JP2006093358A - 窒化物半導体を用いた発光ダイオード - Google Patents
窒化物半導体を用いた発光ダイオード Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006093358A JP2006093358A JP2004276111A JP2004276111A JP2006093358A JP 2006093358 A JP2006093358 A JP 2006093358A JP 2004276111 A JP2004276111 A JP 2004276111A JP 2004276111 A JP2004276111 A JP 2004276111A JP 2006093358 A JP2006093358 A JP 2006093358A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- nitride semiconductor
- emitting diode
- light emitting
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
【課題】本発明の課題は、ｐ側電極の材料として、可視（緑色）〜近紫外波長領域の光に対する反射性の良好な金属を使用する、発光効率の改善された窒化物ＬＥＤを提供することである。
【解決手段】本発明の窒化物ＬＥＤは、ｐ型窒化物半導体層の表面に、ｎ型窒化物半導体からなる厚さ１５ｎｍ以下のｐ側コンタクト層が形成され、その上に、Ａｌからなる反射層で該ｐ側コンタクト層と接するｐ側電極が設けられるという、特徴的な構成を有する。このように形成されたｐ側電極は、窒化物ＬＥＤのｐ側電極として実用可能な程度に低い接触抵抗を示すうえに、Ａｌが可視〜近紫外波長において高い反射率を有していることから（例えば、波長４００ｎｍの光に対して、Ａｌからなる理想的なミラーの反射率は９０％を超える）、活性層で生じる光を効率的に反射して、窒化物ＬＥＤの発光効率を改善する効果を有する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の窒化物ＬＥＤは、ｐ型窒化物半導体層の表面に、ｎ型窒化物半導体からなる厚さ１５ｎｍ以下のｐ側コンタクト層が形成され、その上に、Ａｌからなる反射層で該ｐ側コンタクト層と接するｐ側電極が設けられるという、特徴的な構成を有する。このように形成されたｐ側電極は、窒化物ＬＥＤのｐ側電極として実用可能な程度に低い接触抵抗を示すうえに、Ａｌが可視〜近紫外波長において高い反射率を有していることから（例えば、波長４００ｎｍの光に対して、Ａｌからなる理想的なミラーの反射率は９０％を超える）、活性層で生じる光を効率的に反射して、窒化物ＬＥＤの発光効率を改善する効果を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、窒化物半導体を用いた発光ダイオード（以下、窒化物ＬＥＤという。）に関し、とりわけ、窒化物ＬＥＤにおいて、ｐ型窒化物半導体層に正孔を注入するための電極と、該電極が形成される窒化物半導体層とに関する。
窒化物ＬＥＤは、その半導体発光素子構造の主要部分に窒化物半導体を用いたＬＥＤであり、ｐ型窒化物半導体とｎ型窒化物半導体とが接合され、該接合部またはその近傍で電子と正孔の再結合による発光が生じるように構成される。窒化物ＬＥＤは、発光領域に用いられる窒化物半導体の組成を選択することによって、可視（緑色）〜近紫外領域の光を発生させることが可能である。
窒化物半導体は、一般式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦
ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であって、例えば、二元系のＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、三元系のＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、四元系のＡｌＩｎＧａＮなど、任意の組成のものが例示される。ここで、３族元素の一部を、Ｂ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）等で置換したものや、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）等で置換したものも、窒化物半導体に含まれる。
ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であって、例えば、二元系のＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、三元系のＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、四元系のＡｌＩｎＧａＮなど、任意の組成のものが例示される。ここで、３族元素の一部を、Ｂ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）等で置換したものや、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）等で置換したものも、窒化物半導体に含まれる。
窒化物半導体は、欠陥として含まれる窒素空孔から電子が供給されるために、アンドープでもｎ型半導体となるが、更に、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）、Ｃ（炭素）等の元素をドープすることによってｎ型導電性が向上する。すなわち、これらの元素は窒化物半導体に対してｎ型不純物として働く。
また、窒化物半導体は、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）等の元素をドープすることにより、ｐ型半導体とすることができる。すなわち、これらの元素は窒化物半導体に対してｐ型不純物として働く。
窒化物ＬＥＤの典型的な構造として、図７に示すように、結晶成長用の基板１の上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属化合物気相成長法）等の気相成長法によって成長された窒化物半導体結晶からなるｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層６を含む積層体が形成され、ｎ型コンタクト層２にｎ側電極Ｐ１、ｐ型コンタクト層６にｐ側電極Ｐ２が形成された、ダブルヘテロｐｎ接合型のＬＥＤ構造が例示される（特許文献１）。ここで、ｎ型コンタクト層２とｎ型クラッド層３はｎ型窒化物半導体で形成され、ｐ型クラッド層５とｐ型コンタクト層６はｐ型窒化物半導体で形成される。活性層はｎ型窒化物半導体および／またはｐ型窒化物半導体で形成される。ｎ側電極Ｐ１は、ｎ型窒化物半導体とオーミック接触する金属で形成され、ｐ側電極Ｐ２は、ｐ型窒化物半導体とオーミック接触する金属で形成される。
図７に示すダブルへテロ構造のＬＥＤにおいては、活性層４を挟むように設けられたｎ型クラッド層３とｐ型クラッド層５を通して、それぞれ電子と正孔が活性層４に供給され、活性層４において電子と正孔との再結合による発光が生じる。発光波長は、活性層４を形成する窒化物半導体のバンドギャップにより定まる。ｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層５は、電子と正孔とが活性層に閉じ込められるように、活性層を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体で形成される。このようなダブルヘテロ構造のＬＥＤにおいて、活性層４を単一量子井戸（ＳＱＷ）構造や多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすると、上記発光再結合の効率が更に向上し、発光効率がより一層高くなる。
発光に必要な正孔をｐ型クラッド層５に注入するためのｐ側電極Ｐ２は、ｐ型クラッド層５に形成してもよいが、ｐ型クラッド層５よりもｐ型不純物を高濃度にドープしたｐ型コンタクト層６に形成することが、より好ましい。その理由は、ｐ型窒化物半導体においては、導電性が最も良好となるｐ型不純物濃度と、電極との接触抵抗が最も低くなるｐ型不純物濃度が異なり、後者の方が前者よりも高濃度であることから、ｐ型クラッド層５にはその導電性が最も良好となる濃度にｐ型不純物をドープし、ｐ型コンタクト層６にはｐ側電極Ｐ２との接触抵抗が最も低くなる濃度にｐ型不純物をドープすることにより、ＬＥＤの動作電圧である順方向電圧を最も低くすることができるからである（特許文献２）。
従来の窒化物ＬＥＤでは、ｐ側電極Ｐ２とｐ型コンタクト層６との接触抵抗を低く抑え、ｐ型電極Ｐ２からｐ型コンタクト層６に正孔が効率的に注入されるようにするためには、ｐ型窒化物半導体と良好なオーミック接触を形成する金属でｐ側電極Ｐ２を形成することが必須と考えられている。そのような金属としては、Ｎｉ（ニッケル）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）等が知られており、ｐ側電極Ｐ２は、少なくともｐ型コンタクト層６と接する部分がこれらの金属で形成されている。
窒化物ＬＥＤにおいては、ｐ型窒化物半導体の導電性が十分に高くないという理由から、ｐ側電極Ｐ２から注入されるキャリア（正孔）はｐ型窒化物半導体層の面内方向（厚さ方向と直交する方向）には殆ど拡がらない。そのために、ｐ型コンタクト層６のほぼ全面にｐ側電極Ｐ２を形成しないと、活性層４を全体的に発光させることができない。従って、活性層４で生じた光を素子外部に取り出すには、ｐ側電極Ｐ２を透光性電極として、そのｐ側電極Ｐ２側から光を取り出すか、あるいは、基板１として透明な材料からなるものを用い、基板１側から光を取り出すことになる。
ｐ側電極Ｐ２を透光性電極とする場合、大きく分けて、金属膜を薄く形成して電極膜自体を透明にした透明電極を用いる方法と、金属光沢が生じる厚さに形成された反射性の金属電極膜が開口部（電極膜が形成されず、下地となるコンタクト層が露出した部分）を有するパターンに形成された開口電極を用いる方法があるが、このうち透明電極は電極の光吸収が比較的大きいため、透明電極を用いたＬＥＤでは良好な発光効率が得られないという問題がある（非特許文献１）。
一方、開口電極を用いた場合であるが、前述のようにｐ型窒化物半導体層の面内方向には電流が殆ど拡がらないことから、活性層４のうち発光するのは実質的に電極部（開口電極において電極膜が存在する部分）の下方に位置する領域のみとなり、開口部の下方では発光がほとんど生じない。しかし、電極膜下方の活性層４で発生する光の一部は直接開口部から素子外部に出射され、残りの部分も、素子内部に存在する屈折率界面や、素子内外を隔てる屈折率界面、電極膜などで、繰り返し反射されるうちに開口部に到達し得る。そのため、開口電極はＬＥＤの発光効率を向上させるうえで好ましい電極となる。
特開平６−２６８２５９号公報
特開平８−９７４７１号公報
日経エレクトロニクス、ｎｏ．８８２、１４３頁〜１５１頁、２００４年９月１３日発行（日経ＢＰ社）
一方、開口電極を用いた場合であるが、前述のようにｐ型窒化物半導体層の面内方向には電流が殆ど拡がらないことから、活性層４のうち発光するのは実質的に電極部（開口電極において電極膜が存在する部分）の下方に位置する領域のみとなり、開口部の下方では発光がほとんど生じない。しかし、電極膜下方の活性層４で発生する光の一部は直接開口部から素子外部に出射され、残りの部分も、素子内部に存在する屈折率界面や、素子内外を隔てる屈折率界面、電極膜などで、繰り返し反射されるうちに開口部に到達し得る。そのため、開口電極はＬＥＤの発光効率を向上させるうえで好ましい電極となる。
開口電極は、活性層で生じた光が電極膜で反射される際に受ける損失を小さくするために、反射性の良好な金属で形成することが望ましい。ところが、従来の窒化物ＬＥＤにおいてｐ側電極Ｐ２の材料とされるＮｉ、Ｒｈ、Ｐｄ等の金属は、窒化物ＬＥＤの典型的な発光波長である可視（緑色）〜近紫外波長において、十分に高い反射性を有していないという問題がある。例えば波長４００ｎｍの光に対し、これらの金属からなるミラーの反射率は、最も反射性に優れたＲｈでも８０％未満であり、ｐ型窒化物半導体とのオーミック接触性が最も良好とされるＮｉでは、約５０％という低い値である。
同様の問題は、活性層４で発生する光を基板１側から素子外部に取り出す構成を採用する場合も生じる。この構成では、光がｐ側電極Ｐ２側から素子外部に漏れないように、ｐ側電極Ｐ２を反射性の金属膜で形成するためである。
従って、本発明の課題は、ｐ側電極の材料として、可視（緑色）〜近紫外波長領域の光に対する反射性の良好な金属を使用する、発光効率の改善された窒化物ＬＥＤを提供することである。
本発明者等は、ｐ側電極を形成する窒化物半導体層に工夫を行うことによって、窒化物ＬＥＤのｐ側電極にＡｌを用い得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、次の特徴を有する。
すなわち、本発明は、次の特徴を有する。
（１）ｎ型窒化物半導体層と、窒化物半導体からなる活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体からなる厚さ１５ｎｍ以下のｐ側コンタクト層とが、この順に積層された積層体と、上記ｐ側コンタクト層に形成され、ｐ側コンタクト層に接する部分にＡｌからなる反射層を含むｐ側電極とを有し、上記ｐ側コンタクト層は上記ｐ型窒化物半導体層に接して形成された、発光ダイオード。
（２）上記ｐ側電極が上記反射層のみからなる、上記（１）に記載の発光ダイオード。
（３）上記ｐ側電極が、上記反射層と、Ａｕからなる表面層と、上記反射層と上記表面層との間に形成され、Ａｕよりも融点の高い金属からなる層を含むバリア層とからなる、上記（１）に記載の発光ダイオード。
（４）上記反射層の厚さが７０ｎｍ以下である上記（３）に記載の発光ダイオード。
（５）上記反射層が、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｓｉ、Ｃｕから選ばれる１以上の金属を含むＡｌ合金からなる、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（６）上記ｐ側電極が、上記ｐ側コンタクト層のほぼ全面に形成された、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（７）上記ｐ側電極が開口電極である、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（８）上記開口電極の開口部の面積比が５０％〜８０％であり、かつ、発光波長が紫色〜近紫外領域の波長である、上記（７）に記載の発光ダイオード。
（９）上記開口電極は、該開口電極の任意の２０μｍ四方の領域を見たときに、該領域内に電極部と開口部とが少なくとも含まれるパターンを有する、上記（７）または（８）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１０）上記開口電極の上に透明導電膜が積層された、上記（７）〜（９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１１）上記反射層が、反射層部と無反射層部とからなるパターンに形成された、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１２）上記無反射層部にＡｇからなる反射膜が形成された、上記（１１）に記載の発光ダイオード。
（１３）上記積層体が、窒化物半導体と異なる屈折率を有する材料からなり、表面に凹凸が形成された基板の上に形成された、上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１４）上記積層体が、導電性の基板に対して上記ｎ型窒化物半導体の側で接合された、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１５）上記積層体が、導電性の基板に対して上記ｐ側コンタクト層の側で接合された、上記（１）〜（６）、（１１）、（１２）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１６）上記ｐ側コンタクト層が、上記ｐ型窒化物半導体層上に部分的に形成された、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１７）上記ｐ側コンタクト層の電子濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である、上記（１）〜（１６）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１８）上記ｐ側コンタクト層にｎ型不純物がドープされた、上記（１７）に記載の発光ダイオード。
（１９）上記ｐ側コンタクト層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる、上記（１）〜（１８）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２０）上記ｐ側コンタクト層が、上記活性層で発生される光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有するｎ型窒化物半導体からなる、上記（１）〜（１９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２１）上記ｐ型窒化物半導体層には、Ｍｇが濃度１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲でドープされた、上記（１）〜（２０）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２２）上記ｐ型窒化物半導体層は、不純物濃度および／または窒化物半導体組成が厚さ方向に一様でない、上記（１）〜（２１）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２３）上記ｐ型窒化物半導体層はＭｇが濃度５×１０１９ｃｍ−３以下にドープされた部分を含み、かつ、発光波長が紫色〜近紫外領域の波長である、上記（２１）または（２２）に記載の発光ダイオード。
（２４）発光波長が４２０ｎｍ以下である、上記（８）または（２３）に記載の発光ダイオード。
（２５）上記積層体は上記ｎ型窒化物半導体層から順に成長された積層体であり、上記活性層と上記ｐ側コンタクト層の間に形成された窒化物半導体層の厚さと、上記ｐ側コンタクト層の厚さとの和が１５０ｎｍ以下である、上記（１）〜（２４）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２）上記ｐ側電極が上記反射層のみからなる、上記（１）に記載の発光ダイオード。
（３）上記ｐ側電極が、上記反射層と、Ａｕからなる表面層と、上記反射層と上記表面層との間に形成され、Ａｕよりも融点の高い金属からなる層を含むバリア層とからなる、上記（１）に記載の発光ダイオード。
（４）上記反射層の厚さが７０ｎｍ以下である上記（３）に記載の発光ダイオード。
（５）上記反射層が、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｓｉ、Ｃｕから選ばれる１以上の金属を含むＡｌ合金からなる、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（６）上記ｐ側電極が、上記ｐ側コンタクト層のほぼ全面に形成された、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（７）上記ｐ側電極が開口電極である、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（８）上記開口電極の開口部の面積比が５０％〜８０％であり、かつ、発光波長が紫色〜近紫外領域の波長である、上記（７）に記載の発光ダイオード。
（９）上記開口電極は、該開口電極の任意の２０μｍ四方の領域を見たときに、該領域内に電極部と開口部とが少なくとも含まれるパターンを有する、上記（７）または（８）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１０）上記開口電極の上に透明導電膜が積層された、上記（７）〜（９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１１）上記反射層が、反射層部と無反射層部とからなるパターンに形成された、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１２）上記無反射層部にＡｇからなる反射膜が形成された、上記（１１）に記載の発光ダイオード。
（１３）上記積層体が、窒化物半導体と異なる屈折率を有する材料からなり、表面に凹凸が形成された基板の上に形成された、上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１４）上記積層体が、導電性の基板に対して上記ｎ型窒化物半導体の側で接合された、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１５）上記積層体が、導電性の基板に対して上記ｐ側コンタクト層の側で接合された、上記（１）〜（６）、（１１）、（１２）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１６）上記ｐ側コンタクト層が、上記ｐ型窒化物半導体層上に部分的に形成された、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１７）上記ｐ側コンタクト層の電子濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である、上記（１）〜（１６）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（１８）上記ｐ側コンタクト層にｎ型不純物がドープされた、上記（１７）に記載の発光ダイオード。
（１９）上記ｐ側コンタクト層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる、上記（１）〜（１８）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２０）上記ｐ側コンタクト層が、上記活性層で発生される光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有するｎ型窒化物半導体からなる、上記（１）〜（１９）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２１）上記ｐ型窒化物半導体層には、Ｍｇが濃度１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲でドープされた、上記（１）〜（２０）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２２）上記ｐ型窒化物半導体層は、不純物濃度および／または窒化物半導体組成が厚さ方向に一様でない、上記（１）〜（２１）のいずれかに記載の発光ダイオード。
（２３）上記ｐ型窒化物半導体層はＭｇが濃度５×１０１９ｃｍ−３以下にドープされた部分を含み、かつ、発光波長が紫色〜近紫外領域の波長である、上記（２１）または（２２）に記載の発光ダイオード。
（２４）発光波長が４２０ｎｍ以下である、上記（８）または（２３）に記載の発光ダイオード。
（２５）上記積層体は上記ｎ型窒化物半導体層から順に成長された積層体であり、上記活性層と上記ｐ側コンタクト層の間に形成された窒化物半導体層の厚さと、上記ｐ側コンタクト層の厚さとの和が１５０ｎｍ以下である、上記（１）〜（２４）のいずれかに記載の発光ダイオード。
本発明の窒化物ＬＥＤは、ｐ型窒化物半導体層の表面に、ｎ型窒化物半導体からなる厚さ１５ｎｍ以下のｐ側コンタクト層が形成され、その上に、Ａｌからなる反射層で該ｐ側コンタクト層と接するｐ側電極が設けられるという、特徴的な構成を有する。このように形成されたｐ側電極は、窒化物ＬＥＤのｐ側電極として実用可能な程度に低い接触抵抗を示すうえに、Ａｌが可視〜近紫外波長において高い反射率を有していることから（例えば、波長４００ｎｍの光に対して、Ａｌからなる理想的なミラーの反射率は９０％を超える）、活性層で生じる光を効率的に反射して、窒化物ＬＥＤの発光効率を改善する効果を有する。
本発明の窒化物ＬＥＤは、ｎ型窒化物半導体層中を拡散する電子と、ｐ型窒化物半導体層中を拡散する正孔とが、活性層にて再結合することにより発光する、という発光機構を有するが、ｐ型窒化物半導体層に正孔を注入するための電極であるｐ側電極が、ｐ型窒化物半導体層上に形成されるのではなく、ｐ型窒化物半導体層に接して形成された、ｎ型窒化物半導体からなる厚さ１５ｎｍ以下のｐ側コンタクト層の上に形成される。そして、このｐ側電極は、ｐ側コンタクト層と接する部分に、Ａｌからなる反射層を含む。
このようなｐ側電極が、窒化物ＬＥＤのｐ側電極として実用可能な程度に低い接触抵抗を示す詳細な理由は明らかではないが、伝導型の異なるｐ側コンタクト層とｐ型窒化物半導体層との接合部には接合障壁が形成されると考えられるにもかかわらず、接触抵抗の大きな増加が生じないことから、ｐ側コンタクト層が薄いために、キャリアがトンネリングによりこの障壁を通過することが推定される。
以下、本発明の好ましい実施態様を図を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る窒化物ＬＥＤの断面構造を示す模式図である。このＬＥＤ１０は、サファイア基板１１を有しており、そのサファイア基板１１上にＧａＮバッファ層（図示せず）、ＳｉドープＧａＮからなる厚さ約２μｍのｎ型コンタクト層１２、ＳｉドープＡｌＧａＮからなる厚さ約２μｍのｎ型クラッド層１３、厚さ６ｎｍのＧａＮ障壁層と厚さ２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層とが交互に１０層ずつ積層された多重量子井戸構造の活性層１４、ＭｇドープＡｌＧａＮからなる厚さ１００ｎｍのｐ型クラッド層１５、ＳｉドープＧａＮからなる厚さ１０ｎｍのｐ側コンタクト層１６が、順に成長されている。ｐ側コンタクト層１６側からのエッチングによって、ｎ型クラッド層１３から上の層が一部除去され、露出されたｎ型コンタクト層１２の表面にｎ側電極Ｐ１１としてＡｌ／Ｔｉ積層電極が形成されている。ｐ側コンタクト層１６の表面には、ｐ側電極Ｐ１２として、厚さ５０ｎｍのＡｌ層の上に厚さ５０ｎｍのＰｄ層と厚さ１００ｎｍのＡｕ層が順に積層されたＡｌ／Ｐｄ／Ａｕ積層電極が、ｐ側コンタクト層１６の表面をほぼ全面的に覆うように形成されている。このｐ側電極Ｐ１２は、上面から見るとｐ側コンタクト層１６が露出した開口部を有するパターンに形成された、開口電極である。なお、ワイヤボンディング用のパッド電極の図示は省略している。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る窒化物ＬＥＤの断面構造を示す模式図である。このＬＥＤ１０は、サファイア基板１１を有しており、そのサファイア基板１１上にＧａＮバッファ層（図示せず）、ＳｉドープＧａＮからなる厚さ約２μｍのｎ型コンタクト層１２、ＳｉドープＡｌＧａＮからなる厚さ約２μｍのｎ型クラッド層１３、厚さ６ｎｍのＧａＮ障壁層と厚さ２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層とが交互に１０層ずつ積層された多重量子井戸構造の活性層１４、ＭｇドープＡｌＧａＮからなる厚さ１００ｎｍのｐ型クラッド層１５、ＳｉドープＧａＮからなる厚さ１０ｎｍのｐ側コンタクト層１６が、順に成長されている。ｐ側コンタクト層１６側からのエッチングによって、ｎ型クラッド層１３から上の層が一部除去され、露出されたｎ型コンタクト層１２の表面にｎ側電極Ｐ１１としてＡｌ／Ｔｉ積層電極が形成されている。ｐ側コンタクト層１６の表面には、ｐ側電極Ｐ１２として、厚さ５０ｎｍのＡｌ層の上に厚さ５０ｎｍのＰｄ層と厚さ１００ｎｍのＡｕ層が順に積層されたＡｌ／Ｐｄ／Ａｕ積層電極が、ｐ側コンタクト層１６の表面をほぼ全面的に覆うように形成されている。このｐ側電極Ｐ１２は、上面から見るとｐ側コンタクト層１６が露出した開口部を有するパターンに形成された、開口電極である。なお、ワイヤボンディング用のパッド電極の図示は省略している。
サファイア基板１１の表面上への窒化物半導体層の成長は、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法（分子ビームエピタキシー法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）等、窒化物半導体の公知の気相成長法を適宜用いて行うことができる。
ｎ型窒化物半導体にドープするｎ型不純物は、導電性の制御が容易なＳｉが最も好ましく、ｐ型窒化物半導体にドープするｐ型不純物は、正孔の生成効率（活性化率）が最も高いＭｇが最も好ましいが、これらに限定されるものではなく、従来公知のｎ型不純物、ｐ型不純物を適宜用いてよい。ｐ型窒化物半導体をＭＯＶＰＥ法やＨＶＰＥ法により形成する場合には、窒化物半導体層の成長が完了した後の降温過程で、水素やアンモニアの供給を停止したり、結晶成長工程の後、不活性ガス雰囲気中で熱処理や電子線照射処理を行うと、ｐ型不純物の活性化が促進され、好ましい。
窒化物半導体層を成長するための基板は、サファイア基板に限定されるものではなく、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、ＺｎＯ基板、ＧａＡｓ基板、ＮＧＯ基板等、窒化物半導体結晶のエピタキシャル成長に使用可能な従来公知の基板を適宜用いることができる。サファイア基板、ＡｌＮ基板、スピネル基板、ＮＧＯ基板等の絶縁性基板を用いる場合には、ＬＥＤ１０のように、ｎ型コンタクト層１２を露出させてｎ側電極Ｐ１１を形成する必要がある（導電性を付与していないＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＡｓ基板を用いる場合も同様である）。
一方、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＡｓ基板等、半導体材料からなる基板は、ｎ型不純物の添加によってｎ型伝導性とすることができる。このような導電性の基板を用いる場合は、ｎ型コンタクト層１２を省略し、ｎ側電極を基板の裏面（窒化物半導体層を成長する主面の反対側の主面）に形成することができる。
一方、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＡｓ基板等、半導体材料からなる基板は、ｎ型不純物の添加によってｎ型伝導性とすることができる。このような導電性の基板を用いる場合は、ｎ型コンタクト層１２を省略し、ｎ側電極を基板の裏面（窒化物半導体層を成長する主面の反対側の主面）に形成することができる。
窒化物半導体層が成長されるサファイア基板１１の表面には、窒化物半導体結晶の選択横方向成長を発生させるために、窒化物半導体結晶の成長を阻害する材料からなるマスクを部分的に形成したり、凹凸形状を加工してもよい。特に、サファイアのように、窒化物半導体と異なる屈折率を有する材料からなる基板の表面に凹凸が形成され、その凹凸を埋め込んで成長された窒化物半導体層の上に活性層が形成されたＬＥＤは、基板と窒化物半導体との界面で光の回折・散乱が起こり、発光層で生じた光が素子の光取り出し面に対して素子外部に出射され得る角度（全反射臨界角よりも小さい角度）で入射する確率が高くなるために、光取り出し効率が良好となる。この効果は、ｐ側電極の光反射性が良好な本発明の窒化物ＬＥＤにおいて、より顕著に現れる。
ＬＥＤ１０では、窒化物半導体の結晶品質を向上させるために、サファイア基板１１の直上に図示しないＧａＮバッファ層を形成し、その上にｎ型コンタクト層１２を成長しているが、更に結晶品質向上のために、バッファ層とｎ型コンタクト層１２との間に厚さ２μｍ〜２０μｍ程度のアンドープＧａＮ層を下地層として成長したり、歪み超格子層や組成傾斜層その他、結晶品質を向上させるための窒化物半導体層を適宜設けることができる。また、マスクを用いたり、基板や窒化物半導体層を加工することによって、結晶中を伝播する転位欠陥の密度を低減する各種の窒化物半導体結晶成長法が公知であるが、そのような結晶成長法も適宜採用することができる。
ｎ型コンタクト層１２からｐ型クラッド層１５までの各窒化物半導体層の組成、厚さ、不純物のドーピングの仕方等については、公知の窒化物ＬＥＤを参照することができる。また、ｎ型クラッド層１３中を拡散する電子と、ｐ型クラッド層１５中を拡散する正孔が、活性層１４で再結合して発光するという発光機構を妨げるものでない限り、各層の間、または各層の中には、各種の機能を有する窒化物半導体層を適宜追加的に挿入することもできる。
各窒化物半導体層の好ましい態様は、以下に説明するとおりである。
ｎ型コンタクト層１２の組成はＧａＮに限定されるものではないが、ｎ側電極Ｐ１１との接触抵抗の低下、ｎ型コンタクト層内での電子移動度の向上、上方に成長される活性層１４その他の窒化物半導体層の品質向上のために、ｎ型コンタクト層１２は高品質の結晶を得やすい２元結晶のＧａＮで形成することが好ましい。
ｎ型コンタクト層１２の組成はＧａＮに限定されるものではないが、ｎ側電極Ｐ１１との接触抵抗の低下、ｎ型コンタクト層内での電子移動度の向上、上方に成長される活性層１４その他の窒化物半導体層の品質向上のために、ｎ型コンタクト層１２は高品質の結晶を得やすい２元結晶のＧａＮで形成することが好ましい。
ＬＥＤ１０では、ｎ型コンタクト層１２とｎ型クラッド層１３を別個の層として設けているが、これらの層を同じ組成の窒化物半導体で構成してもよいし、更には、不純物のドーピングの仕方も同じとして、連続したひとつの層（ｎ型コンタクト層１２とｎ型クラッド層１３とを兼用した層ともいえる）としてもよい。
ＬＥＤ１０の発光波長は、発光部である活性層１４を形成する窒化物半導体のバンドギャップにより定まるので、目的とする発光波長に合わせて、該窒化物半導体の組成を定めるようにする。量子井戸構造の活性層においては、井戸層の組成をこのように定める。井戸層はＩｎ（インジウム）を含む窒化物半導体で形成すると、発光効率が高くなり、好ましい。活性層１４（井戸層および／または障壁層）への、ｎ型不純物および／またはｐ型不純物のドープは、任意に行い得る。活性層１４は、多重量子井戸構造とすることが発光効率の点で最も好ましいが、これに限定されるものではなく、目的に応じて、単一量子井戸構造としてもよいし、量子井戸構造を採用しないことも任意である。
活性層１４を挟むｎ型クラッド層１３およびｐ型クラッド層１５を構成する各窒化物半導体の組成は、バンドギャップが活性層１４よりも大きくなるように定める。これによって、ダブルヘテロ構造となり、発光効率が高くなる。活性層１４が量子井戸構造の場合には、ｎ型クラッド層１３とｐ型クラッド層１５のバンドギャップが、少なくとも井戸層のバンドギャップよりも大きくなるようにすればよい。ｎ型クラッド層１３とｐ型クラッド層１５のバンドギャップは異なっていてもよく、発光素子の動作電圧をできるだけ低く抑えつつ、活性層１４におけるキャリアの再結合効率を高めるためには、ｐ型クラッド層１５のバンドギャップをｎ型クラッド層１３のバンドギャップよりも大きくすることが好ましい。
ｐ型クラッド層１５の厚さは、活性層１４にキャリアを効果的に閉じ込めるためには、１０ｎｍ以上とすることが好ましく、３０ｎｍ以上とすることがより好ましい。ｐ型クラッド層１５の厚さが２００ｎｍを超えると、キャリア閉じ込め効果は大きく変化しなくなる一方、ｐ型クラッド層１５の成長時間が長くなることによって活性層１４の劣化（ＩｎＧａＮの熱分解やｐ型クラッド層１５から活性層１４へのｐ型不純物の拡散）が引き起こされる傾向があるので、ｐ型クラッド層１５の厚さは２００ｎｍ以下とすることが好ましい。
ｐ型クラッド層１５にドープするｐ型不純物の濃度は、ｐ型クラッド層を形成するｐ型窒化物半導体の導電性が最良となる範囲に設定することができる。従って、ｐ型不純物がＭｇの場合には、Ｍｇの濃度を１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲とすることが好ましく、５×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３の範囲とすることがより好ましく、５×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３の範囲とすることが更に好ましい。
従来の窒化物ＬＥＤにおいては、ｐ側電極との接触抵抗を低くするために、ｐ型不純物を極めて高濃度にドープしたｐ型コンタクト層が必要であったが、本発明の窒化物ＬＥＤは、このようなｐ型コンタクト層を必要としない。ｐ型クラッド層１５にドープするｐ型不純物の濃度を抑えることができると、ドーピングによる結晶品質の低下が抑制されるために、転位等の欠陥そのものに起因したり、あるいは、欠陥に沿ってｐ型不純物が拡散することに起因する、耐電圧特性やリーク電流特性の劣化、その他発光効率の低下や特性の不安定化といった問題が軽減される。
従来の窒化物ＬＥＤにおいては、ｐ側電極との接触抵抗を低くするために、ｐ型不純物を極めて高濃度にドープしたｐ型コンタクト層が必要であったが、本発明の窒化物ＬＥＤは、このようなｐ型コンタクト層を必要としない。ｐ型クラッド層１５にドープするｐ型不純物の濃度を抑えることができると、ドーピングによる結晶品質の低下が抑制されるために、転位等の欠陥そのものに起因したり、あるいは、欠陥に沿ってｐ型不純物が拡散することに起因する、耐電圧特性やリーク電流特性の劣化、その他発光効率の低下や特性の不安定化といった問題が軽減される。
ところで、ｐ型不純物として好適に用いられるＭｇは、窒化物半導体のバンドギャップ中に深い不純物準位を形成するが、ドープされるＭｇの濃度が高くなるにつれてより深い準位が形成され、Ｍｇ濃度が５×１０１９ｃｍ−３を超えると、光子エネルギーの大きな紫色〜近紫外領域の光を発生する窒化物ＬＥＤ（典型的には、発光波長が４２０ｎｍ以下のＬＥＤ）において、最も深い準位に補足された電子が活性層からの発光を吸収して伝導帯に励起されるようになり、発光効率に与える悪影響が無視できなくなる。この問題は、Ｍｇ濃度がより高くなると、より長波長の光を発生するＬＥＤでも発生するようになる。
これに対して、本発明の窒化物ＬＥＤにおいては、ｐ型窒化物半導体層へのｐ型不純物のドーピング量を抑制し得ることから、ｐ型不純物としてＭｇを用いたときに生じる、このような不純物吸収の問題を軽減することが可能となる。
これに対して、本発明の窒化物ＬＥＤにおいては、ｐ型窒化物半導体層へのｐ型不純物のドーピング量を抑制し得ることから、ｐ型不純物としてＭｇを用いたときに生じる、このような不純物吸収の問題を軽減することが可能となる。
ｎ型クラッド層１３とｐ型クラッド層１５は、一様な構造としてもよいが、不純物濃度および／または窒化物半導体組成を厚さ方向に変化させて、２層以上からなる多層構造としてもよく、また、濃度傾斜領域および／または組成傾斜領域を含むように形成してもよい。
例えば、ｐ型クラッド層１５の構成を、活性層１４に近い領域はバンドギャップを相対的に大きくして活性層１４へのキャリア閉じ込め効果を高くし、ｐ側コンタクト層１６に近い領域はバンドギャップが相対的に小さくなるようにして、ｐ型不純物が活性化され易くなるようにしてもよい。ｐ型不純物が活性化され易いと、より少量のｐ型不純物のドープで多数の正孔が生成されるため、高濃度ドープに伴う問題を抑制しつつ、ｐ型窒化物半導体層の導電性を高くして、素子の動作電圧を低減することが可能となる。また、ｐ型不純物としてＭｇを用いる場合には、前述の不純物吸収の問題も軽減できる。
ｐ型クラッド層１５の他の態様として、活性層１４に近い領域ではＭｇの濃度を相対的に低くして、活性層１４で発生される光の吸収を抑制する一方、ｐ側コンタクト層１６に近い領域はＭｇ濃度を相対的に高くすることによって導電性を高めるようにしてもよい。
例えば、ｐ型クラッド層１５の構成を、活性層１４に近い領域はバンドギャップを相対的に大きくして活性層１４へのキャリア閉じ込め効果を高くし、ｐ側コンタクト層１６に近い領域はバンドギャップが相対的に小さくなるようにして、ｐ型不純物が活性化され易くなるようにしてもよい。ｐ型不純物が活性化され易いと、より少量のｐ型不純物のドープで多数の正孔が生成されるため、高濃度ドープに伴う問題を抑制しつつ、ｐ型窒化物半導体層の導電性を高くして、素子の動作電圧を低減することが可能となる。また、ｐ型不純物としてＭｇを用いる場合には、前述の不純物吸収の問題も軽減できる。
ｐ型クラッド層１５の他の態様として、活性層１４に近い領域ではＭｇの濃度を相対的に低くして、活性層１４で発生される光の吸収を抑制する一方、ｐ側コンタクト層１６に近い領域はＭｇ濃度を相対的に高くすることによって導電性を高めるようにしてもよい。
ＬＥＤ１０に追加的に形成し得る窒化物半導体層としては、転位の伝播を止めたり、不純物の拡散を防止するための多層膜層（超格子層）、不純物の拡散防止等のために設けられるアンドープ層、格子不整合の緩和の目的で設けられる緩衝層、活性層へのキャリア閉じ込めを促進するために活性層に接して形成されるオーバーフロー防止層、活性層の劣化を防止するために活性層の直上に形成されるキャップ層、等が例示される。これらの層は、ｎ型クラッド層１３中を拡散する電子と、ｐ型クラッド層１５中を拡散する正孔が、活性層１４で再結合して発光するという発光機構を妨げるものでない限り、ｎ型、ｐ型、ｉ型等、任意の伝導型を有する窒化物半導体で形成することができる。ただし、ｐ側コンタクト層１６と接する層は、ｐ型伝導性層となるようにする。
ｐ側コンタクト層１６を形成する窒化物半導体は、ＳｉドープＧａＮに限定されるものではなく、ｎ型伝導性であれば、アンドープであってもよいし、ｎ型不純物をドープしたものでもよく、窒化物半導体の組成にも限定はない。前述のように、正孔は、ｐ型クラッド層１５とｐ側コンタクト層１６との接合部をキャリアがトンネリングすることにより、ｐ型クラッド層１５に注入されると考えられるが、トンネリングが容易となるようにするには、ｐ側コンタクト層の厚さは薄い方が好ましく、電子濃度は高い方が好ましく、バンドギャップは小さい方が好ましい。
従って、ｐ側コンタクト層１６の厚さは１５ｎｍ以下であればよいが、より好ましくは１０ｎｍ以下であり、更に好ましくは５ｎｍ以下である。厚さが１ｎｍより薄いと、膜が島状となって、ｐ型クラッド層１５の表面が露出した部分が残ったり、ｐ型クラッド層１５からｐ側コンタクト層１６へのｐ型不純物の拡散の影響が大きく現れて、接触抵抗が大きくなる傾向がある。
ｐ側コンタクト層１６の好ましい電子濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上であり、３×１０１８ｃｍ−３以上とするとより好ましく、５×１０１８ｃｍ−３以上とすると更に好ましい。結晶品質の良好な窒化物半導体は、アンドープのときの電子濃度が低いため、１×１０１８ｃｍ−３以上の電子濃度を得るためにはｎ型不純物をドープすることが好ましく、その場合のｎ型不純物としては、導電性の制御が容易なＳｉが最も好ましい。電子濃度の上限は特にないが、ｎ型不純物の濃度が過剰となると結晶品質が低下し、電子の移動度が低下するので、導電率が不純物のドープ量に応じた変化を示さなくなる他、ｐ側電極Ｐ１２との密着性の低下等により接触抵抗が高くなる傾向がある。従って、ｐ側コンタクト層１６の好ましい電子濃度は１×１０２０ｃｍ−３以下であり、より好ましくは２×１０１９ｃｍ−３以下である。
ｐ側コンタクト層１６を形成するｎ型窒化物半導体の好ましい組成は、バンドギャップを小さくできるＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＮである。しかし、ｐ側コンタクト層１６のバンドギャップを小さくし過ぎると、活性層１４で発生される光がｐ側コンタクト層１６で吸収されるようになって発光効率が低下するので、これを避けるためには、ｐ側コンタクト層１６を形成するｎ型窒化物半導体を、活性層１４で発生される光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する組成とすることが好ましい。
ｐ側コンタクト層１６の厚さが１５ｎｍ以下に薄くされることに伴う効果として、活性層１４が成長された後の窒化物半導体層の成長時間が短くなるので、活性層１４の劣化（ＩｎＧａＮの熱分解や、ｐ型窒化物半導体層から活性層へのｐ型不純物の拡散）が軽減されることが挙げられる。特に、活性層１４の劣化抑制効果を高めるためには、ｐ型クラッド層１５とｐ側コンタクト層１６を合わせた厚さを１５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
ＬＥＤの光取り出し効率を向上させるために、ｐ側コンタクト層１６の表面が凹凸状を呈すようにすることもできる。
凹凸のサイズは、ＬＥＤの発光波長の４分の１以上とすることが好ましく、例えば、発光波長が空気中で４００ｎｍの場合であれば、窒化物半導体の屈折率は２．５前後であるから、凹凸の好ましいサイズ（凸状部分の幅や高さ）は約４０ｎｍ以上となる。このような凹凸を形成すると、活性層１４で発生する光の乱反射が生じることによって光取り出し効率が向上する。
ｐ側コンタクト層１６の表面が凹凸状を呈すようにするには、ｐ型クラッド層１５を、表面が凹凸状となるように形成し、その上に薄いｐ側コンタクト層１６を形成すればよい。
ｐ型クラッド層１５の表面を凹凸状に形成する方法としては、次の方法が例示される。
・ｐ型クラッド層１５の少なくとも表面部を、成長面が凹凸状を呈す成長条件を用いて成長する。かかる成長条件は公知であり、定性的には、成長温度が低い程、成長雰囲気中の水素濃度が低い程、窒化物半導体の組成中のＡｌが多い程、３次元的成長が促進される。また、成長の下地面となる窒化物半導体層表面に対してシラン、テトラエチルシラン等の化合物を作用させて、層状成長を生じ難くする方法も用い得る。
・ｐ型クラッド層１５を表面が平坦となるように成長した後、その表面に部分的にエッチングを行う。
・活性層１４の表面、または途中まで成長したｐ型クラッド層１５の表面に開口部を有するマスクを形成し、該開口部からの選択成長を行うことによって、結晶を３次元的な形状に成長させる。
このような、窒化物半導体層の表面を凹凸状にする方法については、特開２００３−２７７１９６号公報、特開２００４−２００４３１号公報、特開２００４−１９３６１９号公報、特開２００４−２００５２３号公報等を参照することができる。
凹凸のサイズは、ＬＥＤの発光波長の４分の１以上とすることが好ましく、例えば、発光波長が空気中で４００ｎｍの場合であれば、窒化物半導体の屈折率は２．５前後であるから、凹凸の好ましいサイズ（凸状部分の幅や高さ）は約４０ｎｍ以上となる。このような凹凸を形成すると、活性層１４で発生する光の乱反射が生じることによって光取り出し効率が向上する。
ｐ側コンタクト層１６の表面が凹凸状を呈すようにするには、ｐ型クラッド層１５を、表面が凹凸状となるように形成し、その上に薄いｐ側コンタクト層１６を形成すればよい。
ｐ型クラッド層１５の表面を凹凸状に形成する方法としては、次の方法が例示される。
・ｐ型クラッド層１５の少なくとも表面部を、成長面が凹凸状を呈す成長条件を用いて成長する。かかる成長条件は公知であり、定性的には、成長温度が低い程、成長雰囲気中の水素濃度が低い程、窒化物半導体の組成中のＡｌが多い程、３次元的成長が促進される。また、成長の下地面となる窒化物半導体層表面に対してシラン、テトラエチルシラン等の化合物を作用させて、層状成長を生じ難くする方法も用い得る。
・ｐ型クラッド層１５を表面が平坦となるように成長した後、その表面に部分的にエッチングを行う。
・活性層１４の表面、または途中まで成長したｐ型クラッド層１５の表面に開口部を有するマスクを形成し、該開口部からの選択成長を行うことによって、結晶を３次元的な形状に成長させる。
このような、窒化物半導体層の表面を凹凸状にする方法については、特開２００３−２７７１９６号公報、特開２００４−２００４３１号公報、特開２００４−１９３６１９号公報、特開２００４−２００５２３号公報等を参照することができる。
光の乱反射効果による光取り出し効率の向上を図る他の方法として、厚さ１５ｎｍ以下のｐ側コンタクト層を、エッチングによって、ｐ型窒化物半導体層上に部分的に形成する方法もある。
この方法では、ｐ型窒化物半導体層上に、ｎ型窒化物半導体からなるｐ側コンタクト層の前駆層を５５ｎｍ以上の厚さに形成した後、マスクを用いた選択的エッチングによって、該前駆層中に厚さを１５ｎｍ以下とした領域を部分的に形成し、その後、少なくとも該領域上に、Ａｌからなる反射層を含むｐ側電極を形成する。これによって、エッチングにより厚さ１５ｎｍ以下にされた領域がｐ側コンタクト層として働く。該領域とその他の領域との間には、４０ｎｍ以上の段差がエッチングで形成されるので、光の乱反射効果が発生する。
この態様では、厚さ１５ｎｍ以下の領域を前記開口電極の電極部のパターンに形成し、該領域のみにｐ側電極を形成してもよい。この場合、エッチングに用いたマスクを、引き続き、電極部のパターンをリフトオフにより形成するためのマスクとして用いることができる。
この方法では、ｐ型窒化物半導体層上に、ｎ型窒化物半導体からなるｐ側コンタクト層の前駆層を５５ｎｍ以上の厚さに形成した後、マスクを用いた選択的エッチングによって、該前駆層中に厚さを１５ｎｍ以下とした領域を部分的に形成し、その後、少なくとも該領域上に、Ａｌからなる反射層を含むｐ側電極を形成する。これによって、エッチングにより厚さ１５ｎｍ以下にされた領域がｐ側コンタクト層として働く。該領域とその他の領域との間には、４０ｎｍ以上の段差がエッチングで形成されるので、光の乱反射効果が発生する。
この態様では、厚さ１５ｎｍ以下の領域を前記開口電極の電極部のパターンに形成し、該領域のみにｐ側電極を形成してもよい。この場合、エッチングに用いたマスクを、引き続き、電極部のパターンをリフトオフにより形成するためのマスクとして用いることができる。
ｐ側電極Ｐ１２は、３層構造の多層膜に限定されるものではなく、Ａｌからなる反射層のみの単層構造としてもよいし、２層構造や、４層以上の多層膜構造としてもよい。Ａｌからなる反射層は、金属光沢が生じるように、厚さを１０ｎｍ以上とすることが好ましく、２０ｎｍ以上とすることがより好ましい。反射層の厚さに特に上限はないが、後述のように、Ａｌと窒化物半導体との熱膨張係数差が大きいために、反射層が厚いと変形の問題が著しくなることから、反射層の厚さは１００ｎｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは７０ｎｍ以下、更に好ましくは５０ｎｍ以下である。
ｐ側電極Ｐ１２の形成にあたっては、電極膜を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法で形成した後、電極膜とｐ側コンタクト層１６との接触抵抗を低下させるために、３００℃〜５００℃の熱処理を行うことが好ましい。
ｐ側電極Ｐ１２の形成にあたっては、電極膜を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法で形成した後、電極膜とｐ側コンタクト層１６との接触抵抗を低下させるために、３００℃〜５００℃の熱処理を行うことが好ましい。
活性層１４を全体的に発光させるために、ｐ側電極１２はｐ側コンタクト層１６のほぼ全面に形成することが好ましい。なぜなら、薄いｐ側コンタクト層１６の内部ではキャリアが面内方向に殆ど拡がらず、かつ、導電性の低いｐ型クラッド層１５内でもキャリアは面内方向に殆ど拡散しないために、活性層１４は、実質的に、ｐ側電極Ｐ１２の直下でしか発光しないからである。
このことから、活性層１４で発生する光を、ｐ側電極Ｐ１２を通して素子外部に取り出す構成を採用する場合には、ｐ側電極Ｐ１２を開口電極とする。
開口電極のパターンに限定はないが、電極部と開口部がそれぞれ面内にムラなく分布したパターンとすることが好ましい。そのようなパターンとして、図２に示すように、電極部（斜線部）が、（Ａ）〜（Ｃ）のような網目状、（Ｄ）のような分岐状、（Ｅ）のようなミアンダ状、（Ｆ）のような渦巻き状に形成されたパターンが例示される。
図２のパターンにおいて、電極部と開口部を入れ換えたパターンを採用することもできる。図２（Ａ）〜（Ｃ）のパターンにて電極部と開口部とを入れ換えると、開口部に取り囲まれて孤立した電極部が分散したパターンとなるが、この孤立した電極部に給電するために、開口電極の上に、更に、ＩＴＯ等からなる透明導電膜を積層することができる。なお、透明導電膜は、開口電極のパターンによらず、開口電極の導電性を補う目的で積層することもできる。
開口電極のパターンに限定はないが、電極部と開口部がそれぞれ面内にムラなく分布したパターンとすることが好ましい。そのようなパターンとして、図２に示すように、電極部（斜線部）が、（Ａ）〜（Ｃ）のような網目状、（Ｄ）のような分岐状、（Ｅ）のようなミアンダ状、（Ｆ）のような渦巻き状に形成されたパターンが例示される。
図２のパターンにおいて、電極部と開口部を入れ換えたパターンを採用することもできる。図２（Ａ）〜（Ｃ）のパターンにて電極部と開口部とを入れ換えると、開口部に取り囲まれて孤立した電極部が分散したパターンとなるが、この孤立した電極部に給電するために、開口電極の上に、更に、ＩＴＯ等からなる透明導電膜を積層することができる。なお、透明導電膜は、開口電極のパターンによらず、開口電極の導電性を補う目的で積層することもできる。
開口電極における、開口部の好ましい面積比（電極部と開口部とを合わせた面積に占める開口部の面積比）は２５％〜８０％で、このとき、活性層１４における発光と、開口部からの光取り出しのバランスが最適となり、発光効率が最も高くなる。
開口電極のパターンは細かい方が、光取り出し効率が高くなる。パターンが細かいと、単位面積に含まれる電極部と開口部との境界線の長さが長くなるが、該境界線近傍の電極部の下方で生じた光は、開口部から素子外に取り出され易いためである。従って、開口電極のパターンは、当該電極の任意の２０μｍ四方の領域を見たときに、該領域内に電極部と開口部とが少なくとも含まれるように形成することが好ましい。
なお、前述のように、活性層のうち電流が流れる領域は、実質的に電極部の直下のみであるため、開口部の面積比が高くなると、電極部直下の活性層における電流密度が高くなる。ここで、発光する窒化物半導体のＩｎ組成比が大きい緑色〜青色ＬＥＤでは、電流密度を増加させたときに、比較的低い電流密度において電気−光変換効率が飽和する傾向があるが、Ｉｎ組成の少ない紫色〜近紫外ＬＥＤ（典型的には、発光波長４２０ｎｍ以下のＬＥＤ）では、電流密度が増加しても電気−光変換効率の飽和が起こり難いため、開口部の面積比を大きくしたときに、電流密度の増大による電気−光変換効率の低下の影響よりも、光取り出し効率の増加の影響がより大きく現れる。従って、開口電極は、特に、発光波長が紫色〜近紫外領域にある窒化物ＬＥＤに適しており、かかるＬＥＤにおいては、開口部の好ましい面積比は５０％〜８０％となる。
開口電極のパターンは細かい方が、光取り出し効率が高くなる。パターンが細かいと、単位面積に含まれる電極部と開口部との境界線の長さが長くなるが、該境界線近傍の電極部の下方で生じた光は、開口部から素子外に取り出され易いためである。従って、開口電極のパターンは、当該電極の任意の２０μｍ四方の領域を見たときに、該領域内に電極部と開口部とが少なくとも含まれるように形成することが好ましい。
なお、前述のように、活性層のうち電流が流れる領域は、実質的に電極部の直下のみであるため、開口部の面積比が高くなると、電極部直下の活性層における電流密度が高くなる。ここで、発光する窒化物半導体のＩｎ組成比が大きい緑色〜青色ＬＥＤでは、電流密度を増加させたときに、比較的低い電流密度において電気−光変換効率が飽和する傾向があるが、Ｉｎ組成の少ない紫色〜近紫外ＬＥＤ（典型的には、発光波長４２０ｎｍ以下のＬＥＤ）では、電流密度が増加しても電気−光変換効率の飽和が起こり難いため、開口部の面積比を大きくしたときに、電流密度の増大による電気−光変換効率の低下の影響よりも、光取り出し効率の増加の影響がより大きく現れる。従って、開口電極は、特に、発光波長が紫色〜近紫外領域にある窒化物ＬＥＤに適しており、かかるＬＥＤにおいては、開口部の好ましい面積比は５０％〜８０％となる。
ＬＥＤ１０において、活性層１４で発生する光をサファイア基板側１１から素子外部に取り出す構成を採用する場合には、ｐ側電極Ｐ１２を開口電極としない方がよい。
ｐ側電極Ｐ１２を多層膜構造とする場合、図３に示すように、Ａｌからなる反射層Ｐ１２３の上に、バリア層Ｐ１２２、Ａｕからなる表面層Ｐ１２１が積層された、３種類の層を含む構造とすることが好ましい。
Ａｕからなる表面層Ｐ１２１は、耐食性に優れるために、電極全体の化学的な保護層となる。また、Ａｌからなる反射層Ｐ１２３の表面には酸化膜が形成されるために、ＬＥＤをフリップチップボンディングする場合や、後述する態様においてｐ側電極Ｐ１２と支持基板とを接合する場合に用いられるろう材（Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ共晶ハンダ等）との濡れ性が良くないが、Ａｕからなる表面層Ｐ１２１を形成することにより、この問題が改善される。また、ｐ側電極Ｐ１２上にワイヤボンディング用のパッド電極を形成するときの、ｐ側電極Ｐ１２とパッド電極との接合性も良好となる。
Ａｕからなる表面層Ｐ１２１は、耐食性に優れるために、電極全体の化学的な保護層となる。また、Ａｌからなる反射層Ｐ１２３の表面には酸化膜が形成されるために、ＬＥＤをフリップチップボンディングする場合や、後述する態様においてｐ側電極Ｐ１２と支持基板とを接合する場合に用いられるろう材（Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ共晶ハンダ等）との濡れ性が良くないが、Ａｕからなる表面層Ｐ１２１を形成することにより、この問題が改善される。また、ｐ側電極Ｐ１２上にワイヤボンディング用のパッド電極を形成するときの、ｐ側電極Ｐ１２とパッド電極との接合性も良好となる。
バリア層Ｐ１２２は、表面層Ｐ１２１を設ける場合に、表面層Ｐ１２１のＡｕが反射層Ｐ１２３に拡散して合金化し、ｐ側コンタクト層との接触抵抗が上昇したり、反射性が低下することを抑制するための層で、Ａｕよりも高融点の金属が用いられる。バリア層に用いることのできる金属としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｍｏ（モリブデン）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ、Ｉｒ（イリジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｎｉ等の単体または合金が例示される。バリア層Ｐ１２２は上記金属からなる単層膜または多層膜とすることができる。バリア層Ｐ１２２を、Ａｕより高融点の金属からなる層とＡｕ層とを交互に積層した多層膜としてもよく、例えば、Ｐｔ層とＡｕ層とを交互に積層した多層膜が好ましいバリア層Ｐ１２２の態様のひとつとして挙げられる。
バリア層Ｐ１２２の好ましい厚さは１０ｎｍ〜３００ｎｍであり、表面層Ｐ１２１の好ましい厚さは、５０ｎｍ〜２０００ｎｍである。
バリア層Ｐ１２２の好ましい厚さは１０ｎｍ〜３００ｎｍであり、表面層Ｐ１２１の好ましい厚さは、５０ｎｍ〜２０００ｎｍである。
反射層を形成するＡｌと、窒化物半導体との熱膨張係数差が大きいために、電極の接触抵抗を低下させるための熱処理時等、ｐ側電極Ｐ１２の形成後に素子の昇温・降温サイクルが行われると、ストレスの発生によって、反射層にボイドやヒロック等の変形が生じる傾向がある。上述のように、ｐ側電極Ｐ１２はｐ側コンタクト層１６のほぼ全面に設けることが好ましいが、このとき、反射層と窒化物半導体との接触面積が大きくなるので、この変形の問題はより深刻となる。
この問題を抑制するひとつの方法として、反射層を、耐熱性が純Ａｌよりも高められたＡｌ合金で形成することが好ましい。好ましいＡｌ合金としては、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｃｕ合金等が例示される。
これらのＡｌ合金膜の形成方法は、従来公知の方法を参照してよく、合金スパッタリングや、各成分金属の単体からなる薄膜を積層した後、熱処理を行う方法が、例示される。例えば、Ａｌ−Ｔｉ合金膜は、蒸着によってＡｌ膜とＴｉ膜の積層膜を形成した後、４００℃以上で熱処理することによって得ることができる。
合金の組成は、Ａｌ合金膜の反射率が純Ａｌ膜の反射率の９０％以上となるように、また、Ａｌの電気特性が大きく変化しない範囲で定めることが望ましい。
この問題を抑制するひとつの方法として、反射層を、耐熱性が純Ａｌよりも高められたＡｌ合金で形成することが好ましい。好ましいＡｌ合金としては、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｃｕ合金等が例示される。
これらのＡｌ合金膜の形成方法は、従来公知の方法を参照してよく、合金スパッタリングや、各成分金属の単体からなる薄膜を積層した後、熱処理を行う方法が、例示される。例えば、Ａｌ−Ｔｉ合金膜は、蒸着によってＡｌ膜とＴｉ膜の積層膜を形成した後、４００℃以上で熱処理することによって得ることができる。
合金の組成は、Ａｌ合金膜の反射率が純Ａｌ膜の反射率の９０％以上となるように、また、Ａｌの電気特性が大きく変化しない範囲で定めることが望ましい。
また、本発明者等が見出したところによれば、ｐ側電極Ｐ１２を表面層Ｐ１２１、バリア層Ｐ１２２、反射層Ｐ１２３からなる３層構造とした場合、反射層Ｐ１２３の厚さを７０ｎｍ以下とすると、電極膜を熱処理したときのヒロックやボイドの発生が極めて効果的に抑制される。従って、ｐ側電極Ｐ１２をこの３層構造とする場合には、反射層Ｐ１２３の厚さを７０ｎｍ以下とすることが好ましい。
Ａｌからなる反射層と窒化物半導体との熱膨張係数差に起因するストレスの問題は、ｐ側電極Ｐ１２を比較的細かいパターンを有する開口電極とした場合には、開口部ではストレスが発生しないことと、電極部で発生したストレスの伝播が開口部で遮断されることによって、軽減される。そこで、ｐ側電極Ｐ１２を開口電極とする必要がない場合であっても、Ａｌからなる反射層を開口電極のようなパターン、すなわち、ｐ側コンタクト層１６上に反射層が存在する反射層部と、反射層が存在しない無反射層部とからなるパターンに形成することで、開口電極の場合と同様に、このストレスの問題を軽減することができる。ここで、ｐ側電極Ｐ１２を多層膜構造とする場合には、Ａｌからなる反射層Ｐ１２３のみを、反射層部と無反射層部とからなるパターンに形成し、その上のバリア層Ｐ１２２や表面層Ｐ１２１にはパターンを設けなくてもよいし、あるいは、バリア層Ｐ１２２や表面層Ｐ１２１も、反射層Ｐ１２３と同じパターンに形成するようにしてもよい。
反射層部と無反射層部とからなるパターンの形状は、上述の、開口電極のパターンに準じてよいが、無反射層部は電極として働き、かつ高反射性のＡｌ層が存在しない部分となるため、その面積をできる限り小さくすることが好ましい。ただし、無反射層部に、Ａｌよりも更に反射性の良好なＡｇからなる反射膜を形成してもよく、その場合は、無反射層部の面積を反射層部の面積と同等または同等以上にしてもよい。
好ましいパターンは、反射層部が、面積１０００μｍ２以下の孤立した断片に分割されるパターンである。この場合、各断片が給電され得るように、ｐ側電極Ｐ１２を多層膜構造として、バリア層および／または表面層が各断片を電気的に接続するようにするか、透明導電膜を積層して、各断片を電気的に接続するようにする。
反射層部と無反射層部とからなるパターンの形状は、上述の、開口電極のパターンに準じてよいが、無反射層部は電極として働き、かつ高反射性のＡｌ層が存在しない部分となるため、その面積をできる限り小さくすることが好ましい。ただし、無反射層部に、Ａｌよりも更に反射性の良好なＡｇからなる反射膜を形成してもよく、その場合は、無反射層部の面積を反射層部の面積と同等または同等以上にしてもよい。
好ましいパターンは、反射層部が、面積１０００μｍ２以下の孤立した断片に分割されるパターンである。この場合、各断片が給電され得るように、ｐ側電極Ｐ１２を多層膜構造として、バリア層および／または表面層が各断片を電気的に接続するようにするか、透明導電膜を積層して、各断片を電気的に接続するようにする。
ｎ側電極Ｐ１１には、Ａｌ／Ｔｉ積層電極の他にも、ｎ型窒化物半導体とオーミック接触する公知の電極を適宜採用し得る。Ａｌがｎ型窒化物半導体とオーミック接触することから、ｎ側電極Ｐ１１を、ｐ側電極Ｐ１２と同じ構造とすることもでき、その場合、製造の際にｎ側電極Ｐ１１とｐ側電極Ｐ１２を同時に形成することができるために工程数が削減できる他、フォトリソグラフィによる電極形状のパターニングに用いるフォトマスクの種類も減らすことができる。
図４は、本発明の第二の実施形態に係る窒化物ＬＥＤの断面構造を示す模式図である。このＬＥＤ２０は、導電性の支持基板２８を有しており、その支持基板２８の上に導電性接着層２７、ｐ側コンタクト層２６と接する部分にＡｌからなる反射層を含むｐ側電極Ｐ２２、ｎ型窒化物半導体からなる厚さ１５ｎｍ以下のｐ側コンタクト層２６、ｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層２５、窒化物半導体からなる活性層２４、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層２３、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層２２が順に積層されている。ｎ型コンタクト層２２の表面には、ｎ型窒化物半導体とオーミック接触する金属からなるｎ側電極Ｐ２１が形成されている。
ＬＥＤ２０は、ｎ側電極Ｐ２１とｐ側電極Ｐ２２とが、活性層２４を含む窒化物半導体の積層体を挟んで向かい合う対向電極構造を有している。ｐ側電極Ｐ２２への給電は、導電性の支持基板２８および導電性接着層２７を介して行われるが、支持基板２８に設けられる電極の図示は省略している。
ＬＥＤ２０は、次の工程により製造される。
［窒化物半導体層の成長（工程１）］
図５（ａ）に示すように、窒化物半導体結晶のエピタキシャル成長に使用可能な成長用基板２１の上に、必要に応じてバッファ層（図示せず）を介し、ｎ型コンタクト層２２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッド層２５、ｐ側コンタクト層２６を、順に成長する。ここで、成長用基板２１、バッファ層、ｎ型コンタクト層２２からｐ側コンタクト層２６までの窒化物半導体層の好ましい態様は、前述の、第一の実施形態の場合と同じである。
［窒化物半導体層の成長（工程１）］
図５（ａ）に示すように、窒化物半導体結晶のエピタキシャル成長に使用可能な成長用基板２１の上に、必要に応じてバッファ層（図示せず）を介し、ｎ型コンタクト層２２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッド層２５、ｐ側コンタクト層２６を、順に成長する。ここで、成長用基板２１、バッファ層、ｎ型コンタクト層２２からｐ側コンタクト層２６までの窒化物半導体層の好ましい態様は、前述の、第一の実施形態の場合と同じである。
［ｐ側電極の形成（工程２）］
図５（ｂ）に示すように、ｐ側コンタクト層２６の表面に、ｐ側コンタクト層２６と接する部分にＡｌからなる反射層を含むｐ側電極Ｐ２２を形成する。ｐ側電極Ｐ２２の好ましい態様は、前述の、第一の実施形態の場合と同じであるが、この態様では、開口電極とはしない。
図５（ｂ）に示すように、ｐ側コンタクト層２６の表面に、ｐ側コンタクト層２６と接する部分にＡｌからなる反射層を含むｐ側電極Ｐ２２を形成する。ｐ側電極Ｐ２２の好ましい態様は、前述の、第一の実施形態の場合と同じであるが、この態様では、開口電極とはしない。
［支持基板の接合（工程３）］
図５（ｃ）に示すように、ｐ側電極Ｐ２２の上に、導電性接着層２７を介して、導電性の支持基板２８を接合する。
導電性の支持基板としては、Ｃｕ−Ｗ基板、Ｃｕ−Ｍｏ基板、ＡｌＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板等が例示される。
導電性接着層２７の材料は、ｐ側電極Ｐ２２と支持基板２８とを接合できる材料であればよく、Ｉｎ、Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ共晶等のろう材、銀ペースト等の導電性接着剤が例示される。
ろう材を用いる場合には、ろう材と支持基板２８との接着性を高めるための金属層（Ｔｉ層、Ａｕ層等）を支持基板２８の表面に形成することができる。また、ろう材の成分が反射層中に拡散し、ｐ側電極Ｐ２２とｐ側コンタクト層２６との接触抵抗が上昇したり、反射層の反射性が低下することを防ぐために、反射層の上に、反射層および使用するろう材よりも高融点の金属からなる層を積層しておくことが好ましい。
特に、ＡｕやＡｕ−Ｓｎ共晶をろう材として用いる場合には、ｐ側電極Ｐ２２の表面をＡｕ層とすると濡れ性がよくなり、接着性が良好となるので、ｐ側電極Ｐ２２を、前述の第一の実施形態で説明した、Ａｌからなる反射層と、バリア層と、Ａｕからなる表面層とを積層した３層構造とすることが好ましい。
図５（ｃ）に示すように、ｐ側電極Ｐ２２の上に、導電性接着層２７を介して、導電性の支持基板２８を接合する。
導電性の支持基板としては、Ｃｕ−Ｗ基板、Ｃｕ−Ｍｏ基板、ＡｌＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板等が例示される。
導電性接着層２７の材料は、ｐ側電極Ｐ２２と支持基板２８とを接合できる材料であればよく、Ｉｎ、Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ共晶等のろう材、銀ペースト等の導電性接着剤が例示される。
ろう材を用いる場合には、ろう材と支持基板２８との接着性を高めるための金属層（Ｔｉ層、Ａｕ層等）を支持基板２８の表面に形成することができる。また、ろう材の成分が反射層中に拡散し、ｐ側電極Ｐ２２とｐ側コンタクト層２６との接触抵抗が上昇したり、反射層の反射性が低下することを防ぐために、反射層の上に、反射層および使用するろう材よりも高融点の金属からなる層を積層しておくことが好ましい。
特に、ＡｕやＡｕ−Ｓｎ共晶をろう材として用いる場合には、ｐ側電極Ｐ２２の表面をＡｕ層とすると濡れ性がよくなり、接着性が良好となるので、ｐ側電極Ｐ２２を、前述の第一の実施形態で説明した、Ａｌからなる反射層と、バリア層と、Ａｕからなる表面層とを積層した３層構造とすることが好ましい。
［成長用基板の除去（工程４）］
図５（ｄ）に示すように、成長用基板２１を除去する。除去の方法としては、例えば、次の方法が挙げられる。
（ア）研削および／または研磨によって成長用基板２１を摩滅させる。
（イ）エッチングによって成長用基板２１を分解または溶解する。
（ウ）窒化物半導体層を成長させるときに、成長用基板２１および窒化物半導体とは異なる材料からなる層を、成長用基板２１とｎ型コンタクト層２２との間に形成しておき、その層をエッチングにより分解または溶解することにより、成長用基板２１とｎ型コンタクト層２２との界面で剥離を生ぜしめる。かかる層は、バッファ層であってもよい。
（エ）レーザ光の照射によって、成長用基板２１に接するｎ型コンタクト層２２の表面を分解し、成長用基板２１とｎ型コンタクト層２２との界面で剥離を生ぜしめる。
上記（ア）の方法については特開２０００−２７７８０４号公報等、上記（イ）の方法については特開２００３−３０９２８９号公報等、上記（ウ）の方法については特開平１１−３５３９７号公報等、上記（エ）の方法については、特開２００４−８７７７５号公報等を参照することができる。
図５（ｄ）に示すように、成長用基板２１を除去する。除去の方法としては、例えば、次の方法が挙げられる。
（ア）研削および／または研磨によって成長用基板２１を摩滅させる。
（イ）エッチングによって成長用基板２１を分解または溶解する。
（ウ）窒化物半導体層を成長させるときに、成長用基板２１および窒化物半導体とは異なる材料からなる層を、成長用基板２１とｎ型コンタクト層２２との間に形成しておき、その層をエッチングにより分解または溶解することにより、成長用基板２１とｎ型コンタクト層２２との界面で剥離を生ぜしめる。かかる層は、バッファ層であってもよい。
（エ）レーザ光の照射によって、成長用基板２１に接するｎ型コンタクト層２２の表面を分解し、成長用基板２１とｎ型コンタクト層２２との界面で剥離を生ぜしめる。
上記（ア）の方法については特開２０００−２７７８０４号公報等、上記（イ）の方法については特開２００３−３０９２８９号公報等、上記（ウ）の方法については特開平１１−３５３９７号公報等、上記（エ）の方法については、特開２００４−８７７７５号公報等を参照することができる。
［ｎ側電極の形成（工程５）］
図５（ｅ）に示すように、上記工程４で露出されたｎ型コンタクト層２２の表面にｎ側電極Ｐ２１を形成する。なお、ｎ側電極Ｐ２１を形成する前に、必要に応じて、研磨やエッチングによりｎ型コンタクト層２２の表面を平坦化したり、該表面に付着または残留する異物の除去を行う。ｎ側電極Ｐ２１としては、ｎ型窒化物半導体とオーミック接触する公知の電極を適宜採用し得る。
図５（ｅ）に示すように、上記工程４で露出されたｎ型コンタクト層２２の表面にｎ側電極Ｐ２１を形成する。なお、ｎ側電極Ｐ２１を形成する前に、必要に応じて、研磨やエッチングによりｎ型コンタクト層２２の表面を平坦化したり、該表面に付着または残留する異物の除去を行う。ｎ側電極Ｐ２１としては、ｎ型窒化物半導体とオーミック接触する公知の電極を適宜採用し得る。
上記工程１において、成長用基板２１とｎ型コンタクト層２２との間に、ｎ型コンタクト層２２およびその上に成長する層の結晶品質を良くするために、アンドープＧａＮ層や歪超格子層を形成してもよい。その場合には、上記工程３で成長用基板２１を除去した後、研削、研磨、エッチング等によってこれらアンドープＧａＮ層や歪超格子層の全部または一部を除去してｎ型コンタクト層２２を露出させたうえで、ｎ側電極Ｐ２１の形成を行う。
上記工程３において、支持基板２８を接合する代わりに、ｐ側電極Ｐ２２を陰極として電解メッキを行ったり、あるいは、蒸着、無電解メッキ、ＣＶＤ、スパッタ等の方法を用いて、ｐ側電極Ｐ２２の表面上に厚さ１０μｍ以上の金属膜を形成し、該金属膜を支持基板２８としてもよい。この方法については、特開２００４−４７７０４号公報、特開２００４−８８０８３号公報等を参照することができる。
上記工程３において、支持基板２１の代わりに一時的保持材をｐ側電極Ｐ２２に接合し、更に、工程５でｎ側電極Ｐ２１をｎ型コンタクト層２２の全面に形成するとともに、そのｎ型コンタクト層に導電性接着層２７を介して導電性の支持基板２８を接着し、最後に上記一時的保持材を除去してもよい。この方法により得られるＬＥＤ３０の構造を図６に示す。なお、この態様では、光取り出し方向がｐ側コンタクト層３６側となるので、ｐ側電極Ｐ３２は開口電極とする。
図４のＬＥＤ２０において、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層２２は導電性が比較的高いために、上面形状が方形のチップを例にすると、サイズが３００μｍ〜５００μｍ角程度までであれば、ｎ側電極Ｐ２１をｎ型コンタクト層２２の表面全体に広げて設ける必要がなく、その面積を小さくして、ｎ型コンタクト層２２の表面の一部にのみ設けることができる。そのため、活性層２４で発生される光をｎ型コンタクト層２２を通して素子外部に取り出す構成が、光取り出し効率の点で有利な構成となる。このとき、ｎ型コンタクト層２２の表面にエッチング等の方法によって光散乱効果を有する凹凸を形成すると、更に光取り出し効率を向上させることができる。
一方、チップのサイズが５００μｍ角を越えると、ｎ型コンタクト層２２の中で電流が一様に広がり難くなり、活性層の発光強度に面内ムラが生じる傾向がある。しかし、ｎ型コンタクト層２２の導電性を高くしようとして、その厚さを厚くすると、基板の種類や厚さにもよるが、窒化物半導体と基板との熱膨張係数差によってウエハが著しく反るために、前述の方法により製造することが困難となる。従って、５００μｍ角を越える大サイズのチップでのこの問題を解決するには、ｎ側電極Ｐ２１を開口電極や透明電極としたり、透明導電膜からなる電極とし、ｎ型コンタクト層２２の表面に広がるように形成することが好ましい。
一方、チップのサイズが５００μｍ角を越えると、ｎ型コンタクト層２２の中で電流が一様に広がり難くなり、活性層の発光強度に面内ムラが生じる傾向がある。しかし、ｎ型コンタクト層２２の導電性を高くしようとして、その厚さを厚くすると、基板の種類や厚さにもよるが、窒化物半導体と基板との熱膨張係数差によってウエハが著しく反るために、前述の方法により製造することが困難となる。従って、５００μｍ角を越える大サイズのチップでのこの問題を解決するには、ｎ側電極Ｐ２１を開口電極や透明電極としたり、透明導電膜からなる電極とし、ｎ型コンタクト層２２の表面に広がるように形成することが好ましい。
［実施例１］
直径２インチのＣ面サファイア基板をＭＯＶＰＥ装置に装着し、水素雰囲気下で１１００℃まで昇温し、表面のサーマルクリーニングを行った。その後、温度を３３０℃まで下げ、３族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、５族原料としてアンモニアを用いて、厚さ２０ｎｍのＡｌＧａＮ低温バッファ層を成長させた。なお、このＡｌＧａＮ低温バッファ層の成長以降、窒化物半導体層の成長時にはサブフローガスとしてＭＯＶＰＥ装置内に窒素ガスを供給し、３族原料および５族原料のキャリアガスには水素ガスを用いた。
続いて１０００℃に昇温し、原料としてＴＭＧ、アンモニアを供給し、アンドープＧａＮ層を２μｍ成長させた後、更にシランを供給し、ＳｉドープＧａＮからなる厚さ３μｍのｎ型クラッド層（ｎ型コンタクト層を兼用）を成長させた。
続いて、温度を８００℃に低下させた後、ＧａＮ障壁層と、Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ井戸層（発光波長３８０ｎｍ）を各６層交互に積層してなる多重量子井戸構造の活性層を形成した。井戸層成長時のＩｎ原料にはトリメチルインジウムを用いた。
次に、成長温度を１０００℃に昇温して、Ｍｇ原料としてのビス（エチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）、およびＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを供給し、Ｍｇ濃度が８×１０１９ｃｍ−３のｐ型ＡｌＧａＮからなる第一のｐ型クラッド層を３０ｎｍ成長させた。その後、ＴＭＡの供給を停止して、Ｍｇ濃度が８×１０１９ｃｍ−３のｐ型ＧａＮからなる第二のｐ型クラッド層を１５０ｎｍ成長させた。
次に、ＥｔＣｐ２Ｍｇを停止し、シラン、ＴＭＧ、アンモニアを供給して、Ｓｉ濃度が５×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ側コンタクト層を成長させた。
ｐ側コンタクト層の成長完了後、加熱を停止するとともに、ＴＭＧ、アンモニアの供給を停止し、窒素雰囲気で室温まで自然放冷した。
このようにして発光波長３８０ｎｍの近紫外ＬＥＤ構造が形成されたウエハを得た。
直径２インチのＣ面サファイア基板をＭＯＶＰＥ装置に装着し、水素雰囲気下で１１００℃まで昇温し、表面のサーマルクリーニングを行った。その後、温度を３３０℃まで下げ、３族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、５族原料としてアンモニアを用いて、厚さ２０ｎｍのＡｌＧａＮ低温バッファ層を成長させた。なお、このＡｌＧａＮ低温バッファ層の成長以降、窒化物半導体層の成長時にはサブフローガスとしてＭＯＶＰＥ装置内に窒素ガスを供給し、３族原料および５族原料のキャリアガスには水素ガスを用いた。
続いて１０００℃に昇温し、原料としてＴＭＧ、アンモニアを供給し、アンドープＧａＮ層を２μｍ成長させた後、更にシランを供給し、ＳｉドープＧａＮからなる厚さ３μｍのｎ型クラッド層（ｎ型コンタクト層を兼用）を成長させた。
続いて、温度を８００℃に低下させた後、ＧａＮ障壁層と、Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ井戸層（発光波長３８０ｎｍ）を各６層交互に積層してなる多重量子井戸構造の活性層を形成した。井戸層成長時のＩｎ原料にはトリメチルインジウムを用いた。
次に、成長温度を１０００℃に昇温して、Ｍｇ原料としてのビス（エチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）、およびＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを供給し、Ｍｇ濃度が８×１０１９ｃｍ−３のｐ型ＡｌＧａＮからなる第一のｐ型クラッド層を３０ｎｍ成長させた。その後、ＴＭＡの供給を停止して、Ｍｇ濃度が８×１０１９ｃｍ−３のｐ型ＧａＮからなる第二のｐ型クラッド層を１５０ｎｍ成長させた。
次に、ＥｔＣｐ２Ｍｇを停止し、シラン、ＴＭＧ、アンモニアを供給して、Ｓｉ濃度が５×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ側コンタクト層を成長させた。
ｐ側コンタクト層の成長完了後、加熱を停止するとともに、ＴＭＧ、アンモニアの供給を停止し、窒素雰囲気で室温まで自然放冷した。
このようにして発光波長３８０ｎｍの近紫外ＬＥＤ構造が形成されたウエハを得た。
次に、このウエハの窒化物半導体層を成長させた側から、Ｃｌ２ガスを用いたＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）により、ｐ側コンタクト層、第二のｐ型クラッド層、第一のｐ型クラッド層、活性層の一部をエッチング除去し、ｎ型クラッド層を露出させた。
次に、ｐ側コンタクト層表面と、ＲＩＥ法で露出させたｎ型クラッド層の表面に、電子ビーム蒸着法によって、厚さ２０ｎｍのＡｌ層、厚さ５０ｎｍのＰｄ層、厚さ１００ｎｍのＡｕ層をこの順に積層した３層構造の電極を、同時に形成した。
ここで、ｐ側コンタクト層表面に設けたｐ側電極は、フォトリソグラフィ技術を用いて図２（Ａ）に示すような格子状パターンに形成した。この格子状パターンは、一辺６μｍの正方形の開口部（ｐ側コンタクト層の表面が露出した部分）が、縦横とも間隔２μｍで正方行列状に配列したパターン、即ち、直交する２方向について、幅２μｍの電極部と、幅６μｍの開口部が交互に繰り返される、直交網目状パターンとした。
ここで、ｐ側コンタクト層表面に設けたｐ側電極は、フォトリソグラフィ技術を用いて図２（Ａ）に示すような格子状パターンに形成した。この格子状パターンは、一辺６μｍの正方形の開口部（ｐ側コンタクト層の表面が露出した部分）が、縦横とも間隔２μｍで正方行列状に配列したパターン、即ち、直交する２方向について、幅２μｍの電極部と、幅６μｍの開口部が交互に繰り返される、直交網目状パターンとした。
続いて、ｐ側電極およびｎ側電極の上に、電子ビーム蒸着法により、厚さ３０ｎｍのＴｉ層、厚さ３００ｎｍのＡｕ層をこの順に積層した、ワイヤボンディング用のパッド電極を形成した。その後、ＲＴＡ（ラピッドサーマルアニール）装置を用いて、このウエハに５００℃×５分間の熱処理を施した。最後に、サファイア基板の裏面を厚さ９０μｍとなるまで研磨し、通常のスクライビングおよびブレーキングによって素子分離を行い、３５０ｍｍ角のＬＥＤチップを得た。
上記手順で作製したＬＥＤチップをステム台にダイボンドした後、ワイヤボンディングにより通電可能な状態とし、素子特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．０ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．３Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
［実施例２］
実施例１において、ｎ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層の厚さを１０ｎｍとする以外、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価した。
評価の結果、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．０ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．６Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例１において、ｎ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層の厚さを１０ｎｍとする以外、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価した。
評価の結果、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．０ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．６Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
［実施例３］
実施例１において、ｎ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層の厚さを１５ｎｍとする以外、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価した。
評価の結果、発光中心波長３８０ｎｍ、出力３．９ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧４．０Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例１において、ｎ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層の厚さを１５ｎｍとする以外、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価した。
評価の結果、発光中心波長３８０ｎｍ、出力３．９ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧４．０Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
［比較例１］
実施例１において、ｎ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層の厚さを２０ｎｍとする以外、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価した。
評価の結果、発光中心波長３８０ｎｍ、出力３．７ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧５．５Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例１において、ｎ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層の厚さを２０ｎｍとする以外、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価した。
評価の結果、発光中心波長３８０ｎｍ、出力３．７ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧５．５Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
［比較例２］
実施例１において、ｎ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ側コンタクト層に代えて、Ｍｇ濃度が５×１０２０ｃｍ−３のｐ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ型コンタクト層を形成するとともに、ｐ側電極を厚さ２０ｎｍのＮｉ層、厚さ１５０ｎｍのＡｕ層をこの順に積層した２層構造とする以外、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価した。
評価の結果、発光中心波長３８０ｎｍ、出力３．２ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．２Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
比較例２のＬＥＤチップは、順方向電圧が実施例１のＬＥＤチップと同レベルであったが、出力が実施例１のＬＥＤチップと比較して低下した。その理由は、ｐ側電極として用いたＮｉ／Ａｕ電極の近紫外波長における光反射性がＡｌ／Ｐｄ／Ａｕ電極より低いことと、Ｍｇ濃度が高いｐ型コンタクト層の光吸収が大きいためであると考えられる。
実施例１において、ｎ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ側コンタクト層に代えて、Ｍｇ濃度が５×１０２０ｃｍ−３のｐ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ型コンタクト層を形成するとともに、ｐ側電極を厚さ２０ｎｍのＮｉ層、厚さ１５０ｎｍのＡｕ層をこの順に積層した２層構造とする以外、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価した。
評価の結果、発光中心波長３８０ｎｍ、出力３．２ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．２Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
比較例２のＬＥＤチップは、順方向電圧が実施例１のＬＥＤチップと同レベルであったが、出力が実施例１のＬＥＤチップと比較して低下した。その理由は、ｐ側電極として用いたＮｉ／Ａｕ電極の近紫外波長における光反射性がＡｌ／Ｐｄ／Ａｕ電極より低いことと、Ｍｇ濃度が高いｐ型コンタクト層の光吸収が大きいためであると考えられる。
［実施例４］
実施例１において、第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３とする以外は、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．８ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３.３Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例４のＬＥＤチップは、順方向電圧が実施例１のＬＥＤチップと同じとなり、出力は実施例１のＬＥＤチップよりも向上した。その理由は、第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度を低くしたことにより、Ｍｇを高濃度にドープすることによって起こるｐ型窒化物半導体の光吸収が軽減されたためと考えられる。
実施例１において、第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３とする以外は、実施例１と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．８ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３.３Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例４のＬＥＤチップは、順方向電圧が実施例１のＬＥＤチップと同じとなり、出力は実施例１のＬＥＤチップよりも向上した。その理由は、第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度を低くしたことにより、Ｍｇを高濃度にドープすることによって起こるｐ型窒化物半導体の光吸収が軽減されたためと考えられる。
［比較例３］
実施例４において、ｎ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ側コンタクト層に代えて、Ｍｇ濃度が５×１０２０ｃｍ−３のｐ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ型コンタクト層を形成するとともに、ｐ側電極を厚さ２０ｎｍのＮｉ層、厚さ１５０ｎｍのＡｕ層をこの順に積層した２層構造とする以外、実施例４と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．０ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３.６Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
比較例３のＬＥＤチップは、出力が実施例４のＬＥＤチップよりは低いが、実施例１のＬＥＤチップとは同レベルとなった。実施例４のＬＥＤチップより出力が低くなった理由は、ｐ側電極として用いたＮｉ／Ａｕ電極の近紫外波長における光反射性がＡｌ／Ｐｄ／Ａｕ電極より低いことと、Ｍｇ濃度が高いｐ型コンタクト層の光吸収が大きいためと考えられる。
比較例３のＬＥＤチップの順方向電圧は、実施例１、実施例４や比較例２のＬＥＤチップと比較して高くなった。比較例２のＬＥＤチップと比べて順方向電圧が高い理由について、比較例３のＬＥＤチップは第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度が低いために、ｐ型コンタクト層から第二のｐ型クラッド層へのＭｇの拡散が著しくなり、ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度が低下した結果、Ｎｉ／Ａｕ電極との接触抵抗が増加したことが考えられる。
実施例４において、ｎ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ側コンタクト層に代えて、Ｍｇ濃度が５×１０２０ｃｍ−３のｐ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ型コンタクト層を形成するとともに、ｐ側電極を厚さ２０ｎｍのＮｉ層、厚さ１５０ｎｍのＡｕ層をこの順に積層した２層構造とする以外、実施例４と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．０ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３.６Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
比較例３のＬＥＤチップは、出力が実施例４のＬＥＤチップよりは低いが、実施例１のＬＥＤチップとは同レベルとなった。実施例４のＬＥＤチップより出力が低くなった理由は、ｐ側電極として用いたＮｉ／Ａｕ電極の近紫外波長における光反射性がＡｌ／Ｐｄ／Ａｕ電極より低いことと、Ｍｇ濃度が高いｐ型コンタクト層の光吸収が大きいためと考えられる。
比較例３のＬＥＤチップの順方向電圧は、実施例１、実施例４や比較例２のＬＥＤチップと比較して高くなった。比較例２のＬＥＤチップと比べて順方向電圧が高い理由について、比較例３のＬＥＤチップは第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度が低いために、ｐ型コンタクト層から第二のｐ型クラッド層へのＭｇの拡散が著しくなり、ｐ型コンタクト層のＭｇ濃度が低下した結果、Ｎｉ／Ａｕ電極との接触抵抗が増加したことが考えられる。
［実施例５］
実施例１において、ｐ側電極を開口部を有さない電極としたことと、パッド電極を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法でＬＥＤチップを作製した。作製したＬＥＤは、リード電極パターンが形成されたセラミックパッケージ上に、電極を形成した面が下側となるようにフリップチップボンディングした。ボンディング材料にはＡｕ−Ｓｎ共晶ハンダを用いた。
特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力６．２ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．２Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例１において、ｐ側電極を開口部を有さない電極としたことと、パッド電極を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法でＬＥＤチップを作製した。作製したＬＥＤは、リード電極パターンが形成されたセラミックパッケージ上に、電極を形成した面が下側となるようにフリップチップボンディングした。ボンディング材料にはＡｕ−Ｓｎ共晶ハンダを用いた。
特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力６．２ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．２Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
［比較例４］
実施例５において、ｎ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ側コンタクト層に代えて、Ｍｇ濃度が５×１０２０ｃｍ−３のｐ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ型コンタクト層を形成するとともに、ｐ側電極を厚さ２０ｎｍのＮｉ層、厚さ１５０ｎｍのＡｕ層をこの順に積層した２層構造とする以外、実施例５と同様の方法によりＬＥＤチップを作製してフリップチップボンディングし、特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．８ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３.２Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例５において、ｎ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ側コンタクト層に代えて、Ｍｇ濃度が５×１０２０ｃｍ−３のｐ型ＧａＮからなる厚さ５ｎｍのｐ型コンタクト層を形成するとともに、ｐ側電極を厚さ２０ｎｍのＮｉ層、厚さ１５０ｎｍのＡｕ層をこの順に積層した２層構造とする以外、実施例５と同様の方法によりＬＥＤチップを作製してフリップチップボンディングし、特性を評価したところ、発光中心波長３８０ｎｍ、出力４．８ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３.２Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
［実施例６］
実施例１において、活性層に含まれる井戸層の組成を変更し、発光波長が４０５ｎｍとなるようにしたこと以外、実施例１と同様にしてＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価したところ、出力５．２ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．３Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例１において、活性層に含まれる井戸層の組成を変更し、発光波長が４０５ｎｍとなるようにしたこと以外、実施例１と同様にしてＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価したところ、出力５．２ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．３Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
［実施例７］
実施例６において、第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３とする以外は、実施例６と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価したところ、、出力５．９ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．３Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例６との比較から、発光波長を４０５ｎｍとした場合においても、第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度を低くすることによって、出力が向上することが確認された。
実施例６において、第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３とする以外は、実施例６と同様の方法によりＬＥＤチップを作製し、素子特性を評価したところ、、出力５．９ｍＷ（２０ｍＡ通電時）、順方向電圧３．３Ｖ（２０ｍＡ通電時）であった。
実施例６との比較から、発光波長を４０５ｎｍとした場合においても、第二のｐ型クラッド層のＭｇ濃度を低くすることによって、出力が向上することが確認された。
１１ サファイア基板
１２ ｎ型コンタクト層
１３ ｎ型クラッド層
１４ 活性層
１５ ｐ型クラッド層
１６ ｐ側コンタクト層
Ｐ１１ ｎ側電極
Ｐ１２ ｐ側電極
１２ ｎ型コンタクト層
１３ ｎ型クラッド層
１４ 活性層
１５ ｐ型クラッド層
１６ ｐ側コンタクト層
Ｐ１１ ｎ側電極
Ｐ１２ ｐ側電極
Claims (25)
- ｎ型窒化物半導体層と、窒化物半導体からなる活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体からなる厚さ１５ｎｍ以下のｐ側コンタクト層とが、この順に積層された積層体と、
上記ｐ側コンタクト層に形成され、ｐ側コンタクト層に接する部分にＡｌからなる反射層を含むｐ側電極とを有し、
上記ｐ側コンタクト層は上記ｐ型窒化物半導体層に接して形成された、発光ダイオード。 - 上記ｐ側電極が上記反射層のみからなる、請求項１に記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ側電極が、上記反射層と、Ａｕからなる表面層と、上記反射層と上記表面層との間に形成され、Ａｕよりも融点の高い金属からなる層を含むバリア層とからなる、請求項１に記載の発光ダイオード。
- 上記反射層の厚さが７０ｎｍ以下である請求項３に記載の発光ダイオード。
- 上記反射層が、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｓｉ、Ｃｕから選ばれる１以上の金属を含むＡｌ合金からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ側電極が、上記ｐ側コンタクト層のほぼ全面に形成された、請求項１〜５のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ側電極が開口電極である、請求項１〜６のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記開口電極の開口部の面積比が５０％〜８０％であり、かつ、発光波長が紫色〜近紫外領域の波長である、請求項７に記載の発光ダイオード。
- 上記開口電極は、該開口電極の任意の２０μｍ四方の領域を見たときに、該領域内に電極部と開口部とが少なくとも含まれるパターンを有する、請求項７または８のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記開口電極の上に透明導電膜が積層された、請求項７〜９のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記反射層が、反射層部と無反射層部とからなるパターンに形成された、請求項１〜６のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記無反射層部にＡｇからなる反射膜が形成された、請求項１１に記載の発光ダイオード。
- 上記積層体が、窒化物半導体と異なる屈折率を有する材料からなり、表面に凹凸が形成された基板の上に形成された、請求項１〜１２のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記積層体が、導電性の基板に対して上記ｎ型窒化物半導体の側で接合された、請求項１〜１０のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記積層体が、導電性の基板に対して上記ｐ側コンタクト層の側で接合された、請求項１〜６、１１、１２のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ側コンタクト層が、上記ｐ型窒化物半導体層上に部分的に形成された、請求項１〜５のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ側コンタクト層の電子濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である、請求項１〜１６のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ側コンタクト層にｎ型不純物がドープされた、請求項１７に記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ側コンタクト層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる、請求項１〜１８のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ側コンタクト層が、上記活性層で発生される光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有するｎ型窒化物半導体からなる、請求項１〜１９のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ型窒化物半導体層には、Ｍｇが濃度１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲でドープされた、請求項１〜２０のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ型窒化物半導体層は、不純物濃度および／または窒化物半導体組成が厚さ方向に一様でない、請求項１〜２１のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 上記ｐ型窒化物半導体層はＭｇが濃度５×１０１９ｃｍ−３以下にドープされた部分を含み、かつ、発光波長が紫色〜近紫外領域の波長である、請求項２１または２２に記載の発光ダイオード。
- 上記発光波長が４２０ｎｍ以下である、請求項８または２３に記載の発光ダイオード。
- 上記積層体は上記ｎ型窒化物半導体層から順に成長された積層体であり、上記活性層と上記ｐ側コンタクト層の間に形成された窒化物半導体層の厚さと、上記ｐ側コンタクト層の厚さとの和が１５０ｎｍ以下である、請求項１〜２４のいずれかに記載の発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004276111A JP4457826B2 (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 窒化物半導体を用いた発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004276111A JP4457826B2 (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 窒化物半導体を用いた発光ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006093358A true JP2006093358A (ja) | 2006-04-06 |
| JP4457826B2 JP4457826B2 (ja) | 2010-04-28 |
Family
ID=36234038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004276111A Expired - Fee Related JP4457826B2 (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 窒化物半導体を用いた発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4457826B2 (ja) |
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007287851A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Toyoda Gosei Co Ltd | 光通信に用いる発光素子およびこれを用いた通信装置 |
| JP2008130799A (ja) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | Sharp Corp | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
| JP2008182069A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2008270805A (ja) * | 2007-04-16 | 2008-11-06 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2009141093A (ja) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Toshiba Corp | 発光素子及び発光素子の製造方法 |
| WO2009147976A1 (ja) * | 2008-06-03 | 2009-12-10 | 住友電気工業株式会社 | ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、赤外ＬＥＤ、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外ＬＥＤの製造方法 |
| JP2009289983A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光ダイオード |
| JP2010500780A (ja) * | 2006-08-11 | 2010-01-07 | ブリッジラックス・インク | 表面実装チップ |
| JPWO2008153068A1 (ja) * | 2007-06-15 | 2010-08-26 | ローム株式会社 | 窒化物系半導体装置およびその製造方法 |
| JP2010199365A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Kyocera Corp | 発光装置 |
| JP2011054598A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Toshiba Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| CN102280543A (zh) * | 2011-09-02 | 2011-12-14 | 华灿光电股份有限公司 | 一种带高反射作用的p型焊盘的发光二极管芯片制造方法 |
| JP2012019246A (ja) * | 2011-10-25 | 2012-01-26 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2012508971A (ja) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光放出素子及び該素子の製造方法 |
| JP2013070099A (ja) * | 2013-01-08 | 2013-04-18 | Toshiba Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP2013115254A (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-10 | Oki Data Corp | 半導体発光装置、画像形成装置および画像表示装置 |
| JP2013123008A (ja) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JP2013165252A (ja) * | 2012-01-13 | 2013-08-22 | Sharp Corp | 半導体発光素子及び電極成膜方法 |
| JP2014022530A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Nichia Chem Ind Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2015167248A (ja) * | 2011-05-18 | 2015-09-24 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| JP2018049949A (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | シャープ株式会社 | 窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子 |
| CN110854249A (zh) * | 2014-03-14 | 2020-02-28 | 晶元光电股份有限公司 | 发光元件 |
| CN113632248A (zh) * | 2019-03-28 | 2021-11-09 | 优志旺电机株式会社 | 红外led元件 |
| US11695099B2 (en) | 2009-06-25 | 2023-07-04 | Lumileds Llc | Contact for a semiconductor light emitting device |
| JP7463201B2 (ja) | 2020-06-18 | 2024-04-08 | 豊田合成株式会社 | 発光素子 |
-
2004
- 2004-09-22 JP JP2004276111A patent/JP4457826B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007287851A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Toyoda Gosei Co Ltd | 光通信に用いる発光素子およびこれを用いた通信装置 |
| JP2010500780A (ja) * | 2006-08-11 | 2010-01-07 | ブリッジラックス・インク | 表面実装チップ |
| JP2008130799A (ja) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | Sharp Corp | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
| JP2008182069A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2008270805A (ja) * | 2007-04-16 | 2008-11-06 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JP5579435B2 (ja) * | 2007-06-15 | 2014-08-27 | ローム株式会社 | 窒化物系半導体装置およびその製造方法 |
| JPWO2008153068A1 (ja) * | 2007-06-15 | 2010-08-26 | ローム株式会社 | 窒化物系半導体装置およびその製造方法 |
| JP2009141093A (ja) * | 2007-12-06 | 2009-06-25 | Toshiba Corp | 発光素子及び発光素子の製造方法 |
| US8361822B2 (en) | 2007-12-06 | 2013-01-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light-emitting device and method for producing light emitting device |
| JP2009289983A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光ダイオード |
| WO2009147976A1 (ja) * | 2008-06-03 | 2009-12-10 | 住友電気工業株式会社 | ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、赤外ＬＥＤ、ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ基板の製造方法、赤外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法および赤外ＬＥＤの製造方法 |
| CN102016136A (zh) * | 2008-06-03 | 2011-04-13 | 住友电气工业株式会社 | AlxGa(1-x)As衬底、红外LED用外延晶片、红外LED、制造AlxGa(1-x)As衬底的方法、制造红外LED用外延晶片的方法以及制造红外LED的方法 |
| JP2012508971A (ja) * | 2008-11-14 | 2012-04-12 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光放出素子及び該素子の製造方法 |
| JP2010199365A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Kyocera Corp | 発光装置 |
| US11695099B2 (en) | 2009-06-25 | 2023-07-04 | Lumileds Llc | Contact for a semiconductor light emitting device |
| JP2011054598A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Toshiba Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2015167248A (ja) * | 2011-05-18 | 2015-09-24 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| CN102280543A (zh) * | 2011-09-02 | 2011-12-14 | 华灿光电股份有限公司 | 一种带高反射作用的p型焊盘的发光二极管芯片制造方法 |
| JP2012019246A (ja) * | 2011-10-25 | 2012-01-26 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP2013115254A (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-10 | Oki Data Corp | 半導体発光装置、画像形成装置および画像表示装置 |
| JP2013123008A (ja) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| US9065018B2 (en) | 2012-01-13 | 2015-06-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device and method of forming electrode |
| JP2013165252A (ja) * | 2012-01-13 | 2013-08-22 | Sharp Corp | 半導体発光素子及び電極成膜方法 |
| US9263644B2 (en) | 2012-01-13 | 2016-02-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device and method of forming electrode |
| US9530938B2 (en) | 2012-01-13 | 2016-12-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device and method of forming electrode |
| JP2014022530A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Nichia Chem Ind Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2013070099A (ja) * | 2013-01-08 | 2013-04-18 | Toshiba Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| CN110854249A (zh) * | 2014-03-14 | 2020-02-28 | 晶元光电股份有限公司 | 发光元件 |
| JP2018049949A (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | シャープ株式会社 | 窒化アルミニウム系半導体深紫外発光素子 |
| CN113632248A (zh) * | 2019-03-28 | 2021-11-09 | 优志旺电机株式会社 | 红外led元件 |
| JP7463201B2 (ja) | 2020-06-18 | 2024-04-08 | 豊田合成株式会社 | 発光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4457826B2 (ja) | 2010-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4457826B2 (ja) | 窒化物半導体を用いた発光ダイオード | |
| JP3920315B2 (ja) | 窒化物系半導体発光素子 | |
| JP2006135311A (ja) | 窒化物半導体を用いた発光ダイオード | |
| US20080135868A1 (en) | Nitride Semiconductor Light Emitting Element and Method for Manufacturing the Same | |
| JP4592388B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体発光素子およびその製造方法 | |
| US9012888B2 (en) | Semiconductor light emitting device, wafer, method for manufacturing semiconductor light emitting device, and method for manufacturing wafer | |
| JP2006128227A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JPWO2006082687A1 (ja) | ＧａＮ系発光ダイオードおよび発光装置 | |
| JP2004281863A (ja) | 窒化物半導体素子及びその製造方法 | |
| JP2007157853A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2006156590A (ja) | 発光ダイオード | |
| JP2010205988A (ja) | 窒化物半導体素子及びその製造方法 | |
| JP2006080469A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| WO2010103752A1 (ja) | 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置 | |
| JP2007157852A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2007081368A (ja) | 窒化物系半導体発光素子 | |
| JP5557649B2 (ja) | 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置 | |
| JP4803302B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| KR20090115322A (ko) | 그룹 3족 질화물계 반도체 소자 | |
| JP4827706B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2005183592A (ja) | 半導体発光素子およびその製法 | |
| KR101534846B1 (ko) | 수직구조의 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자및 제조방법 | |
| JP2004221112A (ja) | 酸化物半導体発光素子 | |
| KR101459770B1 (ko) | 그룹 3족 질화물계 반도체 소자 | |
| JP2008187033A (ja) | 窒化物半導体発光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060328 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20080401 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090324 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090324 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090519 |
|
| RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20090519 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090728 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091021 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20091104 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100119 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100201 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130219 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |