JP2008244425A - ＧａＮ系ＬＥＤ素子および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パッド電極による光吸収を軽減し得る構造を備えたＧａＮ系ＬＥＤ素子を提供すること。
【解決手段】ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００においては、第１導電膜１０４−１と正パッド電極１０５とが、第２導電膜１０４−２を介して、電気的に接続されている。導電性酸化物膜１０４のｐ型層１０２−３との接触抵抗は、第１コンタクト部１０４Ａにおいて第２コンタクト部１０４Ｂよりも低くされており、そのために、正パッド電極１０５から導電性酸化物膜１０４を介してｐ型層１０２−３に供給される電流は、主として第１コンタクト部１０４Ａを通してｐ型層１０２−３に流れる。

【選択図】図１

Description

本発明は、ＧａＮ系半導体を用いて発光素子構造を構成したＧａＮ系ＬＥＤ素子、および、ＧａＮ系ＬＥＤ素子を用いた発光装置に関する。

ＧａＮ系半導体は、化学式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、３族窒化物半導体、窒化物系半導体などとも呼ばれる。ｐｎ接合構造、ダブルヘテロ構造、量子井戸構造などの発光素子構造をＧａＮ系半導体で構成したＧａＮ系ＬＥＤ素子は、緑色〜近紫外の光を発生することが可能であり、これまで、信号機やディスプレイ装置等の用途で実用化されている。現在、ＧａＮ系ＬＥＤ素子を照明用途に適用するための研究開発が盛んとなっているが、実用化のためには更なる高出力化が必要といわれている。

従来技術に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造例を図１９に示す。図１９に断面図を示すＧａＮ系ＬＥＤ素子１０は、基板１１と、該基板上に形成された複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体１２とを有している。半導体積層体１２には、基板１１から最も離れた位置に配置されたｐ型層１２−３と、該ｐ型層１２−３と前記基板１１との間に配置された発光層１２−２と、前記ｐ型層１２−３とで前記発光層１２−２を挟むように配置されたｎ型層１２−１とが含まれている。前記ｐ型層１２−３上には透光性の導電性酸化物膜１４が形成され、該導電性酸化物膜１４上に正パッド電極１５が形成されている。導電性酸化物膜１４の材料は、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）である。このような、導電性酸化物膜を電極に用いたＧａＮ系ＬＥＤ素子において、導電性酸化物膜上に形成されるパッド電極による光吸収が、ＬＥＤ素子の高出力化を妨げる要因のひとつとして指摘され、その対策として、パッド電極を反射率の高い金属材料を用いて形成することが提案されている（特許文献１）。なお、パッド電極とは、ボンディングワイヤ、導電性ペースト、ろう材（ハンダ、共晶合金を含む）などといった、外部電極との接続に用いられる材料が、接合される電極である。
特開２００５−３１７９３１号公報 特開２００１−２１０８６７号公報

しかしながら、本発明者等が研究した結果、金属材料は、いくら反射率の良好なものであっても、光吸収体としての作用があり、パッド電極の反射性の向上のみに頼ったのでは、ＧａＮ系ＬＥＤ素子の出力の改善には限界があることが分かってきた。本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その主な目的は、パッド電極による光吸収を軽減し得る構造を備えたＧａＮ系ＬＥＤ素子を提供することである。また、本発明の他の目的は、パッド電極による光吸収を軽減し得る構造を備えたＧａＮ系ＬＥＤ素子を用いてなる、発光効率に優れた発光装置を提供することである。

上記課題を達成するための手段として、以下に記載するＧａＮ系ＬＥＤ素子および発光装置を開示する。
（１）複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体を有し、該半導体積層体には、ｐ型層と、該ｐ型層の一方の面側に配置された発光層と、該ｐ型層とで該発光層を挟むように配置されたｎ型層とが含まれており、該ｐ型層の他方の面上に透光性を有する導電性酸化物膜が形成され、該導電性酸化物膜上に正パッド電極が形成されているＧａＮ系ＬＥＤ素子において、前記導電性酸化物膜は、第１導電膜と、該第１導電膜と電気的に接続された第２導電膜とを含み、前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層と接する部分は、前記第１導電膜の一部である第１コンタクト部と、前記第２導電膜の一部である第２コンタクト部と、からなっており、前記正パッド電極の少なくとも一部は、前記第２コンタクト部の上に形成されており、前記導電性酸化物膜から前記ｐ型層に流れる電流は、主として前記第１コンタクト部を通して前記ｐ型層に流れることを特徴とする、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（２）複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体を有し、該半導体積層体には、ｐ型層と、該ｐ型層の一方の面側に配置された発光層と、該ｐ型層とで該発光層を挟むように配置されたｎ型層とが含まれており、該ｐ型層の他方の面上に透光性を有する導電性酸化物膜が形成され、該導電性酸化物膜上に正パッド電極が形成されているＧａＮ系ＬＥＤ素子において、前記導電性酸化物膜は、第１導電膜と、該第１導電膜と電気的に接続された第２導電膜とを含み、前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層と接する部分は、前記第１導電膜の一部である第１コンタクト部と、前記第２導電膜の一部である第２コンタクト部と、からなっており、前記正パッド電極の少なくとも一部は、前記第２コンタクト部の上に形成されており、前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層との接触抵抗が、前記第１コンタクト部において前記第２コンタクト部よりも低いことを特徴とする、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（３）複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体を有し、該半導体積層体には、ｐ型層と、該ｐ型層の一方の面側に配置された発光層と、該ｐ型層とで該発光層を挟むように配置されたｎ型層とが含まれており、該ｐ型層の他方の面上に透光性を有する導電性酸化物膜が形成され、該導電性酸化物膜上に正パッド電極が形成されているＧａＮ系ＬＥＤ素子において、前記導電性酸化物膜は、第１導電膜と、該第１導電膜と電気的に接続された第２導電膜とを含み、前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層と接する部分は、前記第１導電膜の一部である第１コンタクト部と、前記第２導電膜の一部である第２コンタクト部と、からなっており、前記正パッド電極の少なくとも一部は、前記第２コンタクト部の上に形成されており、前記第１コンタクト部と前記ｐ型層との接触がオーミック性であり、前記第２コンタクト部と前記ｐ型層との接触が非オーミック性であることを特徴とする、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（４）複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体を有し、該半導体積層体には、ｐ型層と、該ｐ型層の一方の面側に配置された発光層と、該ｐ型層とで該発光層を挟むように配置されたｎ型層とが含まれており、該ｐ型層の他方の面上に透光性を有する導電性酸化物膜が形成され、該導電性酸化物膜上に正パッド電極が形成されているＧａＮ系ＬＥＤ素子において、前記導電性酸化物膜は、第１導電膜と、該第１導電膜と電気的に接続された第２導電膜とを含み、前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層と接する部分は、前記第１導電膜の一部である第１コンタクト部と、前記第２導電膜の一部である第２コンタクト部と、からなっており、前記正パッド電極の少なくとも一部は、前記第２コンタクト部の上に形成されており、前記第１導電膜が真空蒸着法、レーザアブレーション法またはゾルゲル法により形成されており、前記第２導電膜がスパッタリング法により形成されていることを特徴とする、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（５）前記第１導電膜が、前記ｐ型層と前記第２導電膜との間に挟まれた部分を有する、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（６）当該ＧａＮ系ＬＥＤ素子を平面視したとき、前記正パッド電極の形状およびサイズと前記第２導電膜の形状およびサイズとが一致している、前記（５）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（７）前記正パッド電極の、面積にして２５％以上の部分が、前記第２コンタクト部の上に形成されている、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（８）前記正パッド電極の全体が前記第２コンタクト部の上に形成されている、前記（７）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（９）前記正パッド電極が、外部電極との接続に用いられる材料を接合するのに用いる本体部と、該本体部から突き出した突出部とから構成されており、少なくとも前記正パッド電極の本体部の全体が前記第２コンタクト部の上に形成されている、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１０）前記導電性酸化物膜の表面の、前記正パッド電極に覆われていない領域に、人為的に形成された凹凸を有する、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１１）前記導電性酸化物膜が、前記第１コンタクト部と前記ｐ型層との界面上に、前記第１導電膜を含む複数の膜からなる多層構造部を有しており、前記凹凸が該多層構造部の表面に形成されている、前記（１０）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１２）前記多層構造部が前記第２導電膜を含んでいる、前記（１１）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１３）前記導電性酸化物膜が、Ｚｎ、Ｉｎ、ＳｎおよびＭｇから選ばれる少なくともひとつの元素を含む酸化物で形成されている、前記（１）〜（１２）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１４）前記ｎ型層上に形成され、前記正パッド電極と同一面側に配置された負電極を有する、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、前記導電性酸化物膜が、前記第１コンタクト部と前記ｐ型層との界面上に形成された高シート抵抗部と、該高シート抵抗部よりも相対的に低いシート抵抗を有する低シート抵抗部とを有しており、当該ＧａＮ系ＬＥＤ素子を平面視したとき、前記低シート抵抗部と前記負電極とは前記高シート抵抗部を挟んで略等間隔で離間しており、前記正パッド電極は前記高シート抵抗部と前記低シート抵抗部との境界よりも前記低シート抵抗部側で前記導電性酸化物膜に接している、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１５）前記ｎ型層上に形成され、前記正パッド電極と同一面側に配置された負電極を有する、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、前記導電性酸化物膜が、前記第１コンタクト部と前記ｐ型層との界面上に形成された高シート抵抗部と、該高シート抵抗部よりも相対的に低いシート抵抗を有する低シート抵抗部とを有しており、当該ＧａＮ系ＬＥＤ素子を平面視したとき、前記低シート抵抗部と前記負電極とは前記高シート抵抗部を挟んで略等間隔で離間しており、前記正パッド電極から供給される電流が前記低シート抵抗部を通して前記高シート抵抗部に流れるように、前記正パッド電極が前記導電性酸化物膜に接続されている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１６）前記高シート抵抗部が前記第１導電膜のみから形成されており、前記低シート抵抗部が前記第１導電膜と前記第２導電膜とを含む多層構造を有している、前記（１４）または（１５）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１７）前記高シート抵抗部が、前記第１導電膜の表面に人為的に形成された、導電性酸化物材料からなるドット状の凸部を有している、前記（１４）または（１５）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１８）前記正パッド電極が、Ａｌ、Ａｇまたは白金族元素を主成分とする反射層を有する、前記（１）〜（１７）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１９）前記（１）〜（１８）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子をフリップチップ実装してなる発光装置。

本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子は、発光出力に優れたものとなるので、照明用途をはじめとする、高出力が要求される用途において、好適に用いることができる。

本発明を説明する際に、ＧａＮ系ＬＥＤ素子を構成する部材が透光性である、あるいは、透光性を有しているという場合には、当該ＧａＮ系ＬＥＤ素子に通電したときに発光層から放出される光に対して、当該部材が透過性を示すことを意味する。

本発明の好適な実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造例を図１に示す。図１（ａ）はＬＥＤ素子をＧａＮ系半導体層の積層体が形成された側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。

図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、図１（ｂ）に断面図を示すように、基板１０１と、その上に形成された複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体１０２とを有している。半導体積層体１０２には、基板１０１側から順に、ｎ型層１０２−１と、発光層１０２−２と、ｐ型層１０２−３とが含まれている。部分的に露出したｎ型層１０２−１の表面には、オーミック電極であり、かつパッド電極を兼用する、負電極１０３が形成されている。ｐ型層１０２−３上には、透光性を有する導電性酸化物膜１０４が形成され、該導電性酸化物膜上には正パッド電極１０５が形成されている。導電性酸化物膜１０４は、第１の導電性酸化物膜（「第１導電膜」）１０４−１と、第２の導電性酸化物膜（「第２導電膜」）１０４−２とから構成されている。第１導電膜１０４−１は、ｐ型層１０２−３の表面を略全面的に覆うように形成されており、その上から第２導電膜１０４−２が形成されている。正パッド電極１０５は第２導電膜１０４−２の表面上に形成されている。正パッド電極１０５の直下において、第１導電膜１０４−１の一部が円形状に除去されており、その部分では、第２導電膜１０４−２がｐ型層１０２−３の表面に接している。図１（ａ）では、この第１導電膜１０４−１が部分的に除去された領域を破線で示している（破線で囲まれた領域が、第１導電膜１０４−１が除去された領域である）。従って、導電性酸化物膜１０４は、ｐ型層１０２−３と接する部分に、第１導電膜１０４−１の一部である部分（「第１コンタクト部」）１０４Ａと、第２導電膜１０４−２の一部である部分（「第２コンタクト部」）１０４Ｂとを有しているということができる。正パッド電極１０５は、その中央部を含む、面積にして５０％以上の部分が、第２コンタクト部１０４Ｂの上に形成されている。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００においては、第１導電膜１０４−１と正パッド電極１０５とが、第２導電膜１０４−２を介して、電気的に接続されている。導電性酸化物膜１０４のｐ型層１０２−３との接触抵抗は、第１コンタクト部１０４Ａにおいて第２コンタクト部１０４Ｂよりも低くされており、そのために、正パッド電極１０５から導電性酸化物膜１０４を介してｐ型層１０２−３に供給される電流は、主として第１コンタクト部１０４Ａを通してｐ型層１０２−３に流れる。好ましくは、第１導電膜１０４−１とｐ型層１０２−３との接触をオーミック性とする一方、第２導電膜１０４−２とｐ型層１０２−３との接触を非オーミック性として、導電性酸化物膜１０４からｐ型層１０２−３に流れる電流の殆どが、第１コンタクト部１０４Ａを通してｐ型層１０２−３に流れるようにする。

ｐ型ＧａＮ系半導体とその表面に形成した導電性酸化物膜との接触抵抗は、導電性酸化物膜の成膜方法により変わることが知られている。例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などでは、真空蒸着法、レーザアブレーション法またはゾルゲル法で成膜したものの方が、スパッタリング法で成膜したものよりも、低い接触抵抗を示すことが知られている（特許文献２）。従って、一実施形態においては、導電性酸化物膜１０４のｐ型層１０２−３との接触抵抗が、第１コンタクト部１０４Ａにおいて第２コンタクト部１０４Ｂよりも低くなるように、第１導電膜１０４−１と第２導電膜１０４−２とを、異なる成膜方法を用いて形成することができる。例えば、第１導電膜１０４−１を真空蒸着法、レーザアブレーション法またはゾルゲル法で形成し、第２導電膜１０４−２をスパッタリング法で形成する。好ましくは、乾式成膜法の方が膜質や工程の制御が行い易いことから、第１導電膜１０４−１を真空蒸着法またはレーザアブレーション法で形成し、第２導電膜１０４−２をスパッタリング法で形成する。

また、ｐ型ＧａＮ系半導体とその表面に形成した導電性酸化物膜との接触抵抗は、導電性酸化物膜のキャリア濃度（ｐ型ＧａＮ系半導体と接する部分のキャリア濃度）が高い程、低くなることが知られている。導電性酸化物膜のキャリア濃度を制御する方法は周知であり、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）の場合には、Ｉｎ（インジウム）濃度や酸素濃度によりキャリア濃度を制御することができる。従って、真空蒸着法で成膜する場合を例にすると、蒸着原料の組成や、蒸着時の酸素分圧を変えることによって、キャリア濃度の異なるＩＴＯ膜を作製することができる。また、ＩＴＯでは、真空蒸着法で成膜したものの方が、スプレー熱分解法で成膜したものよりもキャリア濃度が高くなることも知られている。その他、酸化錫の場合にはＳｂ（アンチモン）、Ｆ（フッ素）、Ｐ（リン）などの不純物の添加量の制御によって、酸化亜鉛の場合にはＧａ（ガリウム）などの不純物の添加量の制御によって、キャリア濃度の異なる膜を作製できることが知られている。従って、一実施形態においては、導電性酸化物膜１０４のｐ型層１０２−３との接触抵抗が、第１コンタクト部１０４Ａにおいて第２コンタクト部１０４Ｂよりも低くなるように、第１導電膜１０４−１のキャリア濃度を、第２導電膜１０４−２のキャリア濃度よりも高くすることができる。

一実施形態では、導電性酸化物膜１０４のｐ型層１０２−３との接触抵抗が、第１コンタクト部１０４Ａにおいて第２コンタクト部１０４Ｂよりも低くなるように、第２コンタクト部１０４Ｂに接するｐ型層１０２−３の表面をプラズマ処理してもよい。このプラズマ処理は、ハロゲン系のガス（例えば、Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４、ＢＣｌ_３等）を用いたドライエッチング処理を含む。表面の自然酸化膜の除去のみを行ったｐ型ＧａＮ系半導体の表面に形成したときには低い接触抵抗を示す電極が、ドライエッチング処理を施したｐ型ＧａＮ系半導体の表面に形成したときには高い接触抵抗を示すことが知られている。これは、ドライエッチング処理されたｐ型ＧａＮ系半導体の表面が、非オーミック性となる、あるいは、高抵抗化するからであるといわれている。また、上記のプラズマ処理は、高い腐食性を有さないガス（Ａｒ、Ｈ_２等）を原料としたプラズマへの暴露であってもよい。自然酸化膜の除去のみを行ったｐ型ＧａＮ系半導体の表面に形成したときには低い接触抵抗を示す電極が、かかるプラズマへの暴露を自然酸化膜が除去される程度を超えて行ったｐ型ＧａＮ系半導体の表面に形成したときには、高い接触抵抗を示すことが知られている。これは、結晶構造が物理的にダメージを受けることにより高抵抗化した表面層が形成されるからであるといわれている。上記のプラズマ処理は、一般的なＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置やプラズマエッチング装置を用いて行うことができる。

一実施形態では、導電性酸化物膜１０４のｐ型層１０２−３との接触抵抗が、第１コンタクト部１０４Ａにおいて第２コンタクト部１０４Ｂよりも低くなるように、水素パッシベーションと呼ばれる現象を利用して、第２コンタクト部１０４Ｂと接するｐ型層１０２−３の表面を高抵抗化してもよい。この方法では、ｐ型層１０２−３にｐ型不純物としてＭｇ（マグネシウム）を添加するとともに、導電性酸化物膜１０４を形成する前にアニーリング処理などを行ってこのＭｇを活性化させて、ｐ型層１０２−３を低抵抗化しておく。そして、導電性酸化物膜１０４を形成する工程では、ｐ型層１０２−３上に、まず、第１導電膜１０４−１を所定のパターンに形成する。次に、第２導電膜１０４−２と接することになるｐ型層１０２−３の表面に、水素ガスまたはアンモニアガスを接触させる。この工程では、ｐ型層１０２−３の表面を水素ガスまたはアンモニアガスに接触させた状態で、ウェハを４００℃以上に加熱し、再び、４００℃以下となるまで冷却する。この処理によって、ｐ型層１０２−３の露出面に、Ｍｇが水素により不活性化された高抵抗化層が形成される。しかる後に第２導電膜１０４−２を形成することにより、導電性酸化物膜１０４のｐ型層１０２−３との接触抵抗を、第１コンタクト部１０４Ａにおいて第２コンタクト部１０４Ｂよりも低くすることができる。

好ましい実施形態では、第１導電膜１０４−１と第２導電膜１０４−２との間の熱膨張率差が小さくなるように、これら２つの膜を形成する。そのためには、例えば、これら２つの膜を、同一または類似の組成を有する導電性酸化物材料を用いて形成することが有効である。そうすることによって、ＬＥＤ素子が発光装置の製造過程あるいは使用時に高温環境下に置かれたときに、熱応力によって導電性酸化物膜とｐ型層との間あるいは２つの導電性酸化物膜間で剥離が発生するのを防止することができる。

発光装置を構成するためには、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００をセラミックパッケージ、樹脂パッケージ、スラグ、リードフレーム、ユニット基板などの部材に設けられた実装面上に、直接またはサブマウントを介して固定する。フェイスアップ実装と呼ばれる実装形式では、基板１０１の裏面（半導体積層体１０２が形成されていない側の面）を実装面に向けて、ＬＥＤ素子１００を固定する。例外的な場合（特殊なパッケージを用いる場合など）を除けば、フェイスアップ実装を採用したときには、ＬＥＤ素子１００の半導体積層体１０２側の面が発光装置の光取出し方向を向くことになる。一方、フェイスダウン実装と呼ばれる実装形式では、半導体積層体１０２側の面を実装面に向けて、ＬＥＤ素子１００を固定する。フェイスダウン実装は、フリップチップ実装ともいう。この実装形式を採用した場合は、大抵、ＬＥＤ素子１００の基板１０１側の面が発光装置の光取出し方向を向くことになる。従って、フェイスダウン実装は、基板１０１が透光性基板である場合に採用されるのが普通である。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００では、正パッド電極１０５からｐ型層１０２−３への電流の供給が、主として導電性酸化物膜１０４の第１コンタクト部１０４Ａを通して行われる。従って、正パッド電極１０５の直下では、光の発生が抑制される。正パッド電極１０５の直下で発生する光は、当該正パッド電極による吸収を強く受けることになるが、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００では、この光の発生を予め抑えること（この光の発生に費やされる電流を削減すること）によって、損失を減らし、発光出力を改善しているわけである。このような、正パッド電極により吸収され易い光の発生を予め抑えることによる出力の改善効果は、とりわけ、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００をフリップチップ実装した発光装置を構成したときに、顕著に現れることになる。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の半導体積層体１０２側の面が光取出し方向を向くように構成した発光装置（大抵はＧａＮ系ＬＥＤ素子１００をフェイスアップ実装した発光装置）において、正パッド電極１０５の直下での光の発生を抑制することによる出力改善効果が現れることは明らかである。かかる発光装置においては、正パッド電極１０５の直下で発生する光は、当該正パッド電極によって、吸収だけではなく、遮蔽を受けるために、光取出し方向側に効率的に取出すことができない。よって、このような光の発生を予め抑えることによって得られる損失低減の効果が、明確に現れることになる。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００では、正パッド電極１０５とｐ型層１０２−３とが接していないので、発光層１０２−２で発生した後、半導体積層体１０２内を層方向に伝播する光が、正パッド電極１０５により吸収され難いという利点がある。このことによる発光出力の改善効果は、第２導電膜１０４−２の膜厚が大きい程、顕著となる。従って、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００では、第２導電膜１０４−２の膜厚は、０．０５μｍ以上とすることが好ましく、０．１μｍ以上とすることがより好ましく、０．２μｍ以上とすることが更に好ましい。一方で、第２導電膜１０４−２の膜厚を大きくし過ぎると、該第２導電膜による光吸収が問題となってくることから、第２導電膜１０４−２の膜厚は、１μｍ以下とすることが好ましく、０．５μｍ以下とすることがより好ましく、０．３μｍ以下とすることが更に好ましい。

第２導電膜による光吸収の問題を緩和するために、図２に示すように、第２導電膜１０４−２の面積を小さくしてもよい。ここで、図２（ａ）はＧａＮ系ＬＥＤ素子の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。図２の例において、第２導電膜１０４−２の面積を更に小さくして、ＬＥＤ素子を平面視したときの第２導電膜１０４−２の形状およびサイズを、正パッド電極１０５の形状およびサイズと一致させてもよい。

第２導電膜１０４−２による光吸収を抑制するために、図３または図４に示すように、第２導電膜１０４−２に膜厚が局所的に小さくなった部分を設けてもよい。図３の例では、第２導電膜１０４−２の表面に、複数の凹部１０４−２ａを設けている。図４の例では、第２導電膜１０４−２に、複数の貫通孔１０４−２ｂを設けている。凹部１０４−２ａや貫通孔１０４−２ｂは、例えば、第２導電膜１０４−２を成膜後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチング、または、ウェットエッチングにより、該第２導電膜を部分的に除去することによって形成することができる。あるいは、リフトオフ法を用いて、第２導電膜１０４−２を初めから貫通孔１０４−２ｂを有するパターンに形成することもできる。第２導電膜１０４−２に形成する凹部または貫通孔の深さを、発光層１０２−２から放出される光の波長（ＬＥＤ素子１００の内部での波長）と同程度か、それよりも大きくすると、該凹部または貫通孔において光の乱反射が発生するので、それによる光取出し効率の向上効果が期待できる。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の光取出し効率を改善するために、図５に示すように、導電性酸化物膜１０４の表面の、正パッド電極１０５に覆われていない領域に、人為的に凹凸を形成してもよい。ここで、人為的に形成する凹凸とは、加工技術を用いて形成する凹凸のことであり、ＩＴＯ膜などで見られる、多結晶質の薄膜の表面に自発的に形成される凹凸とは区別される。導電性酸化物膜１０４の表面には、人為的に形成する凹凸と、自発的に形成される凹凸とが、両方存在していてもよい。

導電性酸化物膜１０４の表面に人為的に形成する凹凸のパターンとしては、ドット状の凸部（突起）が分散したパターン、ドット状の凹部（窪み）が分散したパターン、ストライプ状の凹部（溝）とストライプ状の凸部（リッジ）とが交互に並んだパターンなどが、好ましく例示される。発光層１０２−２から放出される光がこの凹凸によって乱反射される
ように、凹凸における凹部と凸部の高低差は、導電性酸化物膜１０４中におけるこの光の波長と同程度、または、それよりも大きくする。例えば、発光層１０２−２から放出される光の、空気中での波長が４００ｎｍで、導電性酸化物膜１０４の屈折率が約１．８である場合、導電性酸化物膜の内部における上記光の波長は約２２０ｎｍとなるので、凹部と凸部の高低差は、その半分である１１０ｎｍよりも大きくする。また、隣り合う凸部間の間隔または隣り合う凹部間の間隔は、例えば、０．１μｍ〜２０μｍとすることができる。

導電性酸化物膜１０４の表面に人為的に凹凸を形成するには、例えば、該表面を部分的に覆うエッチングマスクを形成したうえで、エッチング加工を行うことにより、該表面に凹部を形成すればよい。エッチングマスクとして、金属やポリマーからなる微粒子をランダムに堆積させたランダムエッチングマスクや、フォトリソグラフィ技法を用いてパターニングしたフォトレジスト膜を用いることができる。ドライエッチング装置をデポモードで運転したときに生じる微粒子状の堆積物は、ランダムエッチングマスクとして用いることが可能である。エッチング加工には、ドライエッチング（ＲＩＥ、プラズマエッチング）
を用いてもよいし、ウェットエッチングを用いてもよい。図５の例では、導電性酸化物膜１０４の表面（第２導電膜１０４−２の表面）に形成された凹部の底が、第１導電膜１０４−１に達していないが、限定されるものではなく、凹部の底に第１導電膜１０４−１が露出するようにエッチング加工を行ってもよい。好ましくは、エッチング加工は、凹部の底にｐ型層１０２−３が露出しないように行う。ｐ型層１０２−３が露出するまでエッチングを行うと、導電性酸化物膜１０４からｐ型層１０２−３への電流の供給が阻害されることになり、結果として、発光が阻害されることになる。

導電性酸化物膜１０４の表面に人為的に凹凸を形成する他の方法として、リフトオフ法を用いて、第１導電膜１０４−１上に形成する第２導電膜１０４−２の一部をドット状、ストライプ状、ネット状などのパターンに形成して、これを凸部とする方法が挙げられる。図６は、この方法により、導電性酸化物膜１０４の表面に凸部を形成したＧａＮ系ＬＥＤ素子を示す平面図である。図６（ａ）の例では、凸部をなす第２導電膜の一部１０４−２ｃが、円形のドット状にパターニングされている。図６（ｂ）の例では、凸部をなす第２導電膜の一部１０４−２ｃが、ストライプ状にパターニングされている。図６（ｃ）の例では、凸部をなす第２導電膜の一部１０４−２ｃが、ネット状にパターニングされている。この方法によれば、ｐ型層１０２−３と第１コンタクト部１０４Ａとの界面に殆どダメージを与えることなく、導電性酸化物膜１０４の表面を凹凸面とすることができる。

発光層１０２−２では、第１コンタクト部１０４Ａの下方に位置する領域で発光が生じるが、この光が正パッド電極１０５により受ける吸収および／または遮蔽を抑制するには、正パッド電極１０５のできるだけ多くの部分を、第２コンタクト部１０４Ｂの上方に形成することが望ましい。よって、正パッド電極１０５は、面積（ＬＥＤ素子を平面視したときの面積）にして好ましくは２５％以上の部分を、より好ましくは５０％以上の部分を、更に好ましくは７５％以上の部分を、第２コンタクト部１０４Ｂの上に形成する。最も好ましくは、正パッド電極１０５の全体を第２コンタクト部１０４Ｂの上に形成する。

導電性酸化物膜１０４を構成する第１導電膜１０４−１と第２導電膜１０４−２の平面形状や配置は、種々変形することができる。

例えば、図７に示すように、ｐ型層１０２−３上に形成する第１導電膜１０４−１に、その一部を除去した切り欠き部を設け、その上から形成する第２導電膜１０４−２の、上記切り欠き部を覆う領域上に、正パッド電極１０５を形成してもよい。ここで、図７（ａ）はＬＥＤ素子をＧａＮ系半導体層の積層体が形成された側から見た平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。図７（ａ）では、第１導電膜１０４−１の輪郭のうち、第２導電膜１０４−２の下に隠れた部分を破線で表示している。図７の例では、正パッド電極１０５の全体が、導電性酸化物膜１０４の第２コンタクト部１０４Ｂの上に形成されている。

また、図８に示すように、ｐ型層１０２−３上に第２導電膜１０４−２を先に形成し、その上から第１導電膜１０４−１を形成してもよい。ここで、図８（ａ）はＬＥＤ素子をＧａＮ系半導体層の積層体が形成された側から見た平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。図８（ａ）では、第１導電膜１０４−１の下に円形状に形成された第２導電膜１０４−２の外周線を、一点鎖線で表示している。この図８の例において、第１導電膜１０４−１から、正パッド電極１０５と第２導電膜１０４−２との間に挟まれた部分を除去することもできる。即ち、第１導電膜１０４−２に貫通孔を設け、この貫通孔を通して正パッド電極１０５が第２導電膜１０４−２の表面に接する構成とすることができる。このように、第１導電膜と第２導電膜の形成の順序は限定されるものではないが、好ましくは、図１などに示す例のように、第１導電膜を第２導電膜よりも先に形成する。その理由は、早い段階で第１導電膜の形成を行うことにより、第１導電膜を形成する工程の前に、ｐ型層の表面がダメージを受ける確率を下げることができるからである。ｐ型層の表面がダメージを受けると、第１導電膜とｐ型層との接触抵抗が上昇する。第１導電膜とｐ型層との接触抵抗は、ＬＥＤ素子の動作電圧（順方向電圧）に大きく影響する。

導電性酸化物膜内を電流が特定の方向に流れ易くなるよう、導電性酸化物膜のシート抵抗を面内で変化させることも可能である。図９に平面図を示すＧａＮ系ＬＥＤ素子では、導電性酸化物膜１０４に、第１導電膜１０４−１と第２導電膜１０４−２とが積層された多層部と、第１導電膜１０４−１のみからなる単層部とが存在しているが、多層部の方が膜厚が大きいことから単層部よりもシート抵抗が低く、そのために、正電極１０５から供給される電流は、導電性酸化物膜１０４内を、図中に矢印で示す方向に流れ易くなっている。よって、単純化していえば、この電流は、まず多層部内に広がり、それから、単層部に流れることになる。更に、図９のＧａＮ系ＬＥＤ素子では、平面視したときに、多層部と負電極１０３とが略等間隔で離間されているので、この多層部と負電極１０３とに挟まれた導電性酸化物膜１０４の単層部内では電流が面内方向に均一に広がる。その結果、この単層部の下方における発光層１０２−２での発光の均一性が高くなる。図１０に示すのは、負電極１０３と正パッド電極１０５とが、それぞれ、方形のＬＥＤ素子面の対向する角部に設けられている例であるが、正パッド電極１０５から供給される電流は、導電性酸化物膜１０４内を、図中に矢印で示す方向、すなわち、第１導電膜１０４−１と第２導電膜１０４−２とからなる多層部の伸びる方向に、流れ易くなっている。この図１０の例でも、導電性酸化物膜１０４の多層部と負電極１０３とが、単層部を挟んで、略等間隔で離間されている。図１１に示すのは、負電極１０３が、外部電極との接合に用いる材料を接合するための本体部１０３ａと、本体部１０３ａから突き出した突出部１０３ｂとから構成されており、負電極の本体部１０３ａと正パッド電極１０５とが、それぞれ、方形のＬＥＤ素子面の対向する角部に設けられている例であるが、正パッド電極１０５から供給される電流は、導電性酸化物膜１０４内を、図中に矢印で示す方向、すなわち、第１導電膜１０４−１と第２導電膜１０４−２とからなる多層部の伸びる方向に、流れ易くなっている。この図１１の例でも、導電性酸化物膜１０４の多層部と負電極１０３とは、単層部を挟んで略等間隔で離間されている。図９〜図１１の各例において、光取出し効率を改善するために、導電性酸化物膜１０４の単層部の表面に、導電性酸化物材料からなるドット状の凸部を人為的に形成してもよい。この凸部は、第２導電膜１０４−２の一部をドット状にパターニングしたものであってもよい。なお、上記で用いている「単層部」という表現は、第１導電膜、第２導電膜などの内部構造を何ら限定するものではない。

図１２〜図１７に示す例のように、正パッド電極１０５を、ボンディングワイヤ、導電性ペースト、ろう材などを接合するのに用いる本体部１０５ａと、本体部１０５ａから突き出すように設けた突出部１０５ｂとから構成してもよい。正パッド電極１０５に突出部１０５ｂを設けることにより、電流をＬＥＤ素子の面方向に効率的に拡散させることができる。図１２の例では、正パッド電極の本体部１０５ａが円形で、そこから２本の突出部１０５ｂが突き出している。図１３に示す例では、正パッド電極の本体部１０５ａが馬蹄形（矩形における隣接する２つの角を丸めた形状）とされ、２つの突出部１０５ｂが曲がった形状に形成されている。図１４の例では、パッド電極の本体部１０５ａが、方形の角のひとつを丸めた形状に形成されるとともに、方形のＬＥＤ素子面の角の部分に配置され、その本体部１０５ａからひとつの突出部１０５ｂが突き出している。この図１４の例では、負電極１０３も本体部と突出部とから構成されており、その本体部が、方形のＬＥＤ素子面の角の部分に配置されている。図１５の例では、方形のＬＥＤ素子面の角の部分に正パッド電極の本体部１０５ａが配置され、該本体部から２つの突出部１０５ｂが相互に直交する方向に突き出している。図１６に示す例では、方形のＬＥＤ素子面の縁部に配置された方形の正パッド電極の本体部１０５ａから、突出部１０５ｂがＬＥＤ素子面の内側に向かって突き出している。この図１６の例では、正パッド電極の突出部１０５ｂの直下からも、第１導電膜１０４−１が除去されている。図１７に示す例では、本体部１０５ａと突出部１０５ｂとからなる正パッド電極１０５が２つ形成されている。

図１８は、導電性基板を用いたＧａＮ系ＬＥＤ素子の例を示すもので、図１８（ａ）はＬＥＤ素子をＧａＮ系半導体層の積層体が形成された側から見た平面図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子２００は、図１８（ｂ）に断面図を示すように、基板２０１と、その上に形成された複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体２０２とを有している。半導体積層体２０２には、基板２０１側から順に、ｎ型層２０２−１と、発光層２０２−２と、ｐ型層２０２−３とが含まれている。基板２０１の裏面には負電極２０３が形成されている。ｐ型層２０２−３上には、透光性を有する導電性酸化物膜２０４が形成され、該導電性酸化物膜上には正パッド電極２０５が形成されている。
導電性酸化物膜２０４は、第１の導電性酸化物膜（「第１導電膜」）２０４−１と、第２の導電性酸化物膜（「第２導電膜」）２０４−２とから構成されている。第１導電膜２０４−１は、ｐ型層２０２−３の表面を略全面的に覆うように形成されており、その上から第２導電膜２０４−２が形成されている。正パッド電極２０５は第２導電膜２０４−２の表面上に形成されている。正パッド電極２０５は、ボンディングワイヤ、導電性ペースト、ろう材などを接合するための円形の本体部２０５ａと、該本体部から突き出した４つの突出部２０５ｂとから構成されている。図１８（ｂ）に示すように、正パッド電極２０５は、下側パッド電極層２０５−１と上側パッド電極層２０５−２とからなる積層構造を有しており、突出部２０５ｂは下側パッド電極層２０５−１のみに設けられている。正パッド電極の本体部２０５ａの直下において、第１導電膜２０４−１の一部が円形状に除去されており、その部分では、第２導電膜２０４−２がｐ型層２０２−３の表面に接している。図１８（ａ）では、この第１導電膜２０４−１が部分的に除去された領域を破線で示している（破線で囲まれた領域が、第１導電膜２０４−１が除去された領域である）。従って、導電性酸化物膜２０４は、ｐ型層２０２−３と接する部分に、第１導電膜２０４−１の一部である部分（「第１コンタクト部」）２０４Ａと、第２導電膜２０４−２の一部である部分（「第２コンタクト部」）２０４Ｂとを有しているということができる。導電性酸化物膜２０４のｐ型層２０２−３との接触抵抗は、第１コンタクト部２０４Ａにおいて第２コンタクト部２０４Ｂよりも低くなっており、そのために、正パッド電極２０５から導電性酸化物膜２０４を介してｐ型層２０２−３に供給される電流は、主として第１コンタクト部２０４Ａを通してｐ型層２０２−３に流れる。従って、発光層２０２−２においては、主として導電性酸化物膜２０４の第１コンタクト部２０４Ａの下方の領域で光が放出される。正パッド電極２０５は、その本体部２０５ａの全体が第２コンタクト部２０４Ｂの上方に形成されているので、第１コンタクト部２０４Ａの下方で発生する光は、該本体部２０５ａによる吸収および／または遮蔽を受け難い。

図１２〜図１８に示す例では、正パッド電極が本体部１０５ａ、２０５ａと突出部１０５ｂ、２０５ｂとから構成されているが、突出部は形状が細長いことから、突出部による吸収または遮蔽がＬＥＤ素子の出力に与える影響は、本体部のそれに比べて小さい。従って、図１２〜図１５、図１７、図１８に示す例のように、正パッド電極の本体部１０５ａ、２０５ａのみ、その全体を第２コンタクト部１０４Ｂ、２０４Ｂの上に形成することによって、好ましい効果を得ることができる。

次に、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の製造方法について説明する。
ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、基板１０１の上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属化合物気相成長法）、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）などを用いてＧａＮ系半導体結晶をエピタキシャル成長させて、半導体積層体１０２を形成することにより、製造することができる。この場合には、基板１０１として、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、ケイ素、ＧａＮ系半導体（ＧａＮ、ＡｌＧａＮなど）、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、ＬＧＯ、ＮＧＯ、ＬＡＯ、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタンなどの材料からなる結晶基板（単結晶基板、テンプレート）を、好ましく用いることができる。透光性の基板としては、発光層１０２−２から放出される光の波長に応じて、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、ＧａＮ系半導体、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、ＬＧＯ、ＮＧＯ、ＬＡＯなどから選択される材料で構成される基板を好ましく用いることができる。また、導電性の基板としては、炭化ケイ素、ケイ素、ＧａＮ系半導体、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタンなどからなる基板を、好ましく用いることができる。基板１０１の上にＧａＮ系半導体結晶をエピタキシャル成長させるにあたっては、バッファ層技術を用いることが推奨される。好ましいバッファ層として、ＧａＮ系半導体で形成する低温バッファ層や高温バッファ層が例示される。ＧａＮ系半導体結晶のラテラル成長を発生させるために、基板１０１の表面に酸化ケイ素などからなるマスクを部分的に形成したり、あるいは、基板１０１の表面を凹凸状に加工するといったことは、任意に行うことができる。

基板１０１上にＧａＮ系半導体からなる半導体積層体１０２が形成された構造を得るための他の方法として、成長用基板の上にエピタキシャル成長法によりｎ型層１０２−１、発光層１０２−２、ｐ型層１０２−３をこの順に形成して半導体積層体１０２を得た後、エッチング、研削、研磨、レーザリフトオフなどの方法を用いて、該半導体積層体１０２から成長用基板を取り除き、露出したｎ型層１０２−１の表面に、別途準備した基板１０１を貼り合わせる方法を用いることができる。あるいは、同様の方法で半導体積層体１０２を形成し、成長用基板を取り除いた後、露出したｎ型層１０２−１の表面にシード層を形成したうえで、電解メッキまたは無電解メッキによって金属層を５０μｍ以上の厚さに堆積させ、該金属層を基板１０１とする方法も採用可能である。これらの方法では、成長用基板として、上記例示した結晶基板を好ましく用いることができる。ｎ型層１０２−１の表面に貼り合わせることのできる基板の種類や、貼り合わせの方法に限定はなく、従来公知の技術を適宜参照することができる。具体的には、基板の種類として、上記例示した結晶基板や、金属基板、ガラス基板などが例示される。貼り合わせの方法としては、導電性接着剤（導電ペースト、ろう材）を用いる方法、絶縁性接着剤を用いる方法、ダイレクトウェハボンディングなどが例示される。基板１０１をメッキ法を用いて形成する場合には、その材料として、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）などが好ましく例示される。

ｎ型層１０２−１の形成時には、Ｓｉ、Ｇｅなどのｎ型不純物を添加することが好ましい。ｐ型層１０２−３の形成時には、Ｍｇ、Ｚｎなどのｐ型不純物を添加する。ｐ型層１０２−３の形成後、添加したｐ型不純物の活性化を促進させるために、アニーリング処理、電子線照射処理などを行うことができる。発光層１０２−２は、その導電型により限定されるものではなく、例えば、不純物無添加の層であってもよいし、不純物の添加によってｎ型またはｐ型の導電性を付与した層であってもよいし、ｎ型導電性層とｐ型導電性層が混在した積層体であってもよい。ｎ型層１０２−１、発光層１０２−２、ｐ型層１０２−３を構成するＧａＮ系半導体の組成に限定はなく、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど、任意の組成を有するＧａＮ系半導体を用いて構成することができる。好ましくは、ダブルヘテロ構造が形成されるように、発光層とそれを挟む層を構成するＧａＮ系半導体の組成を選択する。発光層は、量子井戸構造とすることが好ましく、特に、障壁層と井戸層を交互に積層した多重量子井戸構造とすることが好ましい。ｎ型層１０２−１、発光層１０２−２、ｐ型層１０２−３のそれぞれは、厚さ方向に均質である必要はなく、各層の内部において、不純物濃度、結晶組成などが厚さ方向に連続的または不連続的に変化していてもよい。また、各層の間に付加的な層を設けることもできる。

積層体１０２は、例えば、次のような構成とすることができる。
ｎ型層１０２−１：膜厚４μｍ、電子濃度５×１０^１８ｃｍ^−３のＳｉドープＧａＮ層。
発光層１０２−２：膜厚８ｎｍのＧａＮ障壁層と膜厚２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層とを、最上層および最下層が障壁層となるように、かつ、含まれる井戸層の層数が２〜２０となるように、交互に積層した多重量子井戸層。
ｐ型層１０２−３：発光層１０２−２に接するｐ型クラッド層と、その上に積層されたｐ型コンタクト層とからなる２層構造の積層体。ｐ型クラッド層は、膜厚１００ｎｍ、Ｍｇ濃度５×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇドープＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層。ｐ型コンタクト層は、膜厚２００ｎｍ、Ｍｇ濃度１×１０^２０ｃｍ^−３のＭｇドープＧａＮ層。

負電極１０３は、公知のＲＩＥ（反応性イオンエッチング）技術を用いてｐ型層１０２−３、発光層１０２−２を部分的に除去し、それによって露出するｎ型層１０２−１の表面に形成することができる。負電極１０３の材料や形成方法については、公知技術を参照することができる。好ましい実施形態では、負電極１０３の、少なくともｎ型層１０２−１と接する部分を、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｗ（タングステン）、Ｖ（バナジウム）などの単体、または、これらから選ばれる１種以上の金属を含む合金を用いて形成することができる。外部電極との接続が容易となるように、負電極１０３には、表層として、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）などからなる層を設けることが好ましい。負電極１０３は、ｎ型層１０２−１と接する部分に、導電性酸化物材料からなる薄層を含んでいてもよい。
負電極１０３の膜厚は、例えば、０．２μｍ〜１０μｍとすることができるが、好ましくは、０．５μｍ〜２μｍである。負電極１０３の形成は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などを用いて行うことができる。負電極１０３の形成は、ｐ型層１０２−３上に導電性酸化物膜１０４などを形成した後に行ってもよい。なお、基板１０１が導電性を有する場合には、負電極を基板の表面に形成することが可能である。また、基板が金属製である場合には、基板自体を負電極として利用することが可能である。

導電性酸化物膜１０４は、好ましくは、Ｚｎ（亜鉛）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（錫）およびＭｇ（マグネシウム）から選ばれる少なくともひとつの元素を含む酸化物で形成することができる。具体的には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどが好ましく例示される。酸化亜鉛に酸化アルミニウムを添加したＡＺＯ、酸化亜鉛に酸化ガリウムを添加したＧＺＯ、酸化錫にフッ素を添加したＦＴＯ、酸化インジウムに酸化亜鉛を添加したＩＺＯなども、ＧａＮ系ＬＥＤ素子の電極に使用可能な導電性酸化物材料として知られている。特に好ましいのはＩＴＯである。導電性酸化物膜１０４の膜厚は、例えば、０．１μｍ〜１μｍとすることができるが、好ましくは、０．２μｍ〜０．５μｍである。導電性酸化物膜１０４は、発光層１０２−２から放出される光の波長における透過率が、８０％以上となるように形成することが好ましい。この透過率は、より好ましくは８５％以上であり、更に好ましくは９０％以上である。その他、発光層１０２−２から放出される光の波長に応じて、無反射膜条件または高反射条件が達成されるように膜厚を調整することもできる。導電性酸化物膜１０４は、抵抗率が１×１０^−４Ωｃｍ以下となるように形成することが望ましい。導電性酸化物膜１０４の形成に用い得る方法としては、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法などが例示される。導電性酸化物膜１０４は、成膜後、必要に応じて熱処理を行ってもよい。導電性酸化物膜１０４の形成方法については、特許文献１、特許文献２などを参照することもできる。第１の導電性酸化物膜１０４−１、第２の導電性酸化物膜１０４−２のパターニングは、例えば、リフトオフ法を用いて行うことができる。また、第１の導電性酸化物膜１０４−１、第２の導電性酸化物膜１０４−２は、ウェハ上の全面に形成した後、不要部分をフォトリソグラフィとエッチングの技法を用いて除去することによって、パターニングすることもできる。ドライエッチングまたはウェットエッチングしたとき、一般的に、導電性酸化物膜の結晶性が高いほど、エッチング速度は小さくなる。よって、ｐ型層上に形成された２つの導電性酸化物膜の結晶性が異なる場合には、結晶性の低い方の膜のみをエッチング加工することが可能である。導電性酸化物膜の結晶性は、成膜条件や、成膜後の熱処理により、制御することができる。一般に、成膜温度が低いほど得られる膜の結晶性は低くなる。また、成膜後の熱処理を高温で行うほど、また、長時間行うほど、膜の結晶性は高くなる。導電性酸化物膜１０４のｐ型層１０２−３との接触抵抗が、第１コンタクト部１０４Ａにおいて第２コンタクト部１０４Ｂよりも低くなるようにするための方法については、前述の通りである。

導電性酸化物膜１０４の形成後、正パッド電極１０５を形成する。正パッド電極１０５の材料は特に限定されないが、好ましい実施形態では、正パッド電極１０５の、少なくとも導電性酸化物膜１０４に接する部分を、白金族（Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）などを用いて形成することができる。正パッド電極１０５の、発光層１０２−２側の部分には、当該正パッド電極による光吸収を低減するために、光反射率の良好な金属であるＡｌ、Ａｇまたは白金族元素を主成分として構成した反射層を設けることが好ましい。かかる反射層を設ける場合、正パッド電極１０５と導電性酸化物膜１０４との間の接着力が低下しないように、該反射層と導電性酸化物膜の表面との間に、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔｉ−Ｗなどからなる透光性の薄膜を挟んでもよい。この薄膜は、膜厚を２０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下、更に好ましくは５ｎｍ以下となるように形成する。また、外部電極との接続が容易となるように、正パッド電極１０５には、表層として、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）などからなる層を設けることが好ましい。正パッド電極１０５の膜厚は、例えば、０．２μｍ〜１０μｍとすることができるが、好ましくは、０．５μｍ〜２μｍである。正パッド電極１０５の形成は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などを用いて行うことができる。

正パッド電極１０５を、本体部１０５ａと突出部１０５ｂとから構成する場合には、本体部１０５ａを外部電極との接続が可能となる最小限の面積に形成することが好ましい。ワイヤボンディングのためには、正パッド電極の本体部を縦横比の小さい形状である、円形または正多角形とすることが好ましい。導電性ペーストやろう材を接合する場合には、正パッド電極の本体部を長方形や台形とすることも好ましい。従って、正パッド電極の本体部の好ましい形状は、円形、矩形、台形、正多角形、または、これらの形状に些細な変形を加えた形状である。ここでいう些細な変形は、（イ）円形を歪ませて楕円形とする変形、（ロ）方形または正多角形のひとつまたは複数の角を丸める変形、（ハ）方形または正多角形のひとつまたは複数の辺を外側に膨らんだ曲線とする変形、を含むものとする。ところで、現在の技術水準では、ワイヤボンディングのためには、パッド電極が直径６０μｍの円を包含するサイズおよび形状を有することが必要といわれているが、将来的には、ワイヤボンディングが可能なパッド電極のサイズが今より小さくなるであろうことはほぼ確実である。

図示していないが、負電極１０３、導電性酸化物膜１０４、正パッド電極１０５の形成が完了した後、外部電極との接続のために露出させておく必要のある負電極１０３の表面および正パッド電極１０５の表面を除いた、ＬＥＤ素子１００の半導体積層体１０２側の表面を、透光性の絶縁保護膜で被覆することが望ましい。この絶縁保護膜は、発光層から放出される光の波長において高い透過率を有する、絶縁性の金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物で形成することが好ましい。ＧａＮ系ＬＥＤの典型的な発光波長の範囲は３５０ｎｍ〜６００ｎｍであるから、この波長範囲における透過率の高い絶縁体が、絶縁保護膜の好適な材料となる。具体的には、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムなどが例示される。絶縁保護膜は、多層膜構造とすることもできる。絶縁保護膜の形成方法に限定はなく、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法などの公知の方法を用いることができる。特に好ましい方法としては、ピンホールがなく、密着性の良好な膜を形成できる、プラズマＣＶＤ法が挙げられる。

絶縁保護膜の形成を行った後、この分野で通常用いられているウェハ分割の方法（例えば、ダイシング、スクライビング、レーザ加工）を用いてウェハを切断し、チップ状のＧａＮ系ＬＥＤ素子１００を得る。チップのサイズは特に限定されるものではなく、例えば、２００μｍ角〜２ｍｍ角とすることができる。チップ形状は矩形（正方形、長方形）に限定されるものではなく、平行四辺形、三角形、五角形、六角形などとしてもよい。レーザ加工技術を用いたウェハ分割法の進歩により、様々なチップ形状のＬＥＤ素子の製造が可能となっている。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、ＳＭＤ（表面実装）型ＬＥＤパッケージ、砲弾型ランプ、ＬＥＤ素子を実装したスラグが金属ベースプリント配線板に固定されるパワーＬＥＤ、ＬＥＤ素子が直接ユニット基板に実装されるチップオンボード（ＣＯＢ）型ユニットなど、各種の発光装置に用いることができる。

上述した各実施形態では、エピタキシャル成長により形成するＧａＮ系半導体膜を保持するための基板がＬＥＤ素子に含まれているが、かかる構成は必須ではない。特表２００７−５１７４０４号公報（ＷＯ２００５／０６２９０５号公報）に開示された技術を用いることにより、ＧａＮ系半導体膜のエピタキシャル成長に用いた基板を、ＬＥＤ素子をフリップチップ実装した後に除去することができる。

本発明は、本明細書に明示的に記載した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲内で、種々の変形が可能である。

本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す図であり、図１８（ａ）は平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 従来のＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。

符号の説明

１００、２００ ＧａＮ系ＬＥＤ素子
１０１、２０１ 基板
１０２、２０２ 半導体積層体
１０２−１ ｎ型層
１０２−２ 発光層
１０２−３ ｐ型層
１０３、２０３ 負電極
１０４、２０４ 導電性酸化物膜
１０４−１、２０４−１ 第１の導電性酸化物膜（第１導電膜）
１０４Ａ、２０４Ａ 第１コンタクト部
１０４−２、２０４−２ 第２の導電性酸化物膜（第２導電膜）
１０４Ｂ、２０４Ｂ 第２コンタクト部
１０５、２０５ 正パッド電極

Claims (19)

1. 複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体を有し、該半導体積層体には、ｐ型層と、該ｐ型層の一方の面側に配置された発光層と、該ｐ型層とで該発光層を挟むように配置されたｎ型層とが含まれており、該ｐ型層の他方の面上に透光性を有する導電性酸化物膜が形成され、該導電性酸化物膜上に正パッド電極が形成されているＧａＮ系ＬＥＤ素子において、
   前記導電性酸化物膜は、第１導電膜と、該第１導電膜と電気的に接続された第２導電膜とを含み、
   前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層と接する部分は、前記第１導電膜の一部である第１コンタクト部と、前記第２導電膜の一部である第２コンタクト部と、からなっており、
   前記正パッド電極の少なくとも一部は、前記第２コンタクト部の上に形成されており、
   前記導電性酸化物膜から前記ｐ型層に流れる電流は、主として前記第１コンタクト部を通して前記ｐ型層に流れることを特徴とする、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
2. 複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体を有し、該半導体積層体には、ｐ型層と、該ｐ型層の一方の面側に配置された発光層と、該ｐ型層とで該発光層を挟むように配置されたｎ型層とが含まれており、該ｐ型層の他方の面上に透光性を有する導電性酸化物膜が形成され、該導電性酸化物膜上に正パッド電極が形成されているＧａＮ系ＬＥＤ素子において、
   前記導電性酸化物膜は、第１導電膜と、該第１導電膜と電気的に接続された第２導電膜とを含み、
   前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層と接する部分は、前記第１導電膜の一部である第１コンタクト部と、前記第２導電膜の一部である第２コンタクト部と、からなっており、
   前記正パッド電極の少なくとも一部は、前記第２コンタクト部の上に形成されており、
   前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層との接触抵抗が、前記第１コンタクト部において前記第２コンタクト部よりも低いことを特徴とする、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
3. 複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体を有し、該半導体積層体には、ｐ型層と、該ｐ型層の一方の面側に配置された発光層と、該ｐ型層とで該発光層を挟むように配置されたｎ型層とが含まれており、該ｐ型層の他方の面上に透光性を有する導電性酸化物膜が形成され、該導電性酸化物膜上に正パッド電極が形成されているＧａＮ系ＬＥＤ素子において、
   前記導電性酸化物膜は、第１導電膜と、該第１導電膜と電気的に接続された第２導電膜とを含み、
   前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層と接する部分は、前記第１導電膜の一部である第１コンタクト部と、前記第２導電膜の一部である第２コンタクト部と、からなっており、
   前記正パッド電極の少なくとも一部は、前記第２コンタクト部の上に形成されており、
   前記第１コンタクト部と前記ｐ型層との接触がオーミック性であり、前記第２コンタクト部と前記ｐ型層との接触が非オーミック性であることを特徴とする、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
4. 複数のＧａＮ系半導体層からなる半導体積層体を有し、該半導体積層体には、ｐ型層と、該ｐ型層の一方の面側に配置された発光層と、該ｐ型層とで該発光層を挟むように配置されたｎ型層とが含まれており、該ｐ型層の他方の面上に透光性を有する導電性酸化物膜が形成され、該導電性酸化物膜上に正パッド電極が形成されているＧａＮ系ＬＥＤ素子において、
   前記導電性酸化物膜は、第１導電膜と、該第１導電膜と電気的に接続された第２導電膜とを含み、
   前記導電性酸化物膜の前記ｐ型層と接する部分は、前記第１導電膜の一部である第１コンタクト部と、前記第２導電膜の一部である第２コンタクト部と、からなっており、
   前記正パッド電極の少なくとも一部は、前記第２コンタクト部の上に形成されており、
   前記第１導電膜が真空蒸着法、レーザアブレーション法またはゾルゲル法により形成されており、前記第２導電膜がスパッタリング法により形成されていることを特徴とする、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
5. 前記第１導電膜が、前記ｐ型層と前記第２導電膜との間に挟まれた部分を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
6. 当該ＧａＮ系ＬＥＤ素子を平面視したとき、前記正パッド電極の形状およびサイズと前記第２導電膜の形状およびサイズとが一致している、請求項５に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
7. 前記正パッド電極の、面積にして２５％以上の部分が、前記第２コンタクト部の上に形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
8. 前記正パッド電極の全体が前記第２コンタクト部の上に形成されている、請求項７に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
9. 前記正パッド電極が、外部電極との接続に用いられる材料を接合するのに用いる本体部と、該本体部から突き出した突出部とから構成されており、少なくとも前記正パッド電極の本体部の全体が前記第２コンタクト部の上に形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
10. 前記導電性酸化物膜の表面の、前記正パッド電極に覆われていない領域に、人為的に形成された凹凸を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
11. 前記導電性酸化物膜が、前記第１コンタクト部と前記ｐ型層との界面上に、前記第１導電膜を含む複数の膜からなる多層構造部を有しており、前記凹凸が該多層構造部の表面に形成されている、請求項１０に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
12. 前記多層構造部が前記第２導電膜を含んでいる、請求項１１に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
13. 前記導電性酸化物膜が、Ｚｎ、Ｉｎ、ＳｎおよびＭｇから選ばれる少なくともひとつの元素を含む酸化物で形成されている、請求項１〜１２のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
14. 前記ｎ型層上に形成され、前記正パッド電極と同一面側に配置された負電極を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、
    前記導電性酸化物膜が、前記第１コンタクト部と前記ｐ型層との界面上に形成された高シート抵抗部と、該高シート抵抗部よりも相対的に低いシート抵抗を有する低シート抵抗部とを有しており、
    当該ＧａＮ系ＬＥＤ素子を平面視したとき、前記低シート抵抗部と前記負電極とは前記高シート抵抗部を挟んで略等間隔で離間しており、前記正パッド電極は前記高シート抵抗部と前記低シート抵抗部との境界よりも前記低シート抵抗部側で前記導電性酸化物膜に接している、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
15. 前記ｎ型層上に形成され、前記正パッド電極と同一面側に配置された負電極を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、
    前記導電性酸化物膜が、前記第１コンタクト部と前記ｐ型層との界面上に形成された高シート抵抗部と、該高シート抵抗部よりも相対的に低いシート抵抗を有する低シート抵抗部とを有しており、
    当該ＧａＮ系ＬＥＤ素子を平面視したとき、前記低シート抵抗部と前記負電極とは前記高シート抵抗部を挟んで略等間隔で離間しており、
    前記正パッド電極から供給される電流が前記低シート抵抗部を通して前記高シート抵抗部に流れるように、前記正パッド電極が前記導電性酸化物膜に接続されている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
16. 前記高シート抵抗部が前記第１導電膜のみから形成されており、前記低シート抵抗部が前記第１導電膜と前記第２導電膜とを含む多層構造を有している、請求項１４または１５に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
17. 前記高シート抵抗部が、前記第１導電膜の表面に人為的に形成された、導電性酸化物材料からなるドット状の凸部を有している、請求項１４または１５のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
18. 前記正パッド電極が、Ａｌ、Ａｇまたは白金族元素を主成分とする反射層を有する、請求項１〜１７のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子をフリップチップ実装してなる発光装置。

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