JP2003124517A

JP2003124517A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2003124517A
Application number: JP2001321769A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sano; 雅彦佐野
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-25
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: JP3921989B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】電力変換効率の高い半導体半導体素子を提供す
る。【手段】ｎ型半導体層１０２とｐ型半導体層１０４との
間に発光層１０３を有し、ｐ型半導体層の表面にｐ側電
極１が設けられ、ｐ型半導体層側からのエッチングによ
って一部が露出されたｎ型半導体層の表面にｎ側電極３
が設けられている半導体発光素子であって、ｐ側電極
は、ｐ型半導体層とオーミック接続されたｐ側オーミッ
ク電極と、ｐ側オーミック電極の一部の上に接するよう
設けられたワイヤボンディング用のｐ側パッド電極２と
からなり、ｐ側パッド電極の中央部がｐ型半導体層上に
接して設けられた絶縁層上に接して設けられるととも
に、ｐ側パッド電極の外周部の少なくとも一部がｐ側オ
ーミック電極上に接して設けられていることを特徴とす
る半導体発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は正負一対の電極が形成さ
れている半導体発光素子に関し、特にＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ
_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる
半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日我々が生活するなかで信号機、駅や
空港の行き先案内板、ビルの外壁に設置される大型ディ
スプレイさらには、携帯電話のバックライト光源など、
発光素子を見かけないことはないと言っても過言ではな
い。このように半導体が積層されてなる発光素子や発光
素子を応用した受光素子は欠かせないものになってきて
おり、これらに求められる特性向上のニーズはとどまる
ところを知らない。

【０００３】なかでも青色発光素子は他の３原色となる
赤、緑から遅れて開発されたもので、特性の向上やそれ
ぞれの目的に適応した青色発光素子を求める声は最も強
い。

【０００４】この青色発光素子としては、ガリウムを含
む窒化物半導体素子が最も多く使われている。このＧａ
Ｎ系半導体素子の構造としては、基本的に、サファイヤ
基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、ＳｉドープＧａ
Ｎよりなるｎ型コンタクト層と、単一量子井戸構造、も
しくは多重量子井戸構造のＩｎＧａＮ層を包含する活性
層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層
と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層とが順
に積層され、さらにｐ型コンタクト層の一部がエッチン
グされて露出したｎ型コンタクト層の表面にはチタン／
アルミニウムからなるｎ側オーミック電極が、ｐ型コン
タクト層の表面のほぼ全面にニッケル／金からなる透光
性のｐ側オーミック電極が形成され、各オーミック電極
の上にはボンディングパッド用のパッド電極が形成され
ている。このような半導体発光素子は、２０ｍＡにおい
て、発光波長４５０ｎｍで５ｍＷ、外部量子効率９．１
％と非常に優れた特性を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光出
力や光の取り出し効率、及び寿命などの特性はまだ十分
満足のいくレベルには達しておらず、さらなる特性の向
上が必要とされている。そこで、本発明の目的は上記の
ような素子の特性に優れた半導体発光素子を提供するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した問題を解決する
ために、本発明の半導体発光素子は、ｎ型半導体層とｐ
型半導体層との間に発光層を有し、ｐ型半導体層の表面
にｐ側電極が設けられ、ｐ型半導体層側からのエッチン
グによって一部が露出されたｎ型半導体層の表面にｎ側
電極が設けられている半導体発光素子であって、ｐ側電
極は、ｐ型半導体層とオーミック接続されたｐ側オーミ
ック電極と、ｐ側オーミック電極の一部の上に接するよ
う設けられたワイヤボンディング用のｐ側パッド電極と
からなり、ｐ側パッド電極の中央部が前記ｐ型半導体層
上に接して設けられた絶縁層上に接して設けられるとと
もに、ｐ側パッド電極の外周部の少なくとも一部がｐ側
オーミック電極上に接して設けられていることを特徴と
する。これにより、ｐ側パッド電極にワイヤをボンディ
ングさせるときなどにかかる負荷によって損傷されるの
を防ぐことができるので、出力低下を抑制し、安定な半
導体発光素子とすることができる。

【０００７】また、本発明の請求項２に記載の半導体発
光素子は、半導体発光素子は平面形状が略四角形状であ
り、その１つの角部である第一角部にｐ側パッド電極が
設けられ、第一角部と対向する第二角部にｎ側電極が設
けられてなり、ｐ側パッド電極は、前記ｐ側オーミック
電極の最外周部より内側に形成されている。これによ
り、ｐ側オーミック電極に電流を流れやすくすることが
でき、発光層の電流密度を上げて層全体を効率よく利用
して発光させることができる。

【０００８】本発明の請求項３に記載の半導体発光素子
は、半導体発光素子が平面形状が略四角形状であり、そ
の１つの角部である第一角部にｐ側パッド電極が設けら
れ、第一角部と対向する第二角部にｎ側電極が設けられ
てなり、ｐ側パッド電極の外周部の一部は、ｐ側オーミ
ック電極の最外周部より外側に形成され、ｐ側オーミッ
ク電極の最外周部より外側で絶縁層上と接している。こ
れによりｐ側パッド電極にかかる外力によってｐ側オー
ミック電極の端部が破損するのを防いで、寿命特性を向
上させることができる。

【０００９】本発明の請求項４に記載の半導体発光素子
は、ｐ側オーミック電極は、ｐ型半導体層の表面まで貫
通し、かつ周囲を電極によって囲まれた複数の開口部を
有し、ｐ側パッド電極の外周部の少なくとも一部は、複
数の開口部の一部を含むｐ側オーミック電極の上に設け
られ、その開口部を介してｐ型半導体層の表面に接して
いる。これにより、ｐ側パッド電極がｐ型半導体層の表
面とを剥がれにくくすることができ、安定した半導体発
光素子とすることができる。

【００１０】本発明の請求項５に記載の半導体発光素子
は、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれｐ側パッド
電極が形成されていない部分の面積をＳとし、複数の開
口部のうちの、ｐ型パッド電極が形成されていない開口
部の内周長の総和をＬとすると、Ｌ／Ｓ≧０．０２４μ
ｍ／μｍ^２である。これにより、ｐ型半導体層表面側か
ら効率よく光を外部に放出させ、さらにＶｒの低い半導
体発光素子とすることができる。

【００１１】本発明の請求項６に記載の半導体発光素子
は、ｐ側オーミック電極の複数の開口部は、各開口部が
ほぼ同じ形状である。これにより、開口部の形成が容易
であるとともに、面内分布の均一な発光を有する半導体
発光素子とすることができる。

【００１２】本発明の請求項７に記載の半導体発光素子
は、ｐ側オーミック電極の複数の開口部は、各開口部が
ほぼ同じ面積である。これにより、開口部が形成される
位置による好ましい形状を選択でき、面内分布が均一な
発光を有する半導体発光素子とすることができる。

【００１３】本発明の請求項８に記載の半導体発光素子
は、絶縁層は、発光層からの光に対する反射率が、ｐ側
パッド電極よりも大きいものが好ましい。これにより、
発光層からの光を無駄なく外部に伝搬させることがで
き、光の取り出し効率を上げることができる。

【００１４】本発明の請求項９に記載の半導体発光素子
は、半導体層は少なくともガリウムを含む窒化物半導体
である。これにより、紫外領域から可視光領域までの広
い範囲の波長を有する半導体発光素子を実現させること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明につい
て説明するが、本発明の半導体発光素子は実施の形態に
示された素子構造に限定されるものではない。

【００１６】本発明の実施の形態の半導体発光素子を図
１に示す。図１は、半導体発光素子として、ガリウムを
含む窒化物半導体（以下、窒化ガリウム系化合物半導体
とする）を用いている。具体的には、サファイヤ基板上
にｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層が順に積層され
てなる窒化ガリウム系化合物半導体層の、ｐ型半導体層
及び活性層の一部をｐ型半導体層側から基板に向けてエ
ッチングしてｎ型半導体層を露出させてある。そして、
ｐ型半導体層表面にはｐ側電極、エッチングにより露出
されたｎ型半導体層表面にはｎ側電極がそれぞれを設け
られている。各電極はｐ型及びｎ型半導体とそれぞれオ
ーミック接触可能なｐ側及びｎ側オーミック電極と、こ
のオーミック電極と導通し、かつ、ワイヤをボンディン
グさせるｐ側及びｎ側パッド電極が設けられている。

【００１７】ここで、本実施の形態における半導体発光
素子は、ｐ側パッド電極の中央部がｐ型半導体層表面に
設けられた絶縁層上に設けられるとともに、外周部の少
なくとも一部がｐ型半導体表面及びｐ側オーミック電極
上に設けられていることを特徴とする。ここで、本明細
書において、中央部とはｐ側パッド電極の端部から離れ
た内側で、ワイヤボンディング用のバンプが形成される
部分を指し、外周部とはｐ側パッド電極の端部及びその
近傍の内側部分の周縁部を指している。

【００１８】（ｐ側パッド電極）ｐ側パッド電極は、ワ
イヤのボンディング時に熱的及び物理的に負荷が加えら
れる。このとき、ｐ側パッド電極が図比較例のように
ｐ側オーミック電極上に形成されていると、ｐ側パッド
電極にかかる負荷がそのまま伝わってしまい、ｐ側オー
ミック電極が損傷したり、剥がれたりすることがある。
特にｐ側オーミック電極が透光性電極の場合、膜厚が非
常に薄いので剥がれやすく損傷しやすい。そして、損傷
したり剥がれたりすることで電気抵抗が上がって、発光
出力の低下や発光効率（電流変換効率）の低下という問
題が生じ、さらに寿命特性が悪化してしまうことがあ
る。また、ｐ側パッド電極は、ｐ型半導体層の表面のほ
ぼ全面を覆うように広く形成されるｐ側オーミック電極
の一部の上に形成されるので、ｐ側パッド電極近傍が特
に上記の問題が生じやすく、発光の面内分布を劣化させ
ることにもなる。

【００１９】これに対し、本実施の形態においては、負
荷がかかるｐ側パッド電極の中央部を、ｐ型半導体層上
に形成された絶縁層上に接するよう設けることで、ｐ側
オーミック電極に負荷がかかりにくくしている。さらに
ｐ側パッド電極をこのように主として絶縁膜上に設るこ
とで、ｐ側オーミック電極の上方にバンプが形成されな
いようにして負荷がかかるのを防ぐのと同時に、ｐ型半
導体層の上にかかる負荷にを軽減させる緩衝層としても
機能している。ｐ型半導体層に負荷がかかった場合は、
ｎ型半導体層に比べて層厚の薄いｐ型半導体層とさらに
その下にある活性層を含む発光層まで損傷してしまうお
それがあるが、絶縁層を設けてそれを緩衝層とすること
で、そのような半導体層の破壊をも防ぐことができる。
そして、導通のためには、負荷のかかりにくいｐ側パッ
ド電極の外周部をｐ側オーミック電極上に接するように
設けている。

【００２０】本実施の形態では、半導体発光素子は、平
面形状が四角形状である。特に一辺の長さを等しくした
方形が好ましいが、長方形等でも用いることができる。
そして、ｐ側パッド電極とｎ側電極は、それら素子形状
に応じて好ましい位置を選択することができるが、効率
よく活性層を発光させるためには、できるだけ離れた位
置に形成させるのが好ましい。図１のような略正方形の
場合は、１つの角部である第一角部にｐ側パッド電極
が、そして第一角部と対向する第二角部にｎ側電極を設
けるのが好ましい。このようにｐ側パッド電極とｎ電極
との間の距離が大きくなるように半導体発光素子の対向
する角部にそれぞれｐ側パッド電極及びｎ側電極を形成
することで、素子内の活性層を含む発光層の広い範囲に
電流を流すことができる。

【００２１】特に、本実施の形態においては、ｐ側パッ
ド電極を図１のようにｐ側オーミック電極の最外周部よ
りも内側に形成させることで、ｐ側オーミック電極の最
外周部が第一角部に形成されることになり、第一角部近
傍も有効に発光させることができる。

【００２２】図１では、ｐ側オーミック電極と絶縁層と
が接するように形成されているので、ｐ側パッド電極の
外周部の全てがｐ側オーミック電極上に接している。こ
のように両者が接することで、ｐ側パッド電極はｐ型半
導体層と直接接していないことで、通電時にｐ側パッド
電極から発生する熱がｐ型半導体層に伝搬するのを抑え
ることができる。しかし、図１のようにｐ側オーミック
電極と絶縁層とが接してなく、それらの間にｐ型半導体
層が露出されていてもよい。このような構成とすること
で、ｐ側パッド電極の接触面積が大きくなり、強固に接
着させることができる。

【００２３】また、本実施の形態において、ｐ側パッド
電極は、図２のように、その一部がｐ側オーミック電極
の最外周部よりも外側になるように形成されていてもよ
い。そして、そのｐ側オーミック電極の最外周部の外側
に位置する外周部でも、絶縁層上に接するように設ける
ことができる。このような構成とすることで、ｐ側オー
ミック電極の最外周部の一部が、ｐ側パッド電極の下の
絶縁層よりもさらに内側（素子表面の中心に近い側）に
なるよう形成されて、ｐ側オーミック電極の最外周部を
含む外周部がｐ側パッド電極の外周部と重なって接して
いるようになる。これにより、ｐ側オーミック電極の最
外周部がｐ側パッド電極とｐ型半導体層とに挟まれたよ
うになるので、その部分が剥がれにくくなる。ｐ側オー
ミック電極に外力が加わると、特に端部（外周）が剥が
れやすいが、その外周の一部が露出しないようにするこ
とで、剥がれにくくすることができる。しかも、特に負
荷のかかりやすいｐ側パッド電極近傍においてｐ側オー
ミック電極の露出部分を減らせることで効果的である。
また、図１に比べて広い面積で絶縁層が形成されている
ので、ｐ側パッド電極形成時に位置がずれてショートを
起こすのを防ぐことができ、あるいは、バンプの位置ズ
レが生じた場合でもｐ側オーミック電極の上方に負荷が
かかりにくくすることができる。また、面積の大きな絶
縁層とすることで、ｐ型半導体層との接着性もよく、安
定して形成させることができる。更にまた、この絶縁層
は、ｐ型半導体層表面だけでなく、端面にまで連続して
形成されても問題はない。半導体発光素子の端面（断
面）は、露出されるよりもむしろ保護膜を形成しておく
のが好ましいので、本発明のように、ｐ側パッド電極の
下に形成される絶縁層がそのまま半導体層の端面まで連
続して設けられていてもよい。

【００２４】また、上記の絶縁層は、図２において、ｐ
側パッド電極の中央部にのみ形成され、ｐ側パッド電極
は、中央部は絶縁層上に形成されるとともに、外周部は
ｐ側オーミック電極上に形成される部分と、ｐ型半導体
層の表面とに形成されていてもよい。このような構成で
あっても、ｐ側オーミック電極の最外周部の一部がｐ側
パッド電極とｐ型半導体層とに挟まれたようになってい
るので、その部分が剥がれにくくなるという効果が得ら
れることに変わりはない。このような形状の場合は、ｐ
側パッド電極の外周部の、半導体素子の角部に近いとこ
ろでｐ型半導体層の表面と接していることになり、その
部分から電流を流すことも可能となるので、発光層を広
く利用することができる。

【００２５】また、この図２において、ｐ側オーミック
電極と絶縁層とは、互いの端部で接するようになってい
るが、このようにすることでｐ側オーミック電極とｐ側
パッド電極との接触面積を大きくして電流密度を高くす
ることが可能となる。しかし、両者が重なっていても問
題はない。また、ｐ側パッド電極の下部において互いの
端部が離れているように形成され、その間でｐ型半導体
が露出されていてもよい。そうするとその露出されたｐ
型半導体層の表面と接触されることになり、ｐ側パッド
電極の下面側が凹凸状になって接着面積が大きくなり、
剥がれにくくすることができる。

【００２６】上記に述べたように、本実施の形態におい
て、ｐ側パッド電極は、その中央部でワイヤボンディン
グ時に負荷がかかる部分には絶縁層上に形成され、ま
た、外周部はｐ側オーミック電極上、またはｐ側オーミ
ック電極とｐ型半導体層との上に形成されることで、電
極のそれぞれの特性を損なうことなく、安定した出力が
得られる半導体発光素子とすることができる。

【００２７】ｎ側電極については、ｐ側電極と同様に、
オーミック電極とパッド電極とを形成させるが、ｐ側電
極と違って、電極の下方に活性層を含む発光層が存在し
ないので、多少の負荷がかかっても素子の特性に悪影響
を及ぼしにくいため、絶縁層は形成されていなくてもよ
い。むしろ、絶縁層を形成することで電極の高さが高く
なり、活性層端面から放出される光を遮るなどの問題が
おこることもあるので、形成しないほうが好ましい。

【００２８】ｐ側パッド電極の好ましい材料としては、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、
Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ及びこれらの酸化物、窒化
物からなる群から選択される少なくとも一種を含む合金
または多層膜があげられる。特に、Ｎｉの上にＡｕが積
層された多層膜が、ｐ側オーミック電極との密着性に優
れ、しかもバンプとの接着力にも優れているため好まし
い。

【００２９】ｐ側パッド電極の総膜厚としては１０００
Å〜２００００Åが好ましく、更に３０００〜１５００
０Åが好ましい。１０００Åより薄いと、バンプを形成
しにくく、また、形成できたとしても不安定で信頼性に
欠けるものとなるため好ましくない。また、２００００
Åよりも厚く形成すると、突出することで取り扱い時に
引っかかるなどしてかえって剥がれやすくなるので好ま
しくない。

【００３０】（ｐ側オーミック電極）本実施の形態にお
いて、ｐ側オーミック電極は、図１及び図２のように、
ｐ側パッド電極よりも広い面積で形成される。ｐ側オー
ミック電極をｐ型半導体層の表面のほぼ全面を覆うよう
な広い面積で形成させることで、ｐ側パッド電極からの
電流をまずｐ型半導体層方向に向けて流れやすくし、そ
してｐ型半導体層の広い範囲からｎ型半導体層に向けて
流すことができるので、活性層を広く利用でき、発光効
率を向上させることができる。ｐ側パッド電極に投入さ
れた電流は電極の直下に向けて膜厚方向に流れやすいの
で、ｐ側電極の面積が小さいと、活性層を有効に利用す
ることができなくなるので、ｐ側オーミック電極は広い
範囲に設けるのが好ましい。

【００３１】ｐ側オーミック電極の形状は、図１では、
ｐ側オーミック電極は、最外周部がｐ型半導体層の端部
からほぼ一定の距離だけ離れるようにして形成されてい
る。ｐ型半導体層の端部から離れることで、素子の端部
の結晶性の悪い部分に電流が流れるのを防ぐことができ
る。また、図２では、最外周部は、ｐ側パッド電極が形
成される第一角部に隣接する二辺については図１のよう
にｐ型半導体層の端部からほぼ一定の距離だけ離れるよ
うに形成され、第一角部近傍では、ｐ側パッド電極と重
ならないようにするため、ｐ型半導体層の端部には沿わ
ないような形状に形成されている。これにより、ｐ側オ
ーミック電極の最外周部の一部はｐ側パッド電極の下に
なるように重ねて形成されるので、その部分は負荷がか
かっても剥がれにくくなる。

【００３２】また、本実施の形態の半導体発光素子は、
ｐ側オーミック電極に、ｐ型半導体層の表面まで貫通す
る開口部を設けるのが好ましい。ｐ側オーミック電極
は、ｐ側パッド電極の外周部においてｐ側パッド電極と
接合されるが、この接合部は、図１及び図２のような単
一平面のｐ側オーミック電極とすることで、容易に形成
でき、しかも、電流を流れやすくすることができる。し
かし、このような単一平面に限らず、図３または図４の
ように、ｐ側パッド電極と接合される部分のｐ側オーミ
ック電極に、ｐ型半導体層の表面まで貫通する開口部を
有することもできる。このようにすることで、ｐ側パッ
ド電極は、開口部を介してｐ型半導体層の表面と接する
ことができる。この開口部は複数設けることが好まし
く、それによりｐ側パッド電極とｐ側オーミック電極や
ｐ型半導体層の表面との接触面積が大きくなり、しかも
立体的に接合されることになるので、単一平面同士で接
続される図１や図２のような接続部に比べてより強固な
接続が可能となる。しかも、ｐ側パッド電極はｐ型半導
体層とも接することができるので、ｐ側オーミック電極
が剥がれてそれとともにｐ側パッド電極が剥がれてしま
うのを防ぐことができ、また、材料によっては、ｐ側オ
ーミック電極よりもｐ型半導体層と接着しやすい場合も
あるので、さらに強固に接着されて安定した半導体発光
素子とすることができる。

【００３３】さらに、このような開口部は、ｐ側パッド
電極との接合部だけでなく、ほぼ全面に渡って形成され
ているのが好ましい。例えば図５のように、複数の開口
部を略均一に分散するように設けることができる。この
ようにｐ側オーミック電極に開口部を設けることで、そ
の開口部から光を放出させることができる。図１〜図４
のように、ｐ型半導体層の表面の広い範囲のほぼ全面を
覆ってｐ型半導体層側から光を放出させる場合は、ｐ側
オーミック電極を透光性にする必要がある。透光性にす
ることでｐ型半導体層のほぼ全面からの発光が可能であ
るが、透光性にするためには膜厚を薄くする必要がある
ため、耐久性に欠け、また、電気抵抗が高くなる。しか
しながら、開口部を設けることで、膜厚を厚くして不透
光性となっても用いることができる。そして、膜厚を厚
くして抵抗を下げることで電流が流れやすくなり、Ｖｆ
を低くすることができ、発光出力を向上させることがで
きる。膜厚が薄い透光性のｐ側オーミック電極にも、開
口部を設けることができる。透光性ではあっても、光は
多少吸収されており、なにも形成されていない場合に比
べると光の取り出し効率は低下するので、開口部を設け
ることで、発光出力を上げることができる。このよう
に、本発明の開口部は、電極の膜厚によらず設けること
ができるが、その効果がより得られやすいのが、膜厚の
厚いｐ側オーミック電極である。

【００３４】このように、開口部を設けることで、ｐ側
オーミック電極の膜厚を厚くして発光出力を向上させる
ことができる。そして、本発明においては、このような
膜厚の厚いｐ側オーミック電極を用いる場合であって
も、ｐ側パッド電極は必要である。本来、ｐ側パッド電
極は、膜厚が薄い透光性電極を用いる場合に、その上に
直接ワイヤボンディングがしにくく、また、たとえ形成
できたとしても耐久性が劣るなどの問題があり、主とし
てそれらを解決する目的で用いられるものである。本実
施の形態のように、膜厚の厚いｐ側オーミック電極を形
成させる場合は、膜厚だけをみるとｐ側パッド電極がな
くても直接ワイヤボンディングが可能である。しかし、
ｐ側オーミック電極は、ｐ型半導体層とオーミック接触
させるためには熱を加えてアニールする必要があり、こ
のアニールによってワイヤとの接着性が劣化してしま
う。このような問題があるため、ｐ型半導体層とオーミ
ック接触するためのｐ側オーミック電極と、ワイヤと接
触させるためのｐ側パッド電極とは、アニール工程の前
と後とに分けて形成させる必要がある。このことによ
り、たとえ膜厚が厚くてもｐ側パッド電極を形成させる
のが好ましい。

【００３５】このように、ｐ側オーミック電極に開口部
を設けることで、半導体発光素子の発光効率を向上させ
ることができるので、例えば図５のように、ｐ側パッド
電極とｐ側オーミック電極の接合部には開口部を設けず
に、それ以外のｐ側オーミック電極にのみ開口部を設け
ることもできる。

【００３６】また、膜厚を厚くして開口部を設ける場
合、その開口部の形状や大きさ等を規定することによっ
て、光の取り出し効率を高くし、発光効率を向上させる
ことができる。特に、開口部とｐ側オーミック電極との
境界、すなわち開口部の内周長を規定することで、より
効果的に光を放出することが可能となる。本発明では、
ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれた面積をＳと
し、複数の開口部の内周長の総和をＬとし、この両者の
関係がＬ／Ｓ≧０．０２４μｍ／μｍ^２を満たすように
することで、効果的に発光出力を上げることができる。
なお、Ｓ、Ｌとも、ｐ側パッド電極と接合されて露出し
ていない部分を除いたものとする。

【００３７】Ｌ／Ｓが小さくなる、つまり、ｐ側オーミ
ック電極の最外周部で囲まれた面積Ｓに対して、開口部
の内周長の総和Ｌが小さくなると、ｐ型半導体層側への
出力が低下する。

【００３８】ここで、ｐ側オーミック電極の最外周部に
囲まれた面積Ｓが同じで、開口部の面積を変えて比較し
たグラフを図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。ここで
は、開口部の数は同じで、各開口部の面積を大きくして
開口率を上げて比較するものである。なお、開口部から
の光の取り出し効率についての比較をするために、電極
は膜厚を厚くして不透光性としてあるので、電極を透過
する光は除外してある。図８（ａ）は、開口率を変化さ
せたときの量子効率である。この図より、開口率を上げ
ることで量子効率は高くなるものの、開口率が５０％を
越えたあたりからは、開口率に比例して効率が上がらな
い。これは、ある程度の開口率があると、光の取り出し
効率はあまり変わらなくなるためである。図８（ｂ）は
Ｖｆを示すものである。この図より、開口率が上がるこ
とでＶｆも高くなることがわかる。開口率が高くなると
いうことは、ｐ側オーミック電極とｐ型半導体層との接
触面積が少なくなるということなので、その接触面積に
応じて電気抵抗が高くなるためである。このＶｆは開口
率にほぼ比例して上昇している。そして、この量子効率
とＶｆとから導かれる電力変換効率を図８（ｃ）に示し
ている。この図より、開口率を上げていくと、５０％付
近をピークに、下がっていくのがわかる。

【００３９】図９は、開口率が同じ、すなわち、開口部
の総面積は同じで、内周長を変化させたときの電力変換
効率を示すものである。開口部の面積が同じであること
で、ｐ型半導体層とｐ側オーミック電極との接触面積も
同じであるので、Ｖｆ及び量子効率は同じであるのと考
えられる。しかし、内周長を変化させることで、電力変
換効率は図９のように変化するのである。この図より、
開口率は同じでも、開口部の内周長を変化させること
で、さらに高出力とすることができることがわかる。、
そして、本発明では、Ｌ／Ｓ≧０．０２４μｍ／μｍ^２
を満たすような範囲とすることで、高出力の半導体発光
素子とすることができる。Ｌ／Ｓが０．０２４μｍ／μ
ｍ^２より小さくなると、開口部を設けた効果が少なくな
るので好ましくない。また、上限は特に定めていない
が、実質的には１μｍ／μｍ^２より大きくなると、開口
部一つの大きさが非常に小さくなりすぎて実用的ではな
くなる。

【００４０】上述のように、ｐ型半導体層側からの出力
効率が、開口部の面積よりも開口部の内周長によって大
きく左右されるのは、電極とｐ型半導体層との境界にお
いて特に強く発光が観測されるためであり、その境界を
多くする、すなわち内周長を長くすることで効率よく光
を放出させることができる。境界をさらに多くするため
には、開口部だけでなく、さらに、ｐ側オーミック電極
の最外周部を、直線ではなく屈折させた連続線によって
半導体層の端部に沿うように設けることで、ｐ側オーミ
ック電極とｐ型半導体との境界を多くすることができる
ので、さらに出力を向上させることができる。

【００４１】上記のような複数の開口部は、ほぼ同じ形
状となるように形成することで、複数の開口部を効率よ
く形成しやすくなる。さらに、面内分布も均一になりや
すく、ムラのない発光を得ることができる。形状として
は、方形、円形、３角形など、種々の形状を用いること
ができる。好ましくは方形であり、隣接する開口部と一
定の距離間隔をあけて均一に分散させるように複数形成
させることで、均一な発光が得られ易くなる。また、複
数の開口部の面積をほぼ同じなるように形成すること
で、開口部が形成される位置によって、好ましい形状を
選択することができる。

【００４２】ｐ側オーミック電極の好ましい材料として
は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒ
ｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びこれらの酸
化物、窒化物からなる群から選択される少なくとも一種
を含む合金または多層膜があげられる。これらは、４０
０℃以上の温度でアニールすることにより、ｐ型半導体
層と良好なオーミック特性を得ることができる。特に、
Ｎｉの上にＡｕ、さらにその上にＲｈＯが積層された多
層膜が好ましい。ｐ側オーミック電極の総膜厚としては
５０Å〜１００００Åが好ましい。特に、透光性の電極
として用いる場合は５０Å〜４００Åが好ましい。ま
た、不透光性の電極として用いる場合は、１０００Å〜
５０００Åが好ましい。

【００４３】（絶縁層）本実施の形態において、ｐ側パ
ッド電極は、少なくとも中央部がｐ型半導体層の表面に
形成された絶縁層上に形成されている。このような構成
とすることで、ワイヤボンディング時にかかる負荷によ
ってｐ型半導体層及びｐ側オーミック電極が破損するの
を防ぐことができるので、信頼性の高い半導体発光素子
とすることができる。

【００４４】また、絶縁層の材料として、活性層を含む
発光層からの光を反射しやすいもの（屈折率が低く、透
明であるもの）を用いるのが好ましく、特に、ｐ側電極
の反射率よりも高いものを用いるのが好ましい。ｐ側パ
ッド電極は、ワイヤボンディングのためのバンプが形成
されるため、ある程度の厚みが必要であり、そのために
光は透過しにくくなっている。そのため、ｐ側パッド電
極の下方にある活性層で発生した光は、ｐ型半導体層の
表面まで伝搬しても、そこから外部に放出されることは
なく、反射されて素子内部を伝搬し、放出可能な部分か
ら放出される。しかし、このとき、ｐ型半導体層上にｐ
側パッド電極が形成されていると、光が吸収されやすく
発光効率が低下する。しかし、反射率が高い絶縁層、す
なわち屈折率が低く透明な絶縁層を形成することで、ｐ
側パッド電極とｐ型半導体層の接触面積を少なくして光
の吸収を抑制することができ、素子内部へ効率よく光を
反射させて出力を向上させることができる。

【００４５】絶縁層の材料としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２
Ｏ_３，ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２などが好ましく、膜厚は０．
０５μｍ〜２μｍの範囲が好ましく、より好ましくは
０．１μｍ〜１．５μｍである。２μｍよりも厚くなる
と、ｐ側パッド電極とｐ型半導体層やｐ側オーミック電
極との段差が大きくなって、かえって剥がれやすくなる
ことがあるため好ましくない。また、０．０５μｍより
も薄くなると、ｐ型半導体層にかかる負荷を吸収しきれ
なくなるので好ましくない。

【００４６】また、このようにｐ側パッド電極とｐ型半
導体層との間に形成される絶縁層は、半導体発光素子の
端面にまで連続して形成されていてもよい。特に活性層
の断面（端面）まで連続するように設けることで、活性
層を保護する保護膜として機能することができる。

【００４７】また、この絶縁膜は、ｐ側オーミック電極
の上にまで連続して形成されていてもよい。特に、絶縁
層としてＳｉＯ_２のような透光性のものを用いる場合、
ｐ側パッド電極とｐ型半導体層との間では、絶縁層は反
射率の低いｐ側パッド電極に接しているために反射膜と
して機能するので、電極材料に光が到達するのを防ぐこ
とができ、光の吸収を抑制することができるが、ｐ側オ
ーミック電極の上に設けられた場合、絶縁膜の表面は屈
折率の低い空気と接していることになるので、反射膜と
しては機能せず、光の透過が可能な膜となる。これによ
り、ｐ側オーミック電極が空気中の水分などによって劣
化するのを防ぐ保護膜として、あるいは機械的な外力に
対する緩衝層として機能させることができる。

【００４８】（半導体）本発明の半導体発光素子は特に
ガリウムを含む窒化物半導体において顕著な効果を示
す。ガリウムを含む窒化物半導体（窒化ガリウム系化合
物半導体）とは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦
ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる半導体を意味し、ガ
リウムを含む窒化物半導体が半導体素子の一部を構成し
ていればこれに含まれる。

【００４９】半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩ
Ｎ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あ
るいはダブルへテロ構成のものが好適に挙げられる。半
導体層の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択
することができる。また、半導体活性層を量子効果が生
ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸
構造とすることでより出力を向上させることもできる。

【００５０】窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場
合、半導体用基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、
Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の材料が好適に用い
られる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成さ
せるためにはサファイヤ基板を利用することが好まし
い。このサファイヤ基板上にＨＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法
などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。
サファイヤ基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等の低
温で成長させ非単結晶となるバッファ層を形成しその上
にｐｎ接合を有する窒化物半導体を形成させる。

【００５１】窒化ガリウム系化合物半導体を使用したｐ
ｎ接合を有する紫外領域を効率よく発光可能な発光素子
例として、バッファ層上に、サファイヤ基板のオリフラ
面と略垂直にＳｉＯ_２をストライプ状に形成する。スト
ライプ上にＨＶＰＥ法を用いてＧａＮをＥＬＯＧ（Ｅｐ
ｉｔａｘｉａｌＬａｔｅｒａｌＯｖｅｒＧｒｏｗ
ｔｈＧａＮ）成長させてもよい。続いて、ＭＯＣＶＤ
法により、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタク
ト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第
１のクラッド層、窒化インジウム・アルミニウム・ガリ
ウムの井戸層と窒化アルミニウム・ガリウムの障壁層を
複数積層させた多重量子井戸構造とされる活性層、ｐ型
窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド
層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を
順に積層させたダブルへテロ構成などの構成が挙げられ
る。

【００５２】窒化物半導体は、不純物をドープしない状
態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望
のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパン
トとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入する
ことが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる
場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせることが好ましい。窒化
物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型
化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、炉による加熱
やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好まし
い。

【００５３】前述のように、ＧａＮ系半導体は不純物を
ドープしない（アンドープの）場合、導電型はｎ型を示
し、Ｍｇなどのｐ型となる不純物をドープすることでｐ
型を示すが、ＭｇをドープしてＧａＮ系半導体を成長さ
せるだけでは良好なｐ型を示すＧａＮ系半導体は得られ
ず、基板上にｎ型の半導体層とＭｇをドープした半導体
層を積層後、例えば６００℃でアニーリングすること
で、Ｍｇが電気的に活性化し、低抵抗のｐ型のＧａＮ系
半導体を得ることができる。これは１つの考えとして、
ｐ型のＧａＮ系半導体層に含まれる水素がアニーリング
により除去されることで、低抵抗化が起こるとも考えら
れている。このようにアニーリングにより低抵抗化する
場合、低抵抗化する層は基板から最も離れた側に設ける
ことで、水素が効率よく除去される。以下、本発明の実
施例について詳述する。

【００５４】

【実施例】［実施例１］図１に示すような半導体層を形
成する。この半導体層は窒化ガリウム系化合物半導体で
あり、活性層を含む発光層からの発光ピークが紫外域に
ある４００ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ半導体を有する窒化物
半導体素子を用いる。より具体的には、洗浄させたサフ
ァイヤ基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、Ｔ
ＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドー
パントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で
窒化物半導体を成膜させることにより形成させることが
できる。ドーパントガスとしてＳｉＨ_４とＣｐ_２Ｍｇを
切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物
半導体となる層を形成させる。

【００５５】半導体素子の構造としてはサファイヤ基板
上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、
Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層とな
るＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型Ｇａ
Ｎ層、ｎ型クラッド層となるＳｉが含有されたＡｌＧａ
Ｎ層、次に発光層として井戸層を構成するＡｌＩｎＧａ
Ｎ層、井戸層よりもＡｌ含有量が多いバリア層となるＡ
ｌＩｎＧａＮ層を１セットとし５セット積層させた多重
量子井戸構造としてある。発光層上にはＭｇがドープさ
れたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、静電耐圧を高
めるＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層で
あるＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。（な
お、サファイヤ基板上には低温でＧａＮ層を形成させバ
ッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４
００℃以上でアニールさせてある。）。

【００５６】詳細に記載すると、２インチφ、（０００
１）Ｃ面を主面とするサファイヤ基板上に、５００℃に
てＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚にて成長
させた後、温度を１０５０℃にしてアンドープＧａＮ層
を５μｍの膜厚にて成長させる。尚、この成長させる膜
厚は、５μｍに限定されるものではなく、バッファ層よ
りも厚い膜厚で成長させて、１０μｍ以下の膜厚に調整
することが望ましい。

【００５７】（ｎ型半導体層）次に、ｎ型コンタクト
層、およびｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成す
る。まず、１０５０℃で、同じく原料ガスＴＭＧ、アン
モニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを
４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるｎ
型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。次
に、シランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、ア
ンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を７５Åの膜
厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳ
ｉを４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮ層を２
５Åの膜厚で成長させる。このようにして、７５Åのア
ンドープＧａＮからなるＡ層と、ＳｉドープＧａＮ層を
有する２５ÅのＢ層とからなるペアを成長させる。そし
てペアを２５層積層して２５００Å厚として、超格子構
造の多層膜よりなるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
を成長させる。

【００５８】（活性層）次に、アンドープＧａＮよりな
る障壁層を２５０Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８
００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアン
ドープＩｎＧａＮよりなる井戸層を３０Åの膜厚で
成長させる。そして、障壁＋井戸＋障壁＋井戸＋……＋
障壁の順で障壁層を７層、井戸層を６層、交互に積層し
て、総膜厚１９３０Åの多重量子井戸構造よりなる活性
層を成長させる。

【００５９】（ｐ型半導体層）次に、ｐ側多層膜クラッ
ド層及びｐ型コンタクト層からなるｐ型半導体層を形成
する。まず、温度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモ
ニア、Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Mgを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型
Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりなる第３の窒化物半導体層
を４０Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にし
て、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、
Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたＩｎ_０．０３Ｇ
ａ_０．９７Ｎよりなる第４の窒化物半導体層を２５Åの
膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第
３＋第４の順で交互に５層ずつ積層し、最後に第３の窒
化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させた超格子構造の
多層膜よりなるｐ側多層膜クラッド層を３６５Åの膜厚
で成長させる。続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニ
ア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ド
ープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を７００
Åの膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下
げ、さらに窒素雰囲気中、ウエハを反応容器内におい
て、７００℃でアニールを行い、ｐ型層をさらに低抵抗
化する。

【００６０】次に、エッチングによりサファイヤ基板上
の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面
を露出させる。具体的には、ウエハを反応容器から取り
出し、表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反
応イオンエッチング）装置にてｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体層側からエッチングを行い、第二角部にｎ型コ
ンタクト層の表面を露出させる。

【００６１】（ｐ側オーミック電極、ｎ側オーミック電
極）次に、ｐ型層のほぼ全面を覆うように、膜厚１１０
Åの透光性のｐ側オーミック電極（Ｎｉ／Ａｕ＝６０／
５０）を形成させる。なお、ｎ型半導体層が露出された
第二角部と対向する第一角部の絶縁層を設ける部分に
は、ｐ側オーミック電極は形成させない。絶縁層は、図
１に示すようにｐ側オーミック電極の最外周部よりも内
側に形成させるので、この部分はｐ型半導体層からなる
コンタクト層を露出させておく。また、このとき、ｎ側
オーミック電極も同時に形成させる。これにより同じ材
料を用いて少ない工程で各電極を形成させることができ
るが、材料が異なる場合は、別工程で形成させてもよ
い。オーミック電極形成後、酸素を含む窒素雰囲気中
（酸素含有量１％）、６００℃で１０分間アニールを行
う。これにより、半導体層とオーミック接触させる。

【００６２】（絶縁層）第一角部でｐ側オーミック電極
を形成しなかった部分及び、ｐ側オーミック電極の上で
ｐ側パッド電極の外周部と接続される部分を除く全面
に、にＳｉＯ_２よりなる絶縁層を膜厚５０００Åで形成
させる。

【００６３】（ｐ側パッド電極、ｎ側パッド電極）絶縁
層とその周辺のｐ側オーミック電極との上にｐ側パッド
電極（Ｎｉ／Ａｕ＝１０００／６０００）を膜厚７００
０Åで形成させる。また、ｎ型半導体層からなるコンタ
クト層の表面のｎ側オーミック電極上にも、ｐ側パッド
電極と同様にＮｉ／Ａｕ（１０００／６０００）からな
るｎパッド電極を形成する。同一の材料を用いることで
工程を少なくすることができる。しかし、異なる材料を
用いても何ら問題はない。パッド電極形成後、基板を約
８０μｍになるまで研磨する。このように研磨して基板
を薄くしておくことで、分割しやすくなる。出来上がっ
た半導体ウエハにスクライブラインを引いた後、外力に
より分割させて、図１に示すような本発明の半導体発光
素子を得る。得られた半導体発光素子は、Ｖｆが３．５
Ｖ、発光出力が１０ｍＷ、となり、電流値２０ｍＡでの
電力変換効率が約１４．３％である。

【００６４】［実施例２］実施例２は、図２に示すよう
な半導体発光素子を形成させるものである。実施例１の
ｐ側オーミック電極の最外周部が、第一角部において図
２のように内側（半導体層表面の中心に近くなるよう）
になるよう形成させて、絶縁層を第一角部に形成し、ｐ
側パッド電極をｐ側オーミック電極と絶縁層上に接する
ように形成する以外は実施例１と同様に行い、図２に示
すような本発明の半導体発光素子を得る。得られた半導
体発光素子は、Ｖｆが３．５Ｖ、発光出力が１０ｍＷと
なり、電流値２０ｍＡでの電力変換効率が約１４．３％
である。

【００６５】［実施例３］実施例３は、図３に示すよう
な半導体発光素子を形成させるものである。実施例１の
ｐ側オーミック電極の最外周部が、第一角部において図
２のように内側になるよう形成させて、さらにｐ側パッ
ド電極が形成される位置に一辺が５μｍの略四角形の開
口部を２０個形成させる。そして、絶縁層を第一角部に
形成した後、ｐ側パッド電極を絶縁層とｐ側オーミック
電極に設けた開口部を覆うように形成する以外は実施例
１と同様に行い、図３に示すような本発明の半導体発光
素子を得る。得られた半導体発光素子は、Ｖｆが３．５
Ｖ、発光出力が１０ｍＡ、電流値２０ｍＡでの電力変換
効率が約１４．３％である。

【００６６】［実施例４］実施例４は、図４に示すよう
な半導体発光素子を形成させるものである。実施例２の
ｐ側オーミック電極の最外周部が、第一角部において図
４のように内側になるよう形成された部分に、一辺が５
μｍの略四角形の開口部を１０個形成させる。そして、
絶縁層を第一角部に形成した後、その上からｐ側オーミ
ック電極の外周部の開口部を覆うようにｐ側パッド電極
を形成する以外は実施例２と同様に行い、図４に示すよ
うな本発明の半導体発光素子を得る。得られた半導体発
光素子は、Ｖｆが３．５Ｖ、発光出力が１０ｍＡ、電流
値２０ｍＡでの電力変換効率が約１４．３％である。

【００６７】［比較例１］ｐ型窒化物半導体上のほぼ全
面にｐ側オーミック電極を透光性の電極として形成させ
た後に、その上の一部にｐ側パッド電極を形成させてあ
る。具体的には、エッチング後、ｐ型半導体層の表面の
ほぼ全面を覆うように、膜厚１１０Åの透光性のｐ側オ
ーミック電極（Ｎｉ／Ａｕ＝６０／５０）と、そのｐ側
オーミック電極の上に膜厚０．５μｍのＡｕよりなるｐ
側パッド電極を半導体層の第一角部に形成する以外は実
施例１と同様に行い、半導体発光素子を得る。得られる
半導体発光素子のＶｆは３．５Ｖ、発光出力は９．５ｍ
Ｗ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は約１３．６％で
ある。ｐ側パッド電極がｐ側オーミック電極上に形成さ
れていることで、光の吸収が起こり、出力が低下してい
るものと考えられる。

【００６８】［実施例５］実施例５は、図５に示すよう
な半導体発光素子を形成させるものである。実施例３の
ｐ側オーミック電極に設けた開口部を、ｐ側パッド電極
と接合される部分だけでなく、ほぼ全面に渡って形成さ
れるよう１５０個形成して、図５に示すような本発明の
半導体発光素子を得る。ここでは、ｐ側オーミック電極
はＮｉ／Ａｕ（１００／１２００）からなる不透光性の
電極となるように形成されている。得られる半導体発光
素子は、露出する開口部の内周長の総和Ｌは３０００μ
ｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される
面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．０６５
である。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ
露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開
口率は６．２５％であり、Ｖｆは３．４Ｖ、発光出力は
１１．５ｍＷであり、電流値２０ｍＡでの電力変換効率
は約１６．９％である。このように、ｐ側オーミック電
極の膜厚を厚くして開口部を設けることで、発光出力を
高くすることができる。

【００６９】［実施例６］実施例６は、図６に示すよう
な半導体発光素子を形成させるものである。実施例４の
ｐ側オーミック電極に設けた開口部を、ｐ側パッド電極
と接合される部分には形成せず、それ以外の露出された
部分にほぼ全面に渡って形成されるよう１５０個形成し
て、図６に示すような本発明の半導体発光素子を得る。
実施例６では実施例５と同様にｐ側オーミック電極はＮ
ｉ／Ａｕ（１００／１２００）からなる不透光性の電極
となるように形成されている。得られる半導体発光素子
は、露出する開口部の内周長の総和Ｌは３０００μｍ、
ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積
Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．０６５であ
る。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出
される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率
は６．２５％であり、Ｖｆは３．４Ｖ、発光出力は１
１．５ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は約１
６．９％である。

【００７０】［実施例７］実施例６において、開口部の
大きさを一辺が２．５μｍとし、開口率を同程度にする
ために開口部の数を６００個とする以外は実施例６と同
様に行い本発明の半導体発光素子を得る。得られる半導
体発光素子の露出する開口部の内周長の総和Ｌは６００
０μｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出さ
れる面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．１
３である。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲ま
れ露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である
開口率は６．２５％であり、Ｖｆは３．４Ｖ、発光出力
は１２ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は約１
７．４％である。このようにｐ側オーミック電極の開口
率が同じでも、開口部の内周長が長くなることで、発光
出力を高くすることができる。

【００７１】［実施例８］実施例６において、開口部の
大きさを一辺が１０μｍとし、開口率を同程度にするた
めに開口部の数を３７個とする以外は実施例６と同様に
行い本発明の半導体発光素子を得る。得られる半導体発
光素子の露出する開口部の内周長の総和Ｌは１５００μ
ｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される
面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．０３２
である。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ
露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開
口率は６．２５％であり、Ｖｆは３．４Ｖ、発光出力は
１１ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は１６．１
％である。

【００７２】［実施例９］実施例７において、Ｌ／Ｓが
一定で、かつ、開口率を高くするために、開口部の大き
さを一辺を３．８μｍとし、開口部の数を１５６５個と
する以外は実施例７と同様に行い本発明の半導体発光素
子を得る。得られる半導体発光素子の露出する開口部の
内周長の総和Ｌは６０００μｍ、ｐ側オーミック電極の
最外周部で囲まれ露出される面積Ｓは４６０００μｍ^２
であり、Ｌ／Ｓは０．１３と、実施例７と同等である
が、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される
面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率が約５
０％と高くなっている。このときのＶｆは３．５Ｖ、発
光出力は２０ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は
２０％である。

【００７３】［比較例２］実施例６において、開口部の
大きさを一辺が２０μｍとし、開口率を同程度にするた
めに開口部の数を９個とする以外は実施例６と同様に行
い本発明の半導体発光素子を得る。得られる半導体発光
素子の露出する開口部の内周長の総和Ｌは７５０μｍ、
ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積
Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．０１６であ
る。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出
される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率
は０．０１６％であり、Ｖｆが３．４Ｖ、発光出力は１
０．３ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は１５．
１４％である。このように、開口率は同じであっても各
開口部が面積が大きくなるよう形成されために内周長が
短くなると、取り出し効率が悪くなるため発光出力が大
幅に低下してしまう。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではｐ側パ
ッド電極の中央部が直接ｐ型半導体層やｐ側オーミック
電極上に形成されていないため、ワイヤボンディング時
にかかる負荷によって損傷されにくくなるため、安定で
信頼性の高い半導体発光素子を得ることができる。ま
た、ｐ側オーミック電極に開口部を設け、これを利用す
ることでさらにｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極と
の接合性を向上させるとともに、ｐ側オーミック電極側
からの光を取り出しやすくして発光出力及び電力変換効
率を向上させることができる。また、絶縁層を用いるこ
とで、光の吸収をも抑えることができるので、さらに効
率よく光を放出させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の
平面図である。（ｂ）図１（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。（ｃ）図１（ｂ）の部分拡大図である。

【図２】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の
平面図である。（ｂ）図２（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。（ｃ）図２（ｂ）の部分拡大図である。

【図３】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の
平面図である。（ｂ）図３（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。（ｃ）図３（ｂ）の部分拡大図である。

【図４】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の
平面図である。（ｂ）図４（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。（ｃ）図４（ｂ）の部分拡大図である。

【図５】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の
平面図である。（ｂ）図５（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。（ｃ）図５（ｂ）の部分拡大図である。

【図６】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の
平面図である。（ｂ）図６（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。（ｃ）図６（ｂ）の部分拡大図である。

【図７】（ａ)比較例に係わる半導体素子の平面図であ
る。（ｂ）図７（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。（ｃ）図７（ｂ）の部分拡大図である。

【図８】（ａ）ｐ側オーミック電極の開口部の大きさを
固定したときの開口率と量子効率との関係を示す図であ
る。（ｂ）ｐ側オーミック電極の開口部の大きさを固定した
ときの開口率とＶｆとの関係を示す図である。（ｃ）ｐ側オーミック電極の開口部の大きさを固定した
ときの開口率と電力変換効率との関係を示す図である。

【図９】ｐ側オーミック電極の開口部の開口率を固定し
たときの内周長と電力変換効率との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・・ｐ側オーミック電極、２・・・ｐ側パッド電極、３・・・ｎ側オーミック電極、４・・・ｎ側パッド電極、５・・・絶縁層、６・・・開口部、１０１・・・基板、１０２・・・ｎ型半導体層、１０３・・・活性層、１０４・・・ｐ型半導体層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に発
光層を有し、前記ｐ型半導体層の表面にｐ側電極が設け
られ、前記ｐ型半導体層側からのエッチングによって一
部が露出されたｎ型半導体層の表面にｎ側電極が設けら
れている半導体発光素子であって、前記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層とオーミック接続さ
れたｐ側オーミック電極と、該ｐ側オーミック電極の一
部の上に接するよう設けられたワイヤボンディング用の
ｐ側パッド電極とからなり、前記ｐ側パッド電極の中央部が前記ｐ型半導体層上に接
して設けられた絶縁層上に接して設けられるとともに、
ｐ側パッド電極の外周部の少なくとも一部が前記ｐ側オ
ーミック電極上に接して設けられていることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項２】前記半導体発光素子は、平面形状が略四
角形状であり、その１つの角部である第一角部に前記ｐ
側パッド電極が設けられ、該第一角部と対向する第二角
部に前記ｎ側電極が設けられてなり、前記ｐ側パッド電
極は、前記ｐ側オーミック電極の最外周部より内側に形
成されている請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】前記半導体発光素子は、平面形状が略四
角形状であり、その１つの角部である第一角部に前記ｐ
側パッド電極が設けられ、該第一角部と対向する第二角
部に前記ｎ側電極が設けられてなり、前記ｐ側パッド電
極の外周部の一部は、前記ｐ側オーミック電極の最外周
部より外側に形成され、該ｐ側オーミック電極の最外周
部より外側で前記絶縁層上に接して設けられている請求
項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記ｐ側オーミック電極は、前記ｐ型半
導体層の表面まで貫通し、かつ周囲を電極によって囲ま
れた複数の開口部を有し、前記ｐ側パッド電極の外周部
の少なくとも一部は、前記複数の開口部の一部を含むｐ
側オーミック電極の上に設けられ、その開口部を介して
前記ｐ型半導体層の表面に接している請求項１記載乃至
請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】前記ｐ側オーミック電極は、最外周部で
囲まれ前記ｐ側パッド電極が形成されていない部分の面
積をＳとし、前記複数の開口部のうち、前記ｐ側パッド
電極が形成されていない開口部の内周長の総和をＬとす
ると、Ｌ／Ｓ≧０．０２４μｍ／μｍ^２である請求項４
記載の半導体発光素子。
【請求項６】前記ｐ側オーミック電極の複数の開口部
は、各開口部がほぼ同じ形状である請求項４または請求
項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】前記ｐ側オーミック電極の複数の開口部
は、各開口部がほぼ同じ面積である請求項４乃至請求項
６記載の半導体発光素子。
【請求項８】前記絶縁層は、発光層からの光に対する
反射率が、前記ｐ側パッド電極よりも大きい請求項１乃
至請求項７記載の半導体発光素子。
【請求項９】前記半導体層は少なくともガリウムを含
む窒化物半導体であることを特徴とする請求項１乃至請
求項８記載の半導体発光素子。