JP2002016286A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光取り出し側、金属薄膜と酸化物透明導電膜
からなる透光性電極を有する半導体発光素子において、
均一な膜厚の金属薄膜を用いると、酸化物透明導電膜と
金属薄膜の間に剥がれの問題がある。 【解決手段】 金属薄膜を膜厚の厚い領域と、膜厚の薄
い領域あるいは金属薄膜の形成されていない領域が混在
していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願は窒化物半導体発光素
子、特に光取り出し側に透光性の電極を有する窒化物半
導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光取り出し側に透光性を有する金
属薄膜と酸化物を含む透明導電膜よりなる電極を設けた
窒化物半導体発光素子として例えば図１７に示すものが
開示されている（特開平９−１２９９１９号公報）。こ
の発光素子では、サファイア基板１の上にＧａＮよりな
るバッファ層２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コ
ンタクト層３、ノンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる単
一量子井戸構造の活性層４、Ｍｇドープｐ型Ａｌ_0.1Ｇ
ａ_0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層５、Ｍｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型コンタクト層６が順次積層され、エッ
チングによりｎ型コンタクト層３の一部を露出させ、ｎ
型コンタクト層３上にボンディング用のパッド電極１
４、ｐ型コンタクト層６上に金属薄膜１０、透明導電膜
１１、パッド電極１３を形成している。

【０００３】また、別の従来例としては、例えば特開平
１０−２０９５００号公報では、ｐ層側の電極を、Ａｕ
から成る第１金属層とＣｏから成る第２金属層を形成後
に合金化処理をすることにより、略網目状の反応性生物
と薄膜化したＣｏを形成し、これを透光性電極としてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の特開平９−１２
９９１９号公報に示された発光素子では、金属薄膜１０
は透光性となっており、これによりｐ型側からの光取り
出しを可能としている。しかし、この発光素子では、一
様な膜厚の金属薄膜上に透明導電膜をつけているために
金属薄膜と透明導電膜の密着性が悪いという問題があ
り、透明導電膜の剥がれが生じ、発光素子の製造歩留ま
りが低い。また、この発光素子では金属薄膜１０を１〜
４ｎｍと薄く形成して、透明導電膜にＩＴＯ（Ｉｎ
₂Ｏ₃；Ｓｎ）を用いたとき、酸素雰囲気中で２００℃を
超える温度でＩＴＯをスパッタによって形成すると、金
属薄膜が酸化されるという問題が発生し、発光素子の製
造歩留まりが低くなってしまう。

【０００５】ＩＴＯ膜の形成において成膜温度と酸素分
圧は重要なパラメータであり、ＩＴＯ膜の比抵抗、移動
度、キャリア密度と密接な関係がある。成膜温度が低い
ほど膜の電気特性は低下するために、成膜温度を下げる
と発光素子特性の低下につながるため、ＩＴＯの成膜温
度は２００℃程度にすることが好ましい。また、酸素分
圧には最適値があり、ＩＴＯ膜中の酸素濃度が減少しす
ぎるると、結晶性が悪くなり、移動度が低下するととも
に、キャリア密度が低下してしまうため、膜の電気特性
が低下し、発光素子特性の低下につながるため、酸素分
圧を下げることはできない。このように、良質な透明導
電膜ＩＴＯを形成するためには成膜温度を２００℃程度
とし、最適酸素分圧を保たなければならないため、金属
薄膜を酸化させないように、成膜温度を下げたり、酸素
分圧を低くしたりはできない。よって、金属薄膜は酸化
の影響を受けない程度の膜厚で形成しなければならな
い。

【０００６】また、この発光素子では外部量子効率をあ
げるために金属薄膜１０を１〜４ｎｍとした場合は膜抵
抗が高くなってしまい、発光素子の動作電圧が上昇する
という問題がある。金属薄膜１０を２０ｎｍ程度と厚く
した場合には外部量子効率が悪くなってしまう。その
他、素子の電極として、例えば特開平１０−２０９５０
０では、透光性を有する金属電極において、素子の電極
形成面上に膜厚が比較的厚い領域と、比較的薄いか全く
形成されていない領域とが混在し、比較的厚い領域が略
網目状に連続して形成されている金属電極が示されてい
る。しかし、この電極では、素子内でわずかな電流拡散
しかないため膜抵抗が高くなってしまう。膜の高抵抗化
は素子の駆動電圧を大きくするため、低減しなければな
らない。従って、本発明の目的は、発光素子として有用
な新規な電極構造を提供することにより、外部量子効率
に優れ、かつ低駆動電圧であり、製造歩留まりの高い発
光素子を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、透光性を有する金属薄膜を
具備する半導体発光素子であって、前記金属薄膜は、半
導体発光素子の電極形成面上において膜厚が比較的厚い
領域と、比較的薄いか全く形成されていない領域とが混
在して形成されており、且つ前記金属薄膜を覆うように
酸化物を含む透明導電膜を形成したことを特徴とする。

【０００８】本願に記載の半導体発光素子は、基板の上
に第１導電型の半導体層と、発光層と、第２導電型の半
導体層と、第２導電型の電極がこの順に形成されてお
り、第２導電型の電極は金属薄膜と透明導電膜からなる
半導体発光素子において、前記金属薄膜は第１領域と第
２領域が有り、第２領域の膜厚は第１領域より薄いこと
を特徴とする。

【０００９】また、本願に記載の半導体発光素子は、前
記第２導電型の電極は、透明導電膜のみで形成されてい
る領域を有することを特徴とする。

【００１０】上記手段によると、素子の電極形成面上に
おいて、透光性を有する金属薄膜の膜厚が比較的厚い領
域（第１領域）と、比較的薄いか全く形成されていない
領域（第２領域）とが混在し、比較的厚い領域がオーム
性接触領域となり、その上の透明導電膜によって電流拡
散がおこり、金属薄膜が比較的薄いか全く形成されてい
ない領域では、光の透過率が向上し、結果として、低駆
動電圧かつ透過率が良好な電極が作製できる。この時、
第１領域と第２領域は必ずしも明確に区別できなくても
良く、金属薄膜の膜厚が不均一な凹凸状になっている場
合も本願の効果を得ることができる。

【００１１】また、金属薄膜を凹凸状にすることによ
り、金属薄膜が平坦な場合よりも、金属薄膜に対して透
明導電膜の密着性が向上するため、透明導電膜の剥がれ
がなくなり、発光素子の製造歩留まりが向上する。

【００１２】また、金属薄膜を凹凸状にして、膜厚が比
較的厚い部分と比較的薄い部分を形成することにより、
酸素雰囲気中で高温で透明導電膜ＩＴＯを形成したとき
に、金属薄膜の膜厚が比較的薄い部分の一部が酸化され
ても、膜厚が比較的厚い部分によって良好なオーミック
接触が得られているために、発光素子の製造歩留まり低
下を防止することができる。

【００１３】本願の半導体発光素子は、前記透明導電膜
の膜厚が、前記金属薄膜の第１領域の上では薄く、第２
領域の上では厚いことを特徴とする。

【００１４】上記手段によると、透明導電膜を金属薄膜
の膜厚が比較的厚い領域には薄く、比較的薄い領域には
厚く形成することにより、平坦な金属薄膜上に均一な膜
厚の透明導電膜を形成した場合よりも金属薄膜に対して
透明導電膜の密着性が向上するため、透明導電膜の剥が
れがなくなり、発光素子の製造歩留まりが向上する。

【００１５】本願の半導体発光素子は、前記金属薄膜
が、少なくともパラジウム（Ｐｄ）を含む金属または合
金よりなることを特徴とする。

【００１６】上記の手段によると、透光性の金属薄膜
に、少なくともパラジウム（Ｐｄ）を含む金属または合
金を用いることにより、ｐ型ＧａＮ層と好ましいオーム
性接触が得られるために、低抵抗の電極が作製できる。
また、Ｐｄは熱処理により容易に凹凸状となるため、熱
処理することにより、良好に凝集して比較的厚い領域と
比較的薄いか全く形成されていない領域が混在した透光
性電極が形成できる。

【００１７】本願の半導体発光素子は、前記透明導電膜
が亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、
マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ガリウム
（Ｇａ）、鉛（Ｐｂ）よりなる群から選択された少なく
とも一種を含む酸化物よりなることを特徴とする。

【００１８】上記の手段によると、亜鉛（Ｚｎ）、イン
ジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍ
ｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ガリウム（Ｇａ）、鉛（Ｐ
ｂ）よりなる群から選択された少なくとも一種を含む酸
化物よりなる透明導電膜は紫〜緑色波長域での透過率が
良く、この透明導電膜を金属薄膜上に形成することによ
り、電流広がり領域が形成されるため、低駆動電圧の発
光素子が作製できる。酸化物を含む透明導電膜には数々
の種類があるが、特に好ましくは、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、
ＳｎＯ₂、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎの酸化物）、ＭｇＯ等で
抵抗の低い透明導電膜を形成することが望ましい。

【００１９】本願の半導体発光素子は、前記金属薄膜の
第１領域の膜厚は５〜２０ｎｍ、第２領域の膜厚は０〜
５ｎｍで、かつ、第１領域と第２領域の膜厚の差が２ｎ
ｍ以上あることを特徴とする。

【００２０】上記の手段によると、金属薄膜の比較的厚
い部分と比較的薄い部分の膜厚の差が２ｎｍ以上となる
ように凹凸を形成することにより、金属薄膜とその上に
形成する透明導電膜の密着性を向上させることが出来
る。また、金属薄膜が比較的厚い領域の膜厚を５〜２０
ｎｍとすることにより、良好なオーム性接触領域が形成
され、金属薄膜が比較的薄い領域の膜厚を０〜５ｎｍに
することにより、良好な透過率を確保できる。

【００２１】金属薄膜と透明導電膜の密着性を向上させ
るには、金属薄膜の比較的厚い部分と比較的薄い部分の
膜厚の差が２ｎｍ以上であることが好ましい。膜厚差が
２ｎｍ以下になると、金属薄膜と透明導電膜の密着性が
悪く、剥がれが生じて、発光素子の製造歩留まりが低下
してしまうため、膜厚差は２ｎｍ以上であることが好ま
しい。

【００２２】また、金属薄膜が比較的厚い領域で良好な
オーム性接触を得るには、膜厚が５〜２０ｎｍであるこ
とが好ましい。膜厚が５ｎｍ以下であると、良好なオー
ム性接触が得られず、電極が高抵抗になってしまう。膜
厚が２０ｎｍ以上では、オーム性接触が良好でも、その
部分での光の透過率が低下するため、電極全体としても
外部量子効率を大きく向上させることができない。ま
た、透明導電膜ＩＴＯ形成時に金属薄膜が比較的薄い部
分の一部が酸化されたとしても、比較的厚い領域の膜厚
を５ｎｍ以上にしておくことにより、酸化されることな
く良好なオーミック接触が得られる。

【００２３】光取り出し領域は、金属薄膜を比較的薄い
か全く形成されていないようにし、膜厚が０〜５ｎｍで
あることが好ましい。膜厚が５ｎｍ以上になると光の透
過率が低下し、電極全体として外部量子効率を大きく向
上させることが出来ない。

【００２４】本願の半導体発光素子は、前記金属薄膜の
第１領域は、幅が０．１〜３０μｍで面積比が１０〜９
０％、第２領域の幅は０．１〜３０μｍであることを特
徴とする。

【００２５】上記の手段によると、金属薄膜の比較的厚
い部分の幅を０．１〜３０μｍ、比較的薄い部分の幅を
０．１〜３０μｍとし、かつ、前記金属薄膜の全形成面
積に占める、比較的厚い部分の面積の割合を１０％〜９
５％とすることによって、その上に形成した透明導電膜
との密着性が向上することにより発光素子の製造歩留ま
りが向上し、良好なオーム性接触領域と光取り出し領域
の両方が形成され、全体として、低駆動電圧で、外部量
子効率の良好な発光素子を作製できる。

【００２６】網目状や金属を凝集させて凹凸を形成した
金属薄膜は、膜厚が比較的厚い領域の面積が１０％〜９
５％で、ストライプ幅又は径が０．１〜３０μｍである
ことが好ましい。面積が１０％以下又は幅が０．１μｍ
以下であると、良好なオーム性接触が得られず、電極が
高抵抗になってしまい、かつ、金属薄膜と透明導電膜の
密着性を保つだけの凹凸が形成されていないために、透
明導電膜の剥がれが生じて歩留まりが低下してしまう。

【００２７】また、金属薄膜の膜厚が比較的厚い領域の
面積が９５％以上又は幅が３０μｍ以上では、オーム性
接触が良好でも、その部分での光の透過率が低下するた
め、電極全体としても外部量子効率を大きく向上させる
ことができず、この場合も金属薄膜と透明導電膜の密着
性を保つだけの凹凸が形成されていないために、透明導
電膜の剥がれが生じて歩留まりが低下してしまう。

【００２８】光取り出し領域は、金属薄膜を比較的薄い
か全く形成されていないようにし、幅が０．１〜３０μ
ｍであることが好ましい。幅が０．１μｍ以下になると
光の透過率が低下し、電極全体として外部量子効率を大
きく向上させることが出来ない。また、幅が３０μｍ以
上になると、光取り出し領域への電流拡散が十分におこ
らず、光出力が低下してしまうため、光取り出し領域の
幅は３０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲として
は１〜１０μｍである。

【００２９】本願の半導体発光素子は、前記透明導電膜
の膜厚が０．０１μｍ〜１０μｍであることを特徴とす
る。

【００３０】上記の手段によると、透明導電膜を０．０
１μｍ〜１０μｍにすることにより、低抵抗で透過率の
良好な電極が作製できる。

【００３１】透明導電膜で十分に電流が広がり、低抵抗
な電極にするには透明導電膜の膜厚を０．０１μｍ以上
にすることが好ましく、膜厚を０．０１μｍ以下にする
と電極面内で、電流が十分に広がらず、結果として電極
が高抵抗化してしまう。また、膜厚を１０μｍ以上にす
ると透明導電膜内での光の吸収が大きくなり、結果とし
て電極での光の透過率が低下するため、透明導電膜の膜
厚は１０μｍ以下にすることが好ましい。

【００３２】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明によ
り、サファイア基板上に形成されたＧａＮ系化合物半導
体で形成された発光素子の断面構造図である。サファイ
ア基板２０上にはＡｌＮからなるバッファ層２１を形成
し、その上にシリコンドープのＧａＮからなるｎ型Ｇａ
Ｎ層２２を形成する。そして、このｎ型ＧａＮ層の上に
ＧａＮから成るバリア層と、ＩｎＧａＮから成る井戸層
で構成された多重量子井戸の発光層２３を積層形成す
る。発光層２３の上にはｐ型ＡｌＧａＮから成るクラッ
ド層２４を形成する。クラッド層の上にはｐ型ＧａＮか
ら成るコンタクト層２５を形成する。２６Ａは金属薄
膜、２７は透明導電膜、２８はｐ層側電極パッド、２９
はｎ型電極である。

【００３３】コンタクト層２５の表面上に金属薄膜から
成る透光性電極として、Ｐｄを４ｎｍの膜厚で蒸着す
る。この金属薄膜を真空中で７００℃で３分間熱処理す
ることにより、金属薄膜とコンタクト層の間に合金層が
形成されるとともに、膜厚が比較的厚い領域と、比較的
薄いか全く形成されていない領域が混在した凹凸状の金
属薄膜２６Ａを形成する。金属薄膜をＰｄとする場合
は、６００℃以上で熱処理することにより凹凸状にで
き、これより低い温度では合金化のみおこり凹凸状には
ならない。金属薄膜が比較的厚い領域は膜厚が約６ｎｍ
で径が約１μｍの島状に形成され、比較的薄いか全く形
成されていない領域の膜厚は０〜２ｎｍとなった。

【００３４】凹凸状の金属薄膜２６Ａ上の一部にボンデ
ィング用のｐ層側電極パッド２８を形成するために、フ
ォトレジストを一様に塗布して、その電極パッドの形成
部分のフォトレジストに窓を開ける。次に、Ａｕ／Ｐｄ
を１μｍ程度の膜厚で蒸着により成膜させ、リフトオフ
法により、フォトレジスト上のＡｕ／Ｐｄ膜を除去し
て、ｐ層側電極パッド２８を形成する。ｐ層側電極パッ
ド形成後、凹凸状の金属薄膜２６Ａ上に透明導電膜２７
としてＩＴＯをスパッタ法により基板温度２００℃で３
０ｎｍの膜厚で形成する。ＩＴＯ／Ｐｄ膜厚が厚いとこ
ろでは約３５ｎｍ、薄いところでは約３３ｎｍとなっ
た。図１３はこの状態を示した模式的断面図である。

【００３５】このように金属薄膜を凹凸状にすることに
より、金属薄膜と透明導電膜の密着性が向上すると共
に、金属薄膜が比較的薄い部分の一部がＩＴＯ成膜中に
酸化されても、比較的厚い部分で良好なオーム性接触が
得られるため、製造歩留まりが向上する。又、金属薄膜
が比較的薄い領域において透過率が増加するため外部量
子効率が向上し、金属薄膜が比較的厚い領域において良
好なオーム性接触が得られると共に、透明導電膜による
電流広がり領域を形成することによって低駆動電圧にで
きる。

【００３６】次に、フォトレジストを塗布し、所定領域
のフォトレジストを除去して、フォトレジストで覆われ
ていない部分の透明導電膜を塩化鉄系溶液でエッチング
し、金属薄膜を塩酸系のエッチング液でエッチングする
ことにより発光パターンを形成し、さらに、ｐ型コンタ
クト層２５、ｐ型クラッド層２４、発光層２３とｎ型Ｇ
ａＮ層２２の一部を除去し、ｎ型ＧａＮ層２２の表面を
露出させる。次に、フォトレジストを一様に塗布して、
ｎ型ＧａＮ層２２の表面の所定領域に窓を開け、Ａｌ
（１５０ｎｍ）／Ｔｉ（２０ｎｍ）を蒸着により成膜さ
せ、リフトオフ法により、フォトレジスト上のＡｌ／Ｔ
ｉ膜を除去して、ｎ型電極２９を形成する。

【００３７】図２は、このようにして作製した発光素子
をｐ層の電極側から見た模式的平面図である。

【００３８】これにより、製造歩留まりが向上し、順方
向電圧が３．２Ｖで、透過率が約８５％の発光素子が作
製できた。

【００３９】本実施例では、透光性の金属薄膜としてＰ
ｄを用いたが、ｐ層の電極となる金属で透光性の薄膜を
形成できる金属または合金であればどのような材料でも
よく、特に熱処理で凹凸が形成できることが好ましい。

【００４０】又、本実施例では透明導電膜としてＩＴＯ
を用いたが、このほかに亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉ
ｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウ
ム（Ｃｄ）、ガリウム（Ｇａ）、鉛（Ｐｂ）よりなる群
から選択された少なくとも一種を含む酸化物が利用可能
である。

【００４１】又、本実施例では発光層をＧａＮから成る
バリア層と、ＩｎＧａＮから成る井戸層で構成された多
重量子井戸としたが、単層量子井戸でもよく、また、Ａ
ｌＧａＩｎＮ、ＧａＮＡｓやＧａＮＰなど任意の４元ま
たは３元混晶を用いてもよい。

【００４２】（実施例２）上記第１実施例では、金属薄
膜を熱処理することによりＰｄの膜厚が比較的厚い部分
と比較的薄い部分を混在形成させたが、第２実施例では
蒸着した金属薄膜をエッチングにより、膜厚が比較的厚
い領域と、全く形成されていない領域とを形成し、膜厚
が比較的厚い領域を網目状に連続して形成する点が特徴
である。

【００４３】図３は、本発明により、サファイア基板上
に形成されたＧａＮ系化合物半導体で形成された発光素
子の断面構造図である。凹凸状の金属薄膜２６Ｂ以外は
実施例１と同様である。

【００４４】コンタクト層の表面上に金属薄膜から成る
透光性電極として、Ｐｄを５ｎｍの膜厚で蒸着するとこ
ろまでは第１実施例と同様の方法による。次に、金属薄
膜を約５００℃で熱処理することにより、コンタクト層
２５と金属薄膜層との合金化処理を行う。この場合、実
施例１とは異なり、熱処理温度が６００℃以下なので、
金属薄膜とコンタクト層が合金化されるのみで、金属薄
膜が凹凸状になることはない。次に、フォトレジストを
一様に塗布し、フォトリソグラフィにより、金属薄膜を
エッチングする部分のフォトレジストを除去する。フォ
トレジストで覆われていない部分の金属薄膜を塩酸系の
エッチング液でエッチングすることにより、ストライプ
幅５μｍ、間隔３μｍの網目状金属薄膜２６Ｂを形成す
る。ボンディング用のｐ層側電極パッド形成は第１実施
例と同様である。ｐ層側電極パッド２８形成後、凹凸状
の金属薄膜２６Ｂ上に透明導電膜２７としてＩＴＯをス
パッタ法により基板温度２００℃で５０ｎｍの膜厚で形
成する。ＩＴＯ／Ｐｄ膜厚が厚いところでは約５４ｎ
ｍ、薄いところでは約５２ｎｍとなった。図１４はこの
状態を示した模式的断面図である。

【００４５】このように金属薄膜を網目状にすることに
より、金属薄膜と透明導電膜の密着性が向上すると共
に、金属薄膜が比較的薄い部分の一部がＩＴＯ成膜中に
酸化されても、比較的厚い部分で良好なオーム性接触が
得られるため、製造歩留まりが向上する。又、金属薄膜
がエッチングされた部分において透過率が増加するため
外部量子効率が向上し、網目状の金属薄膜部分において
良好なオーム性接触が得られると共に、透明導電膜によ
る電流広がり領域を形成することによって低駆動電圧に
できる。

【００４６】発光パターン形成以降は第１実施例と同様
である。図４は、このようにして作製した発光素子をｐ
層の電極側から見た模式的平面図である。

【００４７】これにより、製造歩留まりが向上し、順方
向電圧は第１実施例と同程度で、透過率が約９０％の発
光素子が作製できた。

【００４８】本実施例では、網目状の金属薄膜はエッチ
ングにより形成したが、リフトオフにより網目状の金属
薄膜を形成してもよい。

【００４９】尚、本実施例では透光性の金属薄膜として
Ｐｄを用いたが、ｐ層の電極となる金属で透光性の薄膜
を形成できる金属または合金であればどのような材料で
もよい。

【００５０】又、本実施例では透明導電膜としてＩＴＯ
を用いたが、このほかに亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉ
ｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウ
ム（Ｃｄ）、ガリウム（Ｇａ）、鉛（Ｐｂ）よりなる群
から選択された少なくとも一種を含む酸化物が利用可能
である。

【００５１】（実施例３）前記第２実施例では、ｎ型電
極２９はｐ側の金属薄膜２６Ａおよび透明導電膜２７の
周囲に形成したが、第３実施例ではｎ型電極２９とｐ側
電極パッド２８が対角線上に形成されている点が異な
る。

【００５２】ｎ型電極２９が隅部分のみに形成されてい
ることと、ｎ型電極２９と対角線上の反対側にｐ層側電
極パッド２８を形成する以外は第２実施例と同様であ
る。図５はこのようにして作製した発光素子の模式的断
面図である。図６はこのようにして作製した発光素子を
ｐ層の電極側から見た模式的平面図である。これによ
り、順方向電圧および透過率が第２実施例と同程度の発
光素子が作製できた。

【００５３】（実施例４）図７は、本発明により、Ｇａ
Ｎ基板上に形成されたＧａＮ系化合物半導体で形成され
た発光素子の断面構造図である。ｎ型ＧａＮ基板３０上
に、バッファ層２１、ｎ型ＧａＮ層２２を形成し、その
上にＧａＮから成るバリア層と、ＩｎＧａＮから成る井
戸層で構成された多重量子井戸の発光層２３を積層形成
する。発光層２３の上にはｐ型ＡｌＧａＮから成るクラ
ッド層２４を形成する。クラッド層の上にはｐ型ＧａＮ
から成るコンタクト層２５を形成する。コンタクト層２
５の表面上に金属薄膜から成る透光性電極として、Ｐｄ
を６ｎｍの膜厚で蒸着する。この金属薄膜を真空中で６
００℃で３分間熱処理することにより、コンタクト層２
５と金属薄膜層との合金化処理をするとともに、膜厚が
比較的厚い領域と、比較的薄いか全く形成されていない
領域が混在した凹凸状の金属薄膜２６Ａを形成する。金
属薄膜２６Ａが比較的厚い領域は膜厚が約８ｎｍで径が
約１．５μｍの島状に形成され、比較的薄い領域の膜厚
は約３ｎｍとなった。

【００５４】凹凸状の金属薄膜２６Ａ上の一部にボンデ
ィング用のｐ層側電極パッド２８を形成するために、フ
ォトレジストを一様に塗布して、そのｐ層側電極パッド
の形成部分のフォトレジストに窓を開ける。次に、Ａｕ
／Ｐｄを１μｍ程度の膜厚で蒸着により成膜させ、リフ
トオフ法により、フォトレジスト上のＡｕ／Ｐｄ膜を除
去して、ｐ層側電極パッド２８を形成する。ｐ層側電極
パッド形成後、凹凸状の金属薄膜２６Ａ上に透明導電膜
２７としてＩＴＯをスパッタ法により基板温度２００℃
で７０ｎｍの膜厚で形成する。ＩＴＯ表面はほぼ平坦に
なった。図１５はこの状態を示した模式的断面図であ
る。

【００５５】このように金属薄膜を凹凸状にすることに
より、金属薄膜と透明導電膜の密着性が向上すると共
に、金属薄膜が比較的薄い部分の一部がＩＴＯ成膜中に
酸化されても、比較的厚い部分で良好なオーム性接触が
得られるため、製造歩留まりが向上する。又、金属薄膜
が比較的薄い領域において透過率が増加するため外部量
子効率が向上し、金属薄膜が比較的厚い領域において良
好なオーム性接触が得られると共に、透明導電膜による
電流広がり領域を形成することによって低駆動電圧にで
きる。

【００５６】次に、フォトレジストを塗布し、所定領域
のマスクを除去して、マスクで覆われていない部分の透
明導電膜を塩化鉄系溶液でエッチングし、金属薄膜を塩
酸系のエッチング液でエッチングすることにより発光パ
ターンを形成する。

【００５７】次に、ｎ型ＧａＮ基板３０の裏面にｎ型電
極２９としてＴｉ／Ａｌを約１μｍの膜厚で蒸着する。

【００５８】これにより、製造歩留まりが向上し、順方
向電圧が３．０Ｖで、透過率が約８５％の発光素子が作
製できた。

【００５９】図８は、このようにして作製した発光素子
をｐ層の電極側から見た模式的平面図である。

【００６０】本実施例では、透光性の金属薄膜としてＰ
ｄを用いたが、ｐ層の電極となる金属で透光性の薄膜を
形成できる金属または合金であればどのような材料でも
よく、特に熱処理で凹凸が形成できることが好ましい。

【００６１】又、本実施例では透明導電膜としてＩＴＯ
を用いたが、このほかに亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉ
ｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミウ
ム（Ｃｄ）、ガリウム（Ｇａ）、鉛（Ｐｂ）よりなる群
から選択された少なくとも一種を含む酸化物が利用可能
である。

【００６２】又、本実施例では発光層をＧａＮから成る
バリア層と、ＩｎＧａＮから成る井戸層で構成された多
重量子井戸としたが、単層量子井戸でもよく、また、Ａ
ｌＧａＩｎＮ、ＧａＮＡｓやＧａＮＰなど任意の４元ま
たは３元混晶としてもよい。

【００６３】又、本実施例では、導電性基板としてＧａ
Ｎ基板を用いたが、この他にＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、
ＳｉＣ、ＺｎＯなどの導電性基板を用いても良い。

【００６４】（実施例５）上記第４実施例では、金属薄
膜を熱処理することによりＰｄの膜厚が比較的厚い部分
と比較的薄い部分を混在形成させたが、第５実施例では
蒸着した金属薄膜をエッチングにより、膜厚が比較的厚
い領域と、全く形成されていない領域とを形成し、膜厚
が比較的厚い領域を網目状に連続して形成する点が特徴
である。

【００６５】図９は、本発明により、ＧａＮ基板上に形
成されたＧａＮ系化合物半導体で形成された発光素子の
断面構造図である。

【００６６】コンタクト層２５の表面上に金属薄膜から
成る透光性電極として、Ｐｄを７ｎｍの膜厚で蒸着する
ところまでは第４実施例と同様である。次に、金属薄膜
を約５００℃で熱処理することにより、コンタクト層２
５と金属薄膜層との合金化処理を行う。

【００６７】次に、フォトレジストを一様に塗布し、フ
ォトリソグラフィにより、金属薄膜をエッチングする部
分のフォトレジストを除去する。フォトレジストで覆わ
れていない部分の金属薄膜をエッチングすることによ
り、幅３μｍ、間隔を２μｍの網目状の金属薄膜２６Ｂ
を形成する。ｐ層側電極パッド２８の形成は第４実施例
と同様である。次に網目状の金属薄膜２６Ｂ上に透明導
電膜２７としてＩＴＯをスパッタ法により基板温度２０
０℃で１００ｎｍの膜厚で形成する。ＩＴＯ表面はほぼ
平坦になった。図１６はこのようにして作製した透光性
電極部分を示した模式的断面図である。

【００６８】このように金属薄膜を網目状にすることに
より、金属薄膜と透明導電膜の密着性が向上すると共
に、金属薄膜が比較的薄い部分の一部がＩＴＯ成膜中に
酸化されても、比較的厚い部分で良好なオーム性接触が
得られるため、製造歩留まりが向上する。又、金属薄膜
がエッチングされた部分において透過率が増加するため
外部量子効率が向上し、網目状の金属薄膜部分において
良好なオーム性接触が得られると共に、透明導電膜によ
る電流広がり領域を形成することによって低駆動電圧に
できる。

【００６９】発光パターン形成以降は第４実施例と同様
である。図１０は、このようにして作製した発光素子を
ｐ層の電極側から見た模式的平面図である。

【００７０】これにより、製造歩留まりが向上し、順方
向電圧は第４実施例と同程度で、透過率が約９０％の発
光素子が作製できた。

【００７１】本実施例では、網目状の金属薄膜はエッチ
ングにより形成したが、リフトオフにより網目状の金属
薄膜を形成してもよい。

【００７２】又、本実施例では透光性の金属薄膜として
Ｐｄを用いたが、ｐ層の電極となる金属で透光性の薄膜
を形成できる金属または合金であればどのような材料で
もよい。

【００７３】又、本実施例では、導電性基板としてＧａ
Ｎ基板を用いたが、この他にＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、
ＳｉＣ、ＺｎＯなどの導電性基板を用いても良い。

【００７４】（実施例６）上記第５実施例ではｐ層側電
極パッド下にも網目状にＰｄが形成されているが、第６
実施例ではｐ層側電極パッド下のＰｄの一部をエッチン
グにより除いて、光取り出し効率をさらに向上させてい
る点が特徴である。

【００７５】網目状Ｐｄを形成後、ｐ層側電極パッド形
成領域の一部のＰｄをエッチングにより取り除く以外は
第５実施例と同様である。図１１はこのようにして作製
した発光素子の模式的断面図である。本実施例のｐ型透
光性電極の断面構成は図１６のようになる。

【００７６】これにより、パッド電極直下での無駄な発
光をなくし、光取り出し効率をさらに向上させることが
出来た。 （実施例７）前記第４実施例では金属薄膜と透明導電膜
を一面に形成後、エッチングにより金属薄膜と透明導電
膜を同じ形に形成したが、第７実施例では凹凸状金属薄
膜をエッチングすることにより発光パターンを形成した
後、透明導電膜を形成し、金属薄膜の形状よりもひとま
わり大きい形になるように透明導電膜をエッチングして
形成する点が特徴である。

【００７７】前記第４実施例のようにＰｄとＩＴＯを一
面に形成後、エッチングによりＩＴＯとＰｄを同じ形に
形成した場合、エッチングした時にＩＴＯとＰｄの界面
付近でエッチング速度が異なることにより、エッチング
不良を起こすことがあった。

【００７８】本実施例の製造方法は、ｐ層側電極パッド
形成までは第４実施例と同様である。

【００７９】次に、凹凸状の金属薄膜２６Ａをエッチン
グすることにより、発光パターンの形状にした上に透明
導電膜２７としてＩＴＯを形成する。

【００８０】次に、透明導電膜２７の形状は凹凸状金属
薄膜２６Ａの形状より大きく、５μｍ外側にＩＴＯの端
ができるようにエッチングすることによりパターンを形
成する。ｎ電極形成は第４実施例と同様である。

【００８１】図１２はこのようにして作製した発光素子
の模式的断面図である。本実施例のｐ型透光性電極の断
面構成は図１５のようになる。

【００８２】このように、凹凸状金属薄膜をエッチング
することにより発光パターンを形成した後、透明導電膜
を形成し、金属薄膜の形状よりもひとまわり大きい形に
なるように透明導電膜をエッチングすることにより、Ｉ
ＴＯとＰｄ界面をエッチングすることがなくなり、エッ
チング不良を防止できるとともに、金属薄膜の側面を透
明導電膜によって覆い、保護しているため、金属薄膜が
大気との接触により劣化するという信頼性の低下を防止
できた。

【００８３】上記各実施例ではそれぞれ、金属薄膜と透
明導電膜の膜厚等を上記の特定のものとしたが、本発明
はこれに限定されるものではなく、金属薄膜と透明導電
膜の密着性を向上させるには、金属薄膜の比較的厚い部
分と比較的薄い部分の膜厚の差が２ｎｍ以上であること
が好ましい。膜厚差が２ｎｍ以下になると、金属薄膜と
透明導電膜の密着性が悪く、剥がれが生じて、発光素子
の製造歩留まりが低下してしまうため、膜厚差は２ｎｍ
以上であることが好ましい。

【００８４】また、金属薄膜が比較的厚い領域で良好な
オーム性接触を得るには、膜厚が５〜２０ｎｍであるこ
とが好ましい。膜厚が５ｎｍ以下であると、良好なオー
ム性接触が得られず、電極が高抵抗になってしまう。膜
厚が２０ｎｍ以上では、オーム性接触が良好でも、その
部分での光の透過率が低下するため、電極全体としても
外部量子効率を大きく向上させることができない。ま
た、透明導電膜ＩＴＯ形成時に金属薄膜が比較的薄い部
分の一部が酸化されたとしても、比較的厚い領域の膜厚
を５ｎｍ以上にしておくことにより、この部分は酸化さ
れることなく良好なオーミック接触が得られる。

【００８５】光取り出し領域は、金属薄膜を比較的薄い
か全く形成されていないようにし、膜厚が０〜５ｎｍで
あることが好ましい。膜厚が５ｎｍ以上になると光の透
過率が低下し、電極全体として外部量子効率を大きく向
上させることが出来ない。

【００８６】又、金属薄膜の比較的厚い部分の幅を０．
１〜３０μｍ、比較的薄い部分の幅を０．１〜３０μｍ
とし、かつ、前記金属薄膜の全形成面積に占める、比較
的厚い部分の面積の割合を１０％〜９５％とすることに
よって、その上に形成した透明導電膜との密着性が向上
することにより発光素子の製造歩留まりが向上し、良好
なオーム性接触領域と光取り出し領域の両方が形成さ
れ、全体として、低駆動電圧で、外部量子効率の良好な
発光素子を作製できる。

【００８７】網目状や金属を凝集させて凹凸を形成した
金属薄膜は、膜厚が比較的厚い領域の面積が１０％〜９
５％で、ストライプ幅又は径が０．１〜３０μｍである
ことが好ましい。面積が１０％以下又は幅が０．１μｍ
以下であると、良好なオーム性接触が得られず、電極が
高抵抗になってしまい、かつ、金属薄膜と透明導電膜の
密着性を保つだけの凹凸が形成されていないために、透
明導電膜の剥がれが生じて歩留まりが低下してしまう。

【００８８】金属薄膜の膜厚が比較的厚い領域の面積が
９５％以上又は幅が３０μｍ以上では、オーム性接触が
良好でも、その部分での光の透過率が低下するため、電
極全体としても外部量子効率を大きく向上させることが
できず、この場合も金属薄膜と透明導電膜の密着性を保
つだけの凹凸が形成されていないために、透明導電膜の
剥がれが生じて歩留まりが低下してしまう。

【００８９】光取り出し領域は、金属薄膜を比較的薄い
か全く形成されていないようにし、幅が０．１〜３０μ
ｍであることが好ましい。幅が０．１μｍ以下になると
光の透過率が低下し、電極全体として外部量子効率を大
きく向上させることが出来ない。また、幅が３０μｍ以
上になると、光取り出し領域への電流拡散が十分におこ
らず、光出力が低下してしまうため、光取り出し領域の
幅は３０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲として
は１〜１０μｍである。

【００９０】又、透明導電膜の膜厚を０．０１μｍ〜１
０μｍにすることにより、低抵抗で透過率の良好な電極
が作製できる。

【００９１】透明導電膜で十分に電流が広がり、低抵抗
な電極にするには透明導電膜の膜厚を０．０１μｍ以上
にすることが好ましく、膜厚を０．０１μｍ以下にする
と電極面内で、電流が十分に広がらず、結果として電極
が高抵抗化してしまう。また、膜厚を１０μｍ以上にす
ると透明導電膜内での光の吸収が大きくなり、結果とし
て電極での光の透過率が低下するため、透明導電膜の膜
厚は１０μｍ以下にすることが好ましい。

【００９２】上記各実施例では、ＧａＮ系化合物半導体
素子について述べたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、透光性の金属電極を有する他の素子について
も適用できる。

【００９３】

【発明の効果】本発明の発光素子は、ｐ電極を構成する
金属薄膜と透明導電膜の密着性が良好であるため、発光
素子の製造歩留まりが向上する。

【００９４】又、本発明の発光素子のｐ電極は活性層の
発光を有効に外部に取り出すことができる。しかも電極
がｐ層とのオーミック性にも優れており、かつ、透明導
電膜による電流拡散層により低駆動電圧にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の発光素子の断面構成を示し
た模式図である。

【図２】本発明の実施例１の発光素子をｐ層側の電極か
ら見た模式図である。

【図３】本発明の実施例２の発光素子の断面構成を示し
た模式図である。

【図４】本発明の実施例２の発光素子をｐ層側の電極か
ら見た模式図である。

【図５】本発明の実施例３の発光素子の断面構成を示し
た模式図である。

【図６】本発明の実施例３の発光素子をｐ層側の電極か
ら見た模式図である。

【図７】本発明の実施例４の発光素子の断面構成を示し
た模式図である。

【図８】本発明の実施例４の発光素子をｐ層側の電極か
ら見た模式図である。

【図９】本発明の実施例５の発光素子の断面構成を示し
た模式図である。

【図１０】本発明の実施例５の発光素子をｐ層側の電極
から見た模式図である。

【図１１】本発明の実施例６の発光素子の断面構成を示
した模式図である。

【図１２】本発明の実施例７の発光素子の断面構成を示
した模式図である。

【図１３】本発明の実施例１のｐ型透光性電極の断面構
成を示した模式図である。

【図１４】本発明の実施例２、３のｐ型透光性電極の断
面構成を示した模式図である。

【図１５】本発明の実施例４、７のｐ型透光性電極の断
面構成を示した模式図である。

【図１６】本発明の実施例５、６のｐ型透光性電極の断
面構成を示した模式図である。

【図１７】従来の発光素子の断面構成を示した模式図で
ある。

【符号の説明】

２０…サファイア基板 ２１…バッファ層 ２２…ｎ型ＧａＮ層 ２３…発光層 ２４…ｐ型クラッド層 ２５…ｐ型コンタクト層 ２６Ａ…熱処理により凹凸状にした金属薄膜層 ２６Ｂ…エッチングにより網目状にした金属薄膜層 ２７…透明導電膜 ２８…ｐ層側電極パッド ２９…ｎ型電極 ３０…ＧａＮ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辰巳 正毅 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 山本 健作 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA24 AA41 AA44 CA40 CA83 CA88 CA91 CA98

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の上に第１導電型の半導体層と、発
   光層と、第２導電型の半導体層と、第２導電型の電極が
   この順に形成されており、第２導電型の電極は金属薄膜
   と透明導電膜からなる半導体発光素子において、前記金
   属薄膜は第１領域と第２領域が有り、第２領域の膜厚は
   第１領域より薄いことを特徴とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】 前記第２導電型の電極は、透明導電膜の
   みで形成されている領域を有することを特徴とする請求
   項１に記載の半導体発光素子。
3. 【請求項３】 前記透明導電膜の膜厚は、前記金属薄膜
   の第１領域の上では薄く、第２領域の上では厚いことを
   特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の半導体発
   光素子。
4. 【請求項４】 前記金属薄膜が、少なくともパラジウム
   （Ｐｄ）を含む金属または合金よりなることを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子。
5. 【請求項５】 前記透明導電膜が亜鉛（Ｚｎ）、インジ
   ウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、
   カドミウム（Ｃｄ）、ガリウム（Ｇａ）、鉛（Ｐｂ）よ
   りなる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物よ
   りなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
   載の半導体発光素子。
6. 【請求項６】 前記金属薄膜の第１領域の膜厚は５〜２
   ０ｎｍ、第２領域の膜厚は０〜５ｎｍで、かつ、第１領
   域と第２領域の膜厚の差が２ｎｍ以上あることを特徴と
   する請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体発光素
   子。
7. 【請求項７】 前記金属薄膜の第１領域は、幅が０．１
   〜３０μｍで面積比が１０〜９０％、第２領域の幅は
   ０．１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１乃至
   ６のいずれかに記載の半導体発光素子。
8. 【請求項８】 前記透明導電膜の膜厚が０．０１μｍ〜
   １０μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいず
   れかに記載の半導体発光素子。