emitting layer therein, and a holding substrate made of metal or semiconductor bonded to the bottom surface side of the nitride semiconductor layer. A nitride semiconductor light emitting diode element, wherein a light reflecting recess for reflecting light generated in the light emitting layer to an upper surface side is formed on a bottom surface of the nitride semiconductor layer.
(2a) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (1a), wherein the light reflecting recess reaches the light emitting layer.
(3a) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (1a) or (2a), wherein the light reflecting recess includes a groove.
(4a) The shape of the bottom surface of the nitride semiconductor layer is a quadrangle or hexagon, and only one linear groove is formed on the bottom surface as a light reflecting recess along one of the diagonal lines of the quadrangle or hexagon. The nitride semiconductor light-emitting diode device according to (3a), wherein the groove has a length substantially equal to a length of the diagonal line.
(5a) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of (1a) to (4a), wherein a cross section of the light reflecting recess is V-shaped or trapezoidal.
(6a) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of (1a) to (5a), wherein the holding substrate is made of a metal deposited on the nitride semiconductor layer.
(7a) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of (1a) to (5a), wherein the holding substrate is made of a semiconductor having a band gap energy larger than that of the light emitting layer.
(8a) The nitride semiconductor light-emitting diode element according to (7a), wherein the holding substrate is made of ZnO.
(9a) The light-transmitting semiconductor layer having a refractive index comparable to or higher than the refractive index of the nitride semiconductor layer is bonded to the upper surface of the nitride semiconductor layer. The nitride semiconductor light-emitting diode device according to any one of (8a).

本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting diode device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子において、光取出し効率の向上が効果的に達成されるメカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism in which the improvement of light extraction efficiency is achieved effectively in the nitride semiconductor light-emitting diode element concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る窒化物発光ダイオード素子における、光反射凹部が形成された窒化物半導体層の底面を示す図である。It is a figure which shows the bottom face of the nitride semiconductor layer in which the light reflection recessed part was formed in the nitride light emitting diode element which concerns on one Embodiment of this invention. 図１に示す窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting diode element shown in FIG. 図１に示す窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting diode element shown in FIG. 図１に示す窒化物半導体発光ダイオード素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting diode element shown in FIG. 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor light emitting diode device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子における、光反射凹部が形成された窒化物半導体層の底面を示す図である。It is a figure which shows the bottom face of the nitride semiconductor layer in which the light reflection recessed part was formed in the nitride semiconductor light-emitting diode element concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子における、光反射凹部が形成された窒化物半導体層の底面を示す図である。It is a figure which shows the bottom face of the nitride semiconductor layer in which the light reflection recessed part was formed in the nitride semiconductor light-emitting diode element concerning one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、２窒化物半導体発光ダイオード素子
１１、２１保持基板
１２、２２窒化物半導体層
Ａ１、Ａ２光反射凹部 1, 2 Nitride semiconductor light-emitting diode elements 11, 21 Holding substrate 12, 22 Nitride semiconductor layers A1, A2 Light reflecting recess

Claims

底面および上面を有し、内部に発光層を含む窒化物半導体層を備え、該窒化物半導体層の底面側に金属または半導体からなる保持基板が接合された窒化物半導体発光ダイオード素子であって、
前記窒化物半導体層の底面には、前記発光層で生じた光を上面側に反射する光反射凹部が形成されていることを特徴とする、窒化物半導体発光ダイオード素子。 A nitride semiconductor light-emitting diode element comprising a nitride semiconductor layer having a bottom surface and a top surface and including a light emitting layer therein, wherein a holding substrate made of metal or semiconductor is bonded to the bottom surface side of the nitride semiconductor layer,
A nitride semiconductor light-emitting diode element, wherein a light reflecting recess for reflecting light generated in the light emitting layer to the upper surface side is formed on a bottom surface of the nitride semiconductor layer.

前記光反射凹部が前記発光層に達している請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to claim 1, wherein the light reflecting recess reaches the light emitting layer.

前記窒化物半導体層の底面の形状が方形であり、前記光反射凹部が溝であり、該溝の長さの合計が、前記方形の対角線の長さの４倍以下である、請求項２に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The shape of the bottom surface of the nitride semiconductor layer is a square, the light reflecting recess is a groove, and the total length of the grooves is not more than four times the diagonal length of the square. The nitride semiconductor light-emitting diode device described.

前記溝の幅が５μｍ以下である請求項２または３に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 4. The nitride semiconductor light-emitting diode element according to claim 2, wherein the groove has a width of 5 μm or less.

前記窒化物半導体層の底面の形状が方形であり、該底面には、光反射凹部として溝が形成されており、該溝は前記方形の全ての辺と１０度〜８０度の角度で交わる方向に伸びる部分を有しており、該部分の長さの合計が前記方形の対角線の長さの５０％以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The bottom surface of the nitride semiconductor layer is square, and grooves are formed as light reflecting recesses on the bottom surface, and the grooves intersect with all sides of the square at an angle of 10 degrees to 80 degrees. 5. The nitride semiconductor light-emitting diode device according to claim 1, further comprising: a portion extending in a length of at least 50% of a length of the square diagonal line.

前記窒化物半導体層の底面の形状が四角形または六角形であり、該底面には光反射凹部として直線状の溝が一本のみ、該四角形または六角形の対角線のひとつに沿って形成されており、かつ、該溝の長さが該対角線の長さと実質的に等しい、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The shape of the bottom surface of the nitride semiconductor layer is a square or a hexagon, and only one linear groove is formed on the bottom surface as a light reflecting recess along one of the diagonal lines of the rectangle or the hexagon. The nitride semiconductor light-emitting diode device according to claim 1, wherein a length of the groove is substantially equal to a length of the diagonal line.

前記光反射凹部の断面がＶ字状または台形状である、請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of claims 1 to 6, wherein a cross section of the light reflecting recess is V-shaped or trapezoidal.

前記保持基板が、前記窒化物半導体層の上に堆積された金属からなる、請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to claim 1, wherein the holding substrate is made of a metal deposited on the nitride semiconductor layer.

前記保持基板が、前記窒化物半導体層に直接ウェハボンディングにより接合された半導体基板である、請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to claim 1, wherein the holding substrate is a semiconductor substrate bonded directly to the nitride semiconductor layer by wafer bonding.

前記光反射凹部の内壁面が、前記窒化物半導体層の側面と連続していない、請求項９に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to claim 9, wherein an inner wall surface of the light reflecting recess is not continuous with a side surface of the nitride semiconductor layer.

前記保持基板が、前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体からなる、請求項９または１０に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 11. The nitride semiconductor light-emitting diode device according to claim 9, wherein the holding substrate is made of a semiconductor having a band gap energy larger than that of the light emitting layer.

前記保持基板がＺｎＯからなる、請求項１１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode device according to claim 11, wherein the holding substrate is made of ZnO.

前記窒化物半導体層の上面に、当該窒化物半導体層の成長に用いられた半導体基板に由来する透光性半導体層が接合されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor according to claim 1, wherein a translucent semiconductor layer derived from a semiconductor substrate used for growing the nitride semiconductor layer is bonded to the upper surface of the nitride semiconductor layer. Light emitting diode element.

前記透光性半導体層が、前記窒化物半導体層の屈折率と同程度、あるいは、それよりも高い屈折率を有している、請求項１３に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to claim 13, wherein the translucent semiconductor layer has a refractive index that is approximately equal to or higher than a refractive index of the nitride semiconductor layer.

前記透光性半導体層が、窒化物半導体基板またはＳｉＣ基板に由来している、請求項１３に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to claim 13, wherein the translucent semiconductor layer is derived from a nitride semiconductor substrate or a SiC substrate.

前記透光性半導体層の表面が凹凸状に加工されている、請求項１３〜１５のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of claims 13 to 15, wherein a surface of the translucent semiconductor layer is processed into an uneven shape.

前記透光性半導体層の表面に錐体状または錐台状の突起が形成されている、請求項１６に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to claim 16, wherein a cone-shaped or frustum-shaped protrusion is formed on a surface of the translucent semiconductor layer.

前記透光性半導体層の表面が、錐体状、錘台状またはドーム状に加工されている、請求項１３〜１５のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride semiconductor light-emitting diode element according to any one of claims 13 to 15, wherein a surface of the translucent semiconductor layer is processed into a cone shape, a frustum shape, or a dome shape.

前記窒化物半導体層の上面の上にパッド電極を有しており、該パッド電極が、前記光反射凹部の上方を避けるように形成されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。 The nitride according to any one of claims 1 to 12, further comprising a pad electrode on an upper surface of the nitride semiconductor layer, wherein the pad electrode is formed so as to avoid the upper part of the light reflecting recess. Semiconductor light-emitting diode element.