JP2008091862A - 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】透明導電体と、透明導電体上に順次積層された、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層と、を含む、窒化物半導体発光素子である。また、第1透明導電体と、第1透明導電体上に順次積層された、金属層と、第2透明導電体と、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層と、を含む、窒化物半導体発光素子である。また、これらの窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【選択図】図1
【解決手段】透明導電体と、透明導電体上に順次積層された、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層と、を含む、窒化物半導体発光素子である。また、第1透明導電体と、第1透明導電体上に順次積層された、金属層と、第2透明導電体と、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層と、を含む、窒化物半導体発光素子である。また、これらの窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【選択図】図1
Description
本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関し、特に、製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
窒化物半導体は、たとえばInaGabAlcN(ただし、a+b+c=1、0≦a<1、0<b≦1、0≦c<1)の組成式で表わされ、大きなエネルギバンドギャップおよび高い熱安定性を有している。また、窒化物半導体は、その組成を調節することによってバンドギャップ幅を制御することも可能である。したがって、窒化物半導体は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの窒化物半導体発光素子ならびに高温デバイスをはじめとして様々な半導体デバイスに応用可能な材料として期待されている。
なかでも、窒化物半導体を用いた発光ダイオードでは、青色光から緑色光の波長域で数cd級の光度を有するものが既に開発されて実用化されている。また、大容量の光ディスクメディアに対するピックアップ用光源として、窒化物半導体を用いたレーザダイオードの実用化が研究開発の目標になりつつある。
たとえば、特許文献1には、上下電極構造を有する従来の窒化物半導体発光素子の一例が開示されている。この従来の窒化物半導体発光素子においては、図21の模式的断面図に示すように、正電極層107が形成されたp型GaAsからなる導電性基板100上に、第1オーミック電極層102と第2オーミック電極層101とが形成され、その上にp型窒化物半導体層103、発光層104およびn型窒化物半導体層105がこの順序で積層された窒化物半導体層積層構造体108が形成されている。そして、n型窒化物半導体層105上に負電極層106が形成されている。
この従来の窒化物半導体発光素子は、導電性基板100上に形成された第1オーミック電極層102とサファイア基板(図示せず)上に積層された窒化物半導体層積層構造体108上に形成された第2オーミック電極層101とを加熱圧着により接合し、その後、サファイア基板を除去することによって形成されている。
特開平9−8403号公報
しかしながら、第1オーミック電極層102と第2オーミック電極層101とを介して大面積の導電性基板100の全面を窒化物半導体層積層構造体108の全面と加熱圧着により接合するに際して、これらの全面を均一に加熱および圧着することは困難であった。そのため、導電性基板100と窒化物半導体層積層構造体108との密着性が弱く、これら両者の全面が剥がれてしまうという問題があった。
また、導電性基板100と第1オーミック電極層102との密着性も弱いために、導電性基板100が第1オーミック電極層102からすべてまたは部分的に剥がれてしまうという問題があった。
導電性基板100が第1オーミック電極層102からすべて剥がれた場合には、サファイア基板を除去することができないため、窒化物半導体発光素子を作製することができないという問題があった。
また、導電性基板100が第1オーミック電極層102から部分的に剥がれた場合には、窒化物半導体発光素子に注入された電流が窒化物半導体層積層構造体108と導電性基板100との間にうまく流れないために動作電圧が大きくなり、それによって窒化物半導体発光素子の信頼性が悪化するという問題があった。
また、導電性基板100が第1オーミック電極層102から部分的に剥がれた場合には、ウエハから個々の窒化物半導体発光素子に切断して分割する際に、導電性基板100が第1オーミック電極層102との間で剥がれが生じるという問題があり、製造歩留まりを低下させる原因となっていた。
また、導電性基板100が第1オーミック電極層102から部分的に剥がれた場合には、製造プロセス中に、導電性基板100と第1オーミック電極層102との間に溶剤、レジストまたはエッチング液が染み込み、たとえば窒化物半導体発光素子をランプに適用する場合には、樹脂または水分などがこの剥がれた部分から入り込んで剥がれを拡大して、第1オーミック電極層102または第2オーミック電極層101を破壊することがあった。これにより、窒化物半導体発光素子の信頼性が悪化するという問題があった。
さらに、たとえば負電極層106にAuワイヤをボンディングする場合に、導電性基板100と第1オーミック電極層102との密着性が悪いと、これらの間で剥がれが発生し、動作電圧が上昇するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
本発明は、透明導電体と、透明導電体上に順次積層された、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層と、を含む、窒化物半導体発光素子である。
ここで、本発明の窒化物半導体発光素子において、透明導電体は、インジウム錫酸化物(インジウムと錫との複合酸化物:以下、「ITO」ということもある)、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物(カドミウムとインジウムとの複合酸化物)、カドミウム錫酸化物(カドミウムと錫との複合酸化物)、亜鉛錫酸化物(亜鉛と錫との複合酸化物)、インジウム亜鉛酸化物(インジウムと亜鉛との複合酸化物)、マグネシウムインジウム酸化物(マグネシウムとインジウムとの複合酸化物)、カルシウムガリウム酸化物(カルシウムとガリウムとの複合酸化物)、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを含むことが好ましい。
また、本発明は、第1透明導電体と、第1透明導電体上に順次積層された、金属層と、第2透明導電体と、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層と、を含む、窒化物半導体発光素子である。
ここで、本発明の窒化物半導体発光素子において、第2導電型窒化物半導体層の表面が凹凸を有していることが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、第2透明導電体の厚さは、第1透明導電体の厚さよりも薄いことが好ましい。なお、本発明において、「厚さ」とは、窒化物半導体層の成長方向の厚さのことをいうことは言うまでもない。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、第1透明導電体および第2透明導電体の少なくとも一方が、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを含むことが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、第2透明導電体の金属層側の表面が凹凸を有していることが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、第2透明導電体の金属層側の表面がディンプルを有していることが好ましい。なお、本発明において、「ディンプル」とは、曲面状の窪みのことをいう。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、金属層は、接着金属層、バリア金属層および反射金属層からなる群から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。なお、本発明において、「接着金属層」とは、接着金属層を挟んだ両側に位置する層間の剥離を接着金属層を形成しない場合と比べて抑制することができる機能を有する層のことをいう。また、本発明において、「バリア金属層」とは、バリア金属層を挟んだ両側に位置する層間の原子の移動をバリア金属層を形成しない場合と比べて抑制することができる機能を有する層のことをいう。また、本発明において、「反射金属層」とは、発光層からの光の少なくとも一部を反射する機能を有する層のことをいう。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、接着金属層は、クロムまたはクロム合金(クロムとクロム以外の1種以上の金属との合金)を含むことが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、バリア金属層は、ニッケル、チタン、ニッケル−チタン合金または白金を含むことが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、反射金属層は、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、銀−ネオジム合金(銀とネオジムの合金)、銀−ネオジム−銅合金(銀とネオジムと銅の合金)、銀−パラジウム合金(銀とパラジウムの合金)、銀−パラジウム−銅合金(銀とパラジウムと銅の合金)、銀−ビスマス合金(銀とビスマスの合金)および銀−ネオジム−金合金(銀とネオジムと金の合金)からなる群から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、第1透明導電体側をマウント面とすることができる。
また、本発明の窒化物半導体発光素子において、第1導電型窒化物半導体層はマグネシウムを含んでいてもよく、第2導電型窒化物半導体層はケイ素を含んでいてもよい。
また、本発明は、上記の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、基板上に第2導電型窒化物半導体層、発光層およびマグネシウムを含む第1導電型窒化物半導体層をこの順序で積層する工程と、第1導電型窒化物半導体層上に透明導電体を形成する工程と、透明導電体を500℃以上の温度に10分間以上加熱する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法である。
ここで、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、透明導電体は、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを含むことが好ましい。
また、本発明は、上記の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、基板上に第2導電型窒化物半導体層、発光層およびマグネシウムを含む第1導電型窒化物半導体層をこの順序で積層する工程と、第1導電型窒化物半導体層上に第2透明導電体を形成する工程と、第2透明導電体を500℃以上の温度に10分間以上加熱する工程と、加熱後に、金属層を形成する工程と、第1透明導電体を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法である。
また、本発明は、上記の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、基板上に第2導電型窒化物半導体層、発光層およびマグネシウムを含む第1導電型窒化物半導体層をこの順序で積層する工程と、第1導電型窒化物半導体層上に第2透明導電体を形成する工程と、第2透明導電体を500℃以上の温度に10分間以上加熱する工程と、加熱後に、第2透明導電体の表面に凹凸を形成する工程と、金属層を形成する工程と、第1透明導電体を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法である。
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、第1透明導電体および第2透明導電体の少なくとも一方が、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを含むことが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法において、基板は、サファイア、砒化ガリウム、リン化ガリウム、シリコンおよびゲルマニウムからなる群から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、基板を除去する工程を含んでいてもよい。
なお、本発明において、第1導電型窒化物半導体層、発光層および第2導電型窒化物半導体層を構成する窒化物半導体層としては、たとえば、AlxGayInzN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z≠0)の組成式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層を用いることができる。なお、上記の組成式において、xはAl(アルミニウム)の組成比を示し、yはGa(ガリウム)の組成比を示し、zはIn(インジウム)の組成比を示している。
本発明によれば、製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
(実施の形態1)
図1に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光素子は、ITOからなる透明導電体40上に、Mg(マグネシウム)がドープされたp型窒化物半導体層4、窒化物半導体からなるMQW(Multiple Quantum Well)構造を有する発光層5、Si(ケイ素)がドープされたn型窒化物半導体層6、およびTi層とAu層との積層体からなるn側ボンディングパッド電極10がこの順序で積層された構成となっている。ここで、n型窒化物半導体層6の表面には凹凸が形成されている。また、この窒化物半導体発光素子は、透明導電体40の窒化物半導体層(ここでは、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)側の表面の外周部分が露出した露出表面410を有している。したがって、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6は、透明導電体40の表面上において露出表面410で取り囲まれた領域の内側に位置することになる。
図1に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光素子は、ITOからなる透明導電体40上に、Mg(マグネシウム)がドープされたp型窒化物半導体層4、窒化物半導体からなるMQW(Multiple Quantum Well)構造を有する発光層5、Si(ケイ素)がドープされたn型窒化物半導体層6、およびTi層とAu層との積層体からなるn側ボンディングパッド電極10がこの順序で積層された構成となっている。ここで、n型窒化物半導体層6の表面には凹凸が形成されている。また、この窒化物半導体発光素子は、透明導電体40の窒化物半導体層(ここでは、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)側の表面の外周部分が露出した露出表面410を有している。したがって、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6は、透明導電体40の表面上において露出表面410で取り囲まれた領域の内側に位置することになる。
以下、図1に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する。まず、図2の模式的断面図に示すように、サファイア基板1上に、GaNからなるバッファ層2、アンドープ窒化物半導体層3、n型窒化物半導体層6、発光層5およびp型窒化物半導体層4をたとえばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によりこの順序で成長させる。ここで、バッファ層2の厚さはたとえば20nmとすることができ、アンドープ窒化物半導体層3の厚さはたとえば1μmとすることができる。また、n型窒化物半導体層6の厚さはたとえば4μmとすることができ、発光層5の厚さはたとえば50nmとすることができ、p型窒化物半導体層4の厚さはたとえば150nmとすることができる。なお、アンドープ窒化物半導体層3を成長させなくてもよい。
次に、図3の模式的断面図に示すように、p型窒化物半導体層4上にたとえば厚さ50μmのITOからなる透明導電体40をたとえば蒸着法により形成する。続いて、透明導電体40の形成後のウエハを加熱する。ここで、透明導電体としての透過率の向上と抵抗率の低減を目的として、透明導電体40は500℃以上800℃以下の温度に加熱されることが好ましく、500℃以上650℃以下の温度に加熱されることがより好ましい。また、透明導電体としての機能をさらに発揮させる観点からは、透明導電体40は、上記の温度(好ましくは500℃以上800℃以下、より好ましくは500℃以上650℃以下)に、10分以上60分以下加熱されることが好ましく、10分以上30分以下加熱されることがより好ましい。
その後、YAG−THGレーザ光(波長355nm)を鏡面研磨したサファイア基板1の裏面側から照射し、サファイア基板1、バッファ層2およびアンドープ窒化物半導体層3の一部を熱分解することによって、図4の模式的断面図に示すように、サファイア基板1およびバッファ層2を除去する。
そして、アンドープ窒化物半導体層3を研磨することによって、n型窒化物半導体層6の表面を露出させ、その後、RIE(Reactive Ion Etching)などによって、図5の模式的断面図に示すように、n型窒化物半導体層6の表面に凹凸を形成する。
次いで、n型窒化物半導体層6の表面上にTi層とボンディングパッドとして好適なAu層をこの順序でたとえば蒸着法などにより積層することによって、図6の模式的断面図に示すように、n型窒化物半導体層6の表面の一部にn側ボンディングパッド電極10を形成する。その後、n側ボンディングパッド電極10上にAuワイヤ(図示せず)をボールボンディングする。
続いて、図7の模式的断面図に示すように、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6の一部をRIEなどによりエッチングして透明導電体40の表面の一部を露出させる。これにより、露出表面410が形成される。
そして、上記エッチング後のウエハを複数に分割してチップ化することによって、図1に示す本発明の窒化物半導体発光素子が得られる。このようにして得られた窒化物半導体発光素子は、透明導電体40側の表面がマウント部材に載置されるマウント面になるようにして実装される。
このように、本実施の形態においては、ITOからなる透明導電体40がサファイア基板を除去するための支持基板および上下電極構造の形成のための導電性基板の双方の役割を果たすことになる。したがって、本実施の形態においては、上下電極構造の形成に加熱圧着による接合を用いる必要がなく、従来のような剥がれの発生および加熱圧着によって生じる基板の反り等を大幅に減少することができるため、窒化物半導体発光素子の製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる。また、本実施の形態においては、剥がれの発生を起因とする窒化物半導体発光素子の動作電圧の上昇も有効に防止することができる。
また、本実施の形態においては、露出表面410を形成することにより、上記エッチング後のウエハを複数に分割してチップ化する際に、容易に分割することが可能となる。
また、本実施の形態においては、チップ化の際にpn接合部を分割する必要がないため、短絡が発生しにくくなる。
また、本実施の形態においては、透明導電体40上の窒化物半導体層(p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)の欠け、割れおよび剥がれの発生も低減するため、窒化物半導体発光素子の信頼性が向上して、窒化物半導体発光素子の不点灯不良を低減することができる。
なお、本実施の形態において、透明導電体40は、40μm以上400μm以下の厚さに形成されることが好ましく、50μm以上120μm以下の厚さに形成されることがより好ましい。透明導電体40が40μm以上400μm以下の厚さ、特に、50μm以上120μm以下の厚さに形成された場合には、透明導電体40がサファイア基板を除去するための支持基板および上下電極構造の形成のための導電性基板の双方の役割をより効率的に果たす傾向にある。
(実施の形態2)
図8に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光素子は、ITOからなる第1透明導電体43上に、金属層42、第2透明導電体41、Mgがドープされたp型窒化物半導体層4、窒化物半導体からなるMQW構造を有する発光層5、Siがドープされたn型窒化物半導体層6、およびTi層とAu層との積層体からなるn側ボンディングパッド電極10がこの順序で積層された構成となっている。また、n型窒化物半導体層6の表面には凹凸が形成されている。また、この窒化物半導体発光素子は、第2透明導電体41の窒化物半導体層(ここでは、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)側の表面の外周部分が露出した露出表面410を有している。したがって、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6は、第2透明導電体41の表面上において露出表面410で取り囲まれた領域の内側に位置することになる。
図8に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光素子は、ITOからなる第1透明導電体43上に、金属層42、第2透明導電体41、Mgがドープされたp型窒化物半導体層4、窒化物半導体からなるMQW構造を有する発光層5、Siがドープされたn型窒化物半導体層6、およびTi層とAu層との積層体からなるn側ボンディングパッド電極10がこの順序で積層された構成となっている。また、n型窒化物半導体層6の表面には凹凸が形成されている。また、この窒化物半導体発光素子は、第2透明導電体41の窒化物半導体層(ここでは、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)側の表面の外周部分が露出した露出表面410を有している。したがって、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6は、第2透明導電体41の表面上において露出表面410で取り囲まれた領域の内側に位置することになる。
以下、図8に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する。まず、図2に示すように、サファイア基板1上に、GaNからなるバッファ層2、アンドープ窒化物半導体層3、n型窒化物半導体層6、発光層5およびp型窒化物半導体層4をたとえばMOCVD法によりこの順序で成長させるところまでは実施の形態1と同様である。
次に、図9の模式的断面図に示すように、p型窒化物半導体層4上にたとえば厚さ40μmのITOからなる第2透明導電体41、Ag−Nd(銀−ネオジム合金)膜からなる金属層42およびたとえば厚さ50μmのITOからなる第1透明導電体43をこの順序でたとえば蒸着法などにより積層する。
ここで、透明導電体としての透過率の向上と抵抗率の低減を目的として、第2透明導電体41は500℃以上800℃以下の温度に加熱されることが好ましく、500℃以上650℃以下の温度に加熱されることがより好ましい。また、透明導電体としての機能をさらに発揮させる観点からは、第2透明導電体41は、上記の温度(好ましくは500℃以上800℃以下、より好ましくは500℃以上650℃以下)に、10分以上60分以下加熱されることが好ましく、10分以上30分以下加熱されることがより好ましい。
その後、YAG−THGレーザ光(波長355nm)を鏡面研磨したサファイア基板1の裏面側から照射し、サファイア基板1、バッファ層2およびアンドープ窒化物半導体層3の一部を熱分解することによって、図10の模式的断面図に示すように、サファイア基板1およびバッファ層2を除去する。
そして、アンドープ窒化物半導体層3を研磨することによって、n型窒化物半導体層6の表面を露出させ、その後、RIEなどによって、図11の模式的断面図に示すように、n型窒化物半導体層6の表面に凹凸を形成する。
次いで、n型窒化物半導体層6の表面上にTi層とボンディングパッドとして好適なAu層をこの順序でたとえば蒸着法などにより積層することによって、図12の模式的断面図に示すように、n型窒化物半導体層6の表面の一部にn側ボンディングパッド電極10を形成する。その後、n側ボンディングパッド電極10上にAuワイヤ(図示せず)をボールボンディングする。
続いて、図13の模式的断面図に示すように、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6の一部をRIEなどによりエッチングして第2透明導電体41の表面の一部を露出させる。これにより、露出表面410が形成される。
そして、上記エッチング後のウエハを複数に分割してチップ化することによって、図8に示す本発明の窒化物半導体発光素子が得られる。このようにして得られた窒化物半導体発光素子は、第1透明導電体43側の表面がマウント部材に載置されるマウント面になるようにして実装される。
このように、本実施の形態においては、ITOからなる第1透明導電体43、Ag−Nd膜からなる金属層42およびITOからなる第2透明導電体41の積層体がサファイア基板を除去するための支持基板および上下電極構造の形成のための導電性基板の双方の役割を果たすことになる。したがって、本実施の形態においても、上下電極構造の形成に加熱圧着による接合を用いる必要がなく、従来のような剥がれの発生および加熱圧着によって生じる基板の反り等を大幅に減少することができるため、窒化物半導体発光素子の製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる。また、本実施の形態においても、剥がれの発生を起因とする窒化物半導体発光素子の動作電圧の上昇も有効に防止することができる。
さらに、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、第1透明導電体と第2透明導電体との間の金属層が発光層から発光された光の少なくとも一部を反射する反射金属層としての機能を有するため、実施の形態1の窒化物半導体発光素子よりも多く光を取り出すことができる。したがって、本実施の形態の窒化物半導体発光素子は、外部への光取り出し効率に優れ、信頼性の良好な窒化物半導体発光素子とすることができる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、露出表面410を形成することにより、上記エッチング後のウエハを複数に分割してチップ化する際に、容易に分割することが可能となる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、チップ化の際にpn接合部を分割する必要がないため、短絡が発生しにくくなる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、第2透明導電体41上の窒化物半導体層(p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)の欠け、割れおよび剥がれの発生も低減するため、窒化物半導体発光素子の信頼性が向上して、窒化物半導体発光素子の不点灯不良を低減することができる。
さらに、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、透明導電体として、第1透明導電体43と第2透明導電体41の2つの透明導電体を用いることによって、厚膜の透明導電体を形成することが可能となる。
なお、本実施の形態において、第1透明導電体43、金属層42および第2透明導電体41の積層体は、全体で40μm以上400μm以下の厚さに形成されることが好ましく、50μm以上120μm以下の厚さに形成されることがより好ましい。この積層体が全体で40μm以上400μm以下の厚さ、特に、50μm以上120μm以下の厚さに形成された場合には、この積層体がサファイア基板を除去するための支持基板および上下電極構造の形成のための導電性基板の双方の役割をより効率的に果たす傾向にある。
また、第2透明導電体41の厚さは、第1透明導電体43の厚さよりも薄く形成されることが好ましい。第2透明導電体41の厚さを第1透明導電体43の厚さよりも薄く形成した場合には、発光層42から発光した光の取り出し効率が向上する傾向にある。
(実施の形態3)
図14に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光素子は、ITOからなる第1透明導電体43上に、金属層42、第2透明導電体41、Mgがドープされたp型窒化物半導体層4、窒化物半導体からなるMQW構造を有する発光層5、Siがドープされたn型窒化物半導体層6、およびTi層とAu層との積層体からなるn側ボンディングパッド電極10がこの順序で積層された構成となっている。また、n型窒化物半導体層6の表面および第2透明導電体41の金属層42側の表面には凹凸が形成されている。また、この窒化物半導体発光素子は、第2透明導電体41の窒化物半導体層(ここでは、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)側の表面の外周部分が露出した露出表面410を有している。したがって、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6は、第2透明導電体41の表面上において露出表面410で取り囲まれた領域の内側に位置することになる。
図14に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光素子は、ITOからなる第1透明導電体43上に、金属層42、第2透明導電体41、Mgがドープされたp型窒化物半導体層4、窒化物半導体からなるMQW構造を有する発光層5、Siがドープされたn型窒化物半導体層6、およびTi層とAu層との積層体からなるn側ボンディングパッド電極10がこの順序で積層された構成となっている。また、n型窒化物半導体層6の表面および第2透明導電体41の金属層42側の表面には凹凸が形成されている。また、この窒化物半導体発光素子は、第2透明導電体41の窒化物半導体層(ここでは、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)側の表面の外周部分が露出した露出表面410を有している。したがって、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6は、第2透明導電体41の表面上において露出表面410で取り囲まれた領域の内側に位置することになる。
以下、図14に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する
。まず、図2に示すように、サファイア基板1上に、GaNからなるバッファ層2、アンドープ窒化物半導体層3、n型窒化物半導体層6、発光層5およびp型窒化物半導体層4をたとえばMOCVD法によりこの順序で成長させるところまでは実施の形態1および実施の形態2と同様である。
。まず、図2に示すように、サファイア基板1上に、GaNからなるバッファ層2、アンドープ窒化物半導体層3、n型窒化物半導体層6、発光層5およびp型窒化物半導体層4をたとえばMOCVD法によりこの順序で成長させるところまでは実施の形態1および実施の形態2と同様である。
次に、図15の模式的断面図に示すように、p型窒化物半導体層4上にたとえば厚さ50μmのITOからなる第2透明導電体41を形成し、第2透明導電体41の表面に凹凸を形成する。ここで、第2透明導電体41の表面の凹凸は、たとえば、直径2μm、高さ2μmのドット状に第2透明導電体41を除去することによって形成することができる。
次いで、図16の模式的断面図に示すように、たとえば厚さ200nmのAl(アルミニウム)膜からなる金属層42およびたとえば厚さ50μmのITOからなる第1透明導電体43をこの順序でたとえば蒸着法などにより積層する。
ここで、透明導電体としての透過率の向上と抵抗率の低減を目的として、第2透明導電体41は500℃以上800℃以下の温度に加熱されることが好ましく、500℃以上650℃以下の温度に加熱されることがより好ましい。また、透明導電体としての機能をさらに発揮させる観点からは、第2透明導電体41は、上記の温度(好ましくは500℃以上800℃以下、より好ましくは500℃以上650℃以下)に、10分以上60分以下加熱されることが好ましく、10分以上30分以下加熱されることがより好ましい。
その後、YAG−THGレーザ光(波長355nm)を鏡面研磨したサファイア基板1の裏面側から照射し、サファイア基板1、バッファ層2およびアンドープ窒化物半導体層3の一部を熱分解することによって、図17の模式的断面図に示すように、サファイア基板1およびバッファ層2を除去する。
そして、アンドープ窒化物半導体層3を研磨することによって、n型窒化物半導体層6の表面を露出させ、その後、RIEなどによって、図18の模式的断面図に示すように、n型窒化物半導体層6の表面に凹凸を形成する。
次いで、n型窒化物半導体層6の表面上にTi層とボンディングパッドとして好適なAu層をこの順序でたとえば蒸着法などにより積層することによって、図19の模式的断面図に示すように、n型窒化物半導体層6の表面の一部にn側ボンディングパッド電極10を形成する。その後、n側ボンディングパッド電極10上にAuワイヤ(図示せず)をボールボンディングする。
続いて、図20の模式的断面図に示すように、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6の一部をRIEなどによりエッチングして第2透明導電体41の表面の一部を露出させる。これにより、露出表面410が形成される。
そして、上記エッチング後のウエハを複数に分割してチップ化することによって、図14に示す本発明の窒化物半導体発光素子が得られる。このようにして得られた窒化物半導体発光素子は、第1透明導電体43側の表面がマウント部材に載置されるマウント面になるようにして実装される。
このように、本実施の形態においても、ITOからなる第1透明導電体43、Ag−Nd膜からなる金属層42およびITOからなる第2透明導電体41の積層体がサファイア基板を除去するための支持基板および上下電極構造の形成のための導電性基板の双方の役割を果たすことになる。したがって、本実施の形態においても、上下電極構造の形成に加熱圧着による接合を用いる必要がなく、従来のような剥がれの発生および加熱圧着によっ
て生じる基板の反り等を大幅に減少することができるため、窒化物半導体発光素子の製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる。また、本実施の形態においても、剥がれの発生を起因とする窒化物半導体発光素子の動作電圧の上昇も有効に防止することができる。
て生じる基板の反り等を大幅に減少することができるため、窒化物半導体発光素子の製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる。また、本実施の形態においても、剥がれの発生を起因とする窒化物半導体発光素子の動作電圧の上昇も有効に防止することができる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においても、第1透明導電体43と第2透明導電体41との間の金属層42が発光層から発光された光の少なくとも一部を反射する反射層としての機能を有するため、実施の形態1の窒化物半導体発光素子よりも多く光を取り出すことができる。
さらに、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、第1透明導電体43の表面と第2透明導電体41の表面との間に凹凸の表面を有する金属層42が形成されており、実施の形態2の構成よりも金属層42による光の反射面積が増大するとともに、金属層42の凹凸の表面に入射した光は乱反射して、効率良く外部に光を取り出すことができることから、実施の形態2の窒化物半導体発光素子よりも多く光を取り出し得る。
したがって、本実施の形態の窒化物半導体発光素子は、外部への光取り出し効率がさらに優れており、信頼性の良好な窒化物半導体発光素子とすることができる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、露出表面410を形成することにより、上記エッチング後のウエハを複数に分割してチップ化する際に、容易に分割することが可能となる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、チップ化の際にpn接合部を分割する必要がないため、短絡が発生しにくくなる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、第2透明導電体41上の窒化物半導体層(p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)の欠け、割れおよび剥がれの発生も低減するため、窒化物半導体発光素子の信頼性が向上して、窒化物半導体発光素子の不点灯不良を低減することができる。
さらに、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、透明導電体として、第1透明導電体43と第2透明導電体41の2つの透明導電体を用いることによって、厚膜の透明導電体を形成することが可能となる。
なお、本実施の形態においても、第1透明導電体43、金属層42および第2透明導電体41の積層体は、全体で40μm以上400μm以下の厚さに形成されることが好ましく、50μm以上120μm以下の厚さに形成されることがより好ましい。この積層体が全体で40μm以上400μm以下の厚さ、特に、50μm以上120μm以下の厚さに形成された場合には、この積層体がサファイア基板を除去するための支持基板および上下電極構造の形成のための導電性基板の双方の役割をより効率的に果たす傾向にある。
(実施の形態4)
図22に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光素子は、ITOからなる第1透明導電体43上に、金属層42、第2透明導電体41、Mgがドープされたp型窒化物半導体層4、窒化物半導体からなるMQW構造を有する発光層5、Siがドープされたn型窒化物半導体層6、およびTi層とAu層との積層体からなるn側ボンディングパッド電極10がこの順序で積層された構成となっている。また、n型窒化物半導体層6の表面、第2透明導電体41の金属層42側の表面および第1透明導電体43の金属層42側の表面にはそれぞれ凹凸が形成されている。また、この窒化物半導体発光素子は、第2透明導電体41の窒化物半導体層(ここでは、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)側の表面の外周部分が露出した露出表面410を有している。したがって、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6は、第2透明導電体41の表面上において露出表面410で取り囲まれた領域の内側に位置することになる。
図22に、本発明の窒化物半導体発光素子の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体発光素子は、ITOからなる第1透明導電体43上に、金属層42、第2透明導電体41、Mgがドープされたp型窒化物半導体層4、窒化物半導体からなるMQW構造を有する発光層5、Siがドープされたn型窒化物半導体層6、およびTi層とAu層との積層体からなるn側ボンディングパッド電極10がこの順序で積層された構成となっている。また、n型窒化物半導体層6の表面、第2透明導電体41の金属層42側の表面および第1透明導電体43の金属層42側の表面にはそれぞれ凹凸が形成されている。また、この窒化物半導体発光素子は、第2透明導電体41の窒化物半導体層(ここでは、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)側の表面の外周部分が露出した露出表面410を有している。したがって、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6は、第2透明導電体41の表面上において露出表面410で取り囲まれた領域の内側に位置することになる。
以下、図22に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の好ましい一例について説明する
。まず、図2に示すように、サファイア基板1上に、GaNからなるバッファ層2、アンドープ窒化物半導体層3、n型窒化物半導体層6、発光層5およびp型窒化物半導体層4をたとえばMOCVD法によりこの順序で成長させるところまでは実施の形態1〜3と同様である。
。まず、図2に示すように、サファイア基板1上に、GaNからなるバッファ層2、アンドープ窒化物半導体層3、n型窒化物半導体層6、発光層5およびp型窒化物半導体層4をたとえばMOCVD法によりこの順序で成長させるところまでは実施の形態1〜3と同様である。
次に、図15の模式的断面図に示すように、p型窒化物半導体層4上にたとえば厚さ50μmのITOからなる第2透明導電体41を形成し、第2透明導電体41の表面に凹凸を形成する。ここで、第2透明導電体41の表面の凹凸は、たとえば、直径2μm、高さ2μmのドット状に第2透明導電体41を除去することによって形成することができる。
続いて、図23の模式的断面図に示すように、第2透明導電体41の表面上にたとえば厚さ200nmのAl(アルミニウム)膜からなる金属層42をたとえば蒸着法などにより積層する。
次に、図24の模式的断面図に示すように、金属層42の表面の一部をエッチング等により除去することによって、金属層42の表面に凹凸を形成する。ここで、金属層42の表面の凹凸は、たとえば、直径2μm、高さ2μmのドット状に金属層42を除去することによって形成することができる。
次いで、図25の模式的断面図に示すように、たとえば厚さ50μmのITOからなる第1透明導電体43をたとえば蒸着法などにより積層する。
ここで、透明導電体としての透過率の向上と抵抗率の低減を目的として、第2透明導電体41は500℃以上800℃以下の温度に加熱されることが好ましく、500℃以上650℃以下の温度に加熱されることがより好ましい。また、透明導電体としての機能をさらに発揮させる観点からは、第2透明導電体41は、上記の温度(好ましくは500℃以上800℃以下、より好ましくは500℃以上650℃以下)に、10分以上60分以下加熱されることが好ましく、10分以上30分以下加熱されることがより好ましい。
その後、YAG−THGレーザ光(波長355nm)を鏡面研磨したサファイア基板1の裏面側から照射し、サファイア基板1、バッファ層2およびアンドープ窒化物半導体層3の一部を熱分解することによって、図26の模式的断面図に示すように、サファイア基板1およびバッファ層2を除去する。
そして、アンドープ窒化物半導体層3を研磨することによって、n型窒化物半導体層6の表面を露出させ、その後、RIEなどによって、図27の模式的断面図に示すように、n型窒化物半導体層6の表面に凹凸を形成する。
次いで、n型窒化物半導体層6の表面上にTi層とボンディングパッドとして好適なAu層をこの順序でたとえば蒸着法などにより積層することによって、図28の模式的断面図に示すように、n型窒化物半導体層6の表面の一部にn側ボンディングパッド電極10を形成する。その後、n側ボンディングパッド電極10上にAuワイヤ(図示せず)をボールボンディングする。
続いて、図29の模式的断面図に示すように、p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6の一部をRIEなどによりエッチングして第2透明導電体41の表面の一部を露出させる。これにより、露出表面410が形成される。
そして、上記エッチング後のウエハを複数に分割してチップ化することによって、図22に示す本発明の窒化物半導体発光素子が得られる。このようにして得られた窒化物半導体発光素子は、第1透明導電体43側の表面がマウント部材に載置されるマウント面になるようにして実装される。
このように、本実施の形態においても、ITOからなる第1透明導電体43、Ag−Nd膜からなる金属層42およびITOからなる第2透明導電体41の積層体がサファイア基板を除去するための支持基板および上下電極構造の形成のための導電性基板の双方の役割を果たすことになる。したがって、本実施の形態においても、上下電極構造の形成に加熱圧着による接合を用いる必要がなく、従来のような剥がれの発生および加熱圧着によって生じる基板の反り等を大幅に減少することができるため、窒化物半導体発光素子の製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる。また、本実施の形態においても、剥がれの発生を起因とする窒化物半導体発光素子の動作電圧の上昇も有効に防止することができる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においても、第1透明導電体43と第2透明導電体41との間の金属層42が発光層から発光された光の少なくとも一部を反射する反射層としての機能を有するため、実施の形態1の窒化物半導体発光素子よりも多く光を取り出すことができる。
さらに、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、第1透明導電体43の表面と第2透明導電体41の表面との間に凹凸の表面を有する金属層42が形成されており、実施の形態2の構成よりも金属層42による光の反射面積が増大するとともに、金属層42の凹凸の表面に入射した光は乱反射して、効率良く外部に光を取り出すことができることから、実施の形態2の窒化物半導体発光素子よりも多く光を取り出し得る。
したがって、本実施の形態の窒化物半導体発光素子は、外部への光取り出し効率がさらに優れており、信頼性の良好な窒化物半導体発光素子とすることができる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、露出表面410を形成することにより、上記エッチング後のウエハを複数に分割してチップ化する際に、容易に分割することが可能となる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、チップ化の際にpn接合部を分割する必要がないため、短絡が発生しにくくなる。
また、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、第2透明導電体41上の窒化物半導体層(p型窒化物半導体層4、発光層5およびn型窒化物半導体層6)の欠け、割れおよび剥がれの発生も低減するため、窒化物半導体発光素子の信頼性が向上して、窒化物半導体発光素子の不点灯不良を低減することができる。
さらに、本実施の形態の窒化物半導体発光素子においては、透明導電体として、第1透明導電体43と第2透明導電体41の2つの透明導電体を用いることによって、厚膜の透明導電体を形成することが可能となる。
なお、本実施の形態においても、第1透明導電体43、金属層42および第2透明導電体41の積層体は、全体で40μm以上400μm以下の厚さに形成されることが好ましく、50μm以上120μm以下の厚さに形成されることがより好ましい。この積層体が全体で40μm以上400μm以下の厚さ、特に、50μm以上120μm以下の厚さに形成された場合には、この積層体がサファイア基板を除去するための支持基板および上下電極構造の形成のための導電性基板の双方の役割をより効率的に果たす傾向にある。
(その他)
上記の実施の形態1においては、透明導電体40の材質としてITOを用いる場合について説明したが、本発明において透明導電体40の材質としては、ITO、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを用いることが好ましく、ITOまたは酸化亜鉛を用いることがより好ましい。
上記の実施の形態1においては、透明導電体40の材質としてITOを用いる場合について説明したが、本発明において透明導電体40の材質としては、ITO、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを用いることが好ましく、ITOまたは酸化亜鉛を用いることがより好ましい。
また、上記の実施の形態2〜4においては、第1透明導電体43および第2透明導電体41の材質としてITOを用いる場合について説明したが、本発明において第1透明導電体43および/または第2透明導電体41の材質としては、ITO、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを用いることが好ましく、ITOまたは酸化亜鉛を用いることがより好ましい。
すなわち、透明導電体40、第1透明導電体43および第2透明導電体41の材質として、ITO、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを用いた場合には、その導電性、光透過性および強度等が優れる点から好ましい。特に、透明導電体40、第1透明導電体43および第2透明導電体41の材質として、ITOまたは酸化亜鉛を用いた場合には、さらに、ITOまたは酸化亜鉛の形成温度を低くすることができるとともに、抵抗率も小さくすることができる傾向にある。特に、透明導電体40、第1透明導電体43および第2透明導電体41が酸化亜鉛からなる場合には、これらの透明導電体を無電界めっき法で形成することができるため、製造が容易となる傾向にある。
また、透明導電体40、第1透明導電体43および第2透明導電体41の材質に用いられるITOとしては、アモルファスのITOを用いてもよい。透明導電体40、第1透明導電体43および第2透明導電体41の材質にアモルファスのITOを用いた場合にはよりきれいにパターンを形成することができるため、たとえば図14および図22に示すように金属層42の表面に凹凸を形成する場合に、たとえば図15に示す製造工程において第2透明導電体41の表面に金属層42の凹凸をより正確に形成することができる傾向にある。
また、本発明においては、たとえば上記の実施の形態1〜4のように、n型窒化物半導体層6の発光層5とは反対側の表面に凹凸が形成されていることが好ましい。この場合には、発光層5から発光した光の外部への光取り出し効率を向上させることができる。なお、上記の実施の形態1〜4においては、第1導電型窒化物半導体層をp型窒化物半導体層4とし、第2導電型窒化物半導体層をn型窒化物半導体層6として説明したが、本発明においては、第1導電型窒化物半導体層をn型窒化物半導体層6とし、第2導電型窒化物半導体層をp型窒化物半導体層4として、n型窒化物半導体層6とp型窒化物半導体層4の位置を上記の実施の形態1〜4の場合と入れ替えてもよい。
また、本発明においては、たとえば上記の実施の形態3および4のように、第2透明導電体41の金属層42側の表面および/または金属層42の第2透明導電体41側の表面には凹凸が形成されていることが好ましい。この場合には、発光層5から発光した光が第2透明導電体41と金属層42との界面で反射しやすくなって、発光層5から発光した光の外部への光取り出し効率を向上させることができる。また、第2透明導電体41の金属層42側の表面および/または金属層42の第2透明導電体41側の表面に形成される凹凸はディンプルとなっていることが好ましい。この場合には発光層5から発光した光が第2透明導電体41と金属層42との界面でさらに反射しやすくなって、発光層5から発光した光の外部への光取り出し効率をさらに向上させることができる傾向にある。
また、上記の実施の形態2においては金属層42の材質としてAg合金であるAg−Ndを用い、上記の実施の形態3および4においては金属層42の材質としてAlを用いた場合について説明したが、本発明において、金属層42は、接着金属層、バリア金属層および反射金属層からなる群から選択された少なくとも1種を含むことが好ましい。この場合には、金属層42が、接着金属層としての機能(接着金属層を挟んだ両側に位置する層間の剥離を接着金属層を形成しない場合と比べて抑制することができる機能)、バリア金属層としての機能(バリア金属層を挟んだ両側に位置する層間の原子の移動をバリア金属層を形成しない場合と比べて抑制することができる機能)および反射金属層としての機能(発光層からの光の少なくとも一部を反射する機能)からなる群から選択された少なくとも1種の機能を発揮することから、本発明の窒化物半導体発光素子の製造歩留まりおよび信頼性だけでなく、外部への光取り出し効率等の特性も向上する傾向にある。
ここで、接着金属層の機能を向上させる観点からは、接着金属層の材質として、クロムまたはクロム合金を用いることが好ましい。また、バリア金属層の機能を向上させる観点からは、バリア金属層の材質として、ニッケル、チタン、ニッケル−チタン合金または白金を用いることが好ましい。また、反射金属層の機能を向上させる観点からは、反射金属層の材質として、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、銀−ネオジム合金、銀−ネオジム−銅合金、銀−パラジウム合金、銀−パラジウム−銅合金、銀−ビスマス合金および銀−ネオジム−金合金からなる群から選択された少なくとも1種を用いることが好ましい。
また、上記の実施の形態1〜4においては、窒化物半導体発光素子の透明導電体40側
の表面または第1透明導電体43側の表面がそれぞれマウント部材に載置されるマウント面とされているが、これらのマウント面にはそれぞれ、たとえばクロムと金の積層体等の金属膜が形成されてもよい。
の表面または第1透明導電体43側の表面がそれぞれマウント部材に載置されるマウント面とされているが、これらのマウント面にはそれぞれ、たとえばクロムと金の積層体等の金属膜が形成されてもよい。
また、上記の実施の形態1〜4においては、窒化物半導体層を成長させるための基板としてサファイア基板を用いたが、本発明において窒化物半導体層を成長させるための基板としては、窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶との格子定数差を低減する観点から、サファイア、砒化ガリウム、リン化ガリウム、ケイ素およびゲルマニウムからなる群から選択された少なくとも1種の半導体結晶からなる基板を用いることが好ましい。
また、上記の実施の形態1〜4においては、発光層5としてMQW構造を有するものについて説明しているが、本発明においてはこれに限定されずSQW(Single Quantum Well)構造を有する発光層を用いてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明によれば、製造歩留まりおよび信頼性を向上することができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができるため、本発明の窒化物半導体発光素子はたとえば波長430nm以上490nm以下の青色光を発光する青色発光ダイオード等に好適に利用することができる。
1 サファイア基板、2 バッファ層、3 アンドープ窒化物半導体層、4,103 p型窒化物半導体層、5,104 発光層、6,105 n型窒化物半導体層、10 n側ボンディングパッド電極、40 透明導電体、41 第2透明導電体、42 金属層、43 第1透明導電体、100 導電性基板、101 第2オーミック電極層、102 第1オーミック電極層、106 負電極層、107 正電極層、108 窒化物半導体層積層構造体、410 露出表面。
Claims (21)
- 透明導電体と、前記透明導電体上に順次積層された、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層と、を含む、窒化物半導体発光素子。
- 前記透明導電体は、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを含むことを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
- 第1透明導電体と、前記第1透明導電体上に順次積層された、金属層と、第2透明導電体と、第1導電型窒化物半導体層と、発光層と、第2導電型窒化物半導体層と、を含む、窒化物半導体発光素子。
- 前記第2導電型窒化物半導体層の表面が凹凸を有していることを特徴とする、請求項3に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第2透明導電体の厚さは、前記第1透明導電体の厚さよりも薄いことを特徴とする、請求項3または4に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第1透明導電体および前記第2透明導電体の少なくとも一方が、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを含むことを特徴とする、請求項3から5のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第2透明導電体の前記金属層側の表面が凹凸を有していることを特徴とする、請求項3から6のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第2透明導電体の前記金属層側の表面がディンプルを有していることを特徴とする、請求項3から6のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記金属層は、接着金属層、バリア金属層および反射金属層からなる群から選択された少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項3から8のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記接着金属層は、クロムまたはクロム合金を含むことを特徴とする、請求項9に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記バリア金属層は、ニッケル、チタン、ニッケル−チタン合金または白金を含むことを特徴とする、請求項9または10に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記反射金属層は、銀、白金、アルミニウム、ロジウム、銀−ネオジム合金、銀−ネオジム−銅合金、銀−パラジウム合金、銀−パラジウム−銅合金、銀−ビスマス合金および銀−ネオジム−金合金からなる群から選択された少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項9から11のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第1透明導電体側をマウント面とすることを特徴とする、請求項3から12のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記第1導電型窒化物半導体層はマグネシウムを含み、前記第2導電型窒化物半導体層はケイ素を含むことを特徴とする、請求項1から13のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 請求項1に記載の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、基板上に第2導電型窒化物半導体層、発光層およびマグネシウムを含む第1導電型窒化物半導体層をこの順序で積層する工程と、前記第1導電型窒化物半導体層上に透明導電体を形成する工程と、前記透明導電体を500℃以上の温度に10分間以上加熱する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記透明導電体は、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを含むことを特徴とする、請求項15に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 請求項3に記載の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、基板上に第2導電型窒化物半導体層、発光層およびマグネシウムを含む第1導電型窒化物半導体層をこの順序で積層する工程と、前記第1導電型窒化物半導体層上に第2透明導電体を形成する工程と、前記第2透明導電体を500℃以上の温度に10分間以上加熱する工程と、前記加熱後に、金属層を形成する工程と、第1透明導電体を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 請求項7に記載の窒化物半導体発光素子を製造する方法であって、基板上に第2導電型窒化物半導体層、発光層およびマグネシウムを含む第1導電型窒化物半導体層をこの順序で積層する工程と、前記第1導電型窒化物半導体層上に第2透明導電体を形成する工程と、前記第2透明導電体を500℃以上の温度に10分間以上加熱する工程と、前記加熱後に、前記第2透明導電体の表面に凹凸を形成する工程と、金属層を形成する工程と、第1透明導電体を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1透明導電体および前記第2透明導電体の少なくとも一方が、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化錫、酸化カドミウム、カドミウムインジウム酸化物、カドミウム錫酸化物、亜鉛錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、マグネシウムインジウム酸化物、カルシウムガリウム酸化物、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウムまたは硼化ランタンを含むことを特徴とする、請求項17または18に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記基板は、サファイア、砒化ガリウム、リン化ガリウム、ケイ素およびゲルマニウムからなる群から選択された少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項15から19のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記基板を除去する工程を含むことを特徴とする、請求項15から20のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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