JP2008300719A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッド電極による光の吸収を低減するとともに、パッド電極直下の透明導電層への電流の集中による破壊を防止し、発光出力の向上、および耐久性の向上を図る。
【解決手段】第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の上面の少なくとも一部に形成された発光層と、前記発光層の上に形成された第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層の上面の少なくとも一部に形成された絶縁層と、前記第２導電型半導体層の上面の略全面に、一部が前記絶縁層を介して形成された透光性導電膜と、前記絶縁層の上に前記透光性導電膜を介して形成されたパッド電極と、を備える半導体発光素子であって、前記絶縁層と前記第２導電型半導体層との間に、前記発光層からの光を反射する反射層を有することを特徴とする半導体発光素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。

近年、半導体発光素子が、その特性を活かして各種の分野で利用されている。例えば、大型ディスプレイや信号機、携帯電話のバックライト光源などへの普及が顕著である。特に、窒化ガリウム等の窒化物系半導体を用いた半導体発光素子は、紫外光、青色光、緑色光等の発光が可能であり、高効率で低消費電力である上、小型化可能で機械的な振動等にも強く、長寿命で信頼性が高い等の利点を有することから、各方面での利用が進んでいる。

この半導体発光素子は、ｎ型半導体層と、発光層を介して形成されたｐ型半導体層とを有し、ｎ型半導体層とｐ型半導体層から発光層に注入される正孔および電子の再結合によって発生する光を利用するものである。この半導体発光素子においては、発光した光を外部に取り出して有効利用できるように、光の取り出し効率を高めることが重要となる。この半導体発光素子の一例として、ｐ型半導体層の上に積層された透明導電膜からなる電極部と、その電極部の上部に形成されたパッド電極Ａと、発光層を切り欠いて形成されるｎ型半導体層の露出面に形成されたパッド電極Ｂとを備える構造の半導体発光素子がある。この透明導電膜の上に設けられるパッド電極Ａと、ｎ型半導体層に設けられるパッド電極Ｂとは、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の間に電圧を印加してｎ型半導体層とｐ型半導体層から電子および正孔を発光層に注入するために、ワイヤボンディング接続やバンプ接続によって外部回路と接続される。

しかし、この半導体素子の製造において、パッド電極ＡおよびＢにボンディングワイヤ接続やバンプ接続を行うと、パッド電極直下の半導体層の領域にダメージが生じる。そして、このダメージが通電時に電極付近の劣化による半導体発光素子の耐久性の低下を招く原因となる問題がある。また、パッド電極直下の領域は、発光層で発生した光を遮蔽し、半導体発光素子の光の取り出し効率、発光出力を低下させる原因となる。

そこで、特許文献１には、図５に示すように、半導体層５１、発光層５２および半導体層５３からなる積層構造体の上に、パッド電極５７の直下にある透明電極層５６の下に、Ｔｉ等からなるバリア層５５を介して高抵抗層５４を形成し、パッド電極５７の直下に電流が流れにくくした構造が開示されている。そして、高抵抗層５４としてはＳｉＯ_２からなる層が例示されている。

また、特許文献２には、図６に示すように、ｐ型窒化物半導体層６３の上に、透光性導電層６４が形成され、透光性導電層６４の上に部分的に絶縁性を備えた透光性膜６５と反射膜６６とが設けられ、さらにその上にパッド電極層６２が設けられ、この透光性膜６５と反射膜６６とが透光性導電層６４の表面の一部に部分的に設けられることにより、パッド電極層６２と透光性導電層６４の界面の劣化を低減した半導体発光素子６１が開示されている。そして、透光性導電膜６４と透光性膜６５としては、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３からなる層が例示され、反射膜としてはＡｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｐｔなどが例示されている。また、特許文献３には、表面に電流素子層とその上にパッド電極とを有し、パッド電極が透光性電極と連結する電極連結部を有した発光素子が開示されている。
特開平８−２５０７６９号公報 特開２００５−１９７２８９号公報 国際公開第ＷＯ９８／４２０３０号パンフレット

しかし、前記の高抵抗層５４を設ける構造の半導体発光素子では、高抵抗層５４を設けることによって、パッド電極５７の直下に電流が流れにくくなり、パッド電極５７の直下ではそれ以外の領域に比べて発光が弱まるが、パッド電極５７直下以外の領域で発生する光が半導体層５３を導波し、パッド電極５７に当たると光が吸収され、結局、発光出力が低下してしまう問題が依然として残る。

また、透光性導電層６４と反射膜６６とを設ける構造の半導体発光素子では、反射膜６６で光が反射され、パッド電極での吸収は低減できるが、反射膜６６および透光性膜６５が設けられていない透光性導電層６４の上面は開口しているため、この開口部６２ａからパッド電極層６２の直下以外の領域で発生する光が導波され、依然としてパッド電極による光の吸収に起因する発光出力の低下の問題は残る。さらに、透光性導電層６４と反射膜６６とを設ける構造と、高抵抗層５４を設ける構造とを併有する半導体発光素子においては、透光性膜が電気的に絶縁されるとともに、光を透過させ、反射膜が光を反射するように設けると、膜厚が厚くなってしまい、その透光性膜と反射膜を設けた部分での段差が大きくなり、さらに、透光性導電層を設けると、段差部で透明電極の厚みが小さくなってしまい、そこにパッド電極からの電流が集中し、破壊を招く虞がある。

そこで、本発明は、パッド電極による光の吸収を低減するとともに、パッド電極直下の透明導電層への電流の集中による破壊を防止し、発光出力の向上、および耐久性の向上を図ることができる半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の上面の少なくとも一部に形成された発光層と、前記発光層の上に形成された第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層の上面の少なくとも一部に形成された絶縁層と、前記第２導電型半導体層の上面の略全面に、一部が前記絶縁層を介して形成された透光性導電膜と、前記絶縁層の上に前記透光性導電膜を介して形成された第２導電側パッド電極と、を備える半導体発光素子であって、前記絶縁層と前記第２導電型半導体層との間に、前記発光層からの光を反射する反射層を有することを特徴とする。

この半導体発光素子では、第２導電型半導体層の上面の少なくとも一部に形成された絶縁層と前記第２導電型半導体層との間に設けられた反射層によって、発光層からの光を反射して、第２導電側パッド電極による光の吸収を低減するとともに、前記絶縁層によってパッド電極直下の透光性導電層への電流の集中を防止することができる。

また、請求項２に係る発明は、前記半導体発光素子において、前記反射層は、第１の金属を含み、前記第２導電型半導体に最も近接する側に配設された反射膜を少なくとも１層有し、かつ前記絶縁層は、前記第１の金属の酸化物を含むことを特徴とする。

この半導体発光素子では、反射層において、第２導電型半導体に最も近接する側に配設された反射膜が、発光層からの光を反射して、第２導電側パッド電極による光の吸収を低減するとともに、前記絶縁層によって第２導電側パッド電極直下の透光性導電層への電流の集中を防止することができる。

請求項３に係る発明は、前記第１の金属が、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする。

この半導体発光素子では、反射層を構成する第１の金属がＡｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種であることによって、発光層からの光を高効率で反射して、第２導電側パッド電極による光の吸収を低減することができる。

請求項４に係る発明は、前記半導体発光素子において、前記第１の金属からなる層の膜厚が５０ｎｍ以上であり、かつ前記絶縁層の膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする。

この半導体発光素子では、第１の金属からなる層の膜厚を５０ｎｍ以上にすることによって、発光層からの光を効率よく反射させることができるとともに、絶縁層の膜厚を１０ｎｍ以下とすることによって、第２導電側パッド電極直下の透光性導電層への電流の集中を防止することができる。

請求項５に係る発明は、前記半導体発光素子において、前記透光性導電膜の膜厚が１００ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする。

この半導体発光素子では、透光性導電膜の膜厚が１００ｎｍ以上、１μｍ以下にすることによって、第２導電側パッド電極直下以外の領域の発光層に均一な電流が流れるとともに、透光性導電層による光の吸収による発光出力の低下を防止することができる。

請求項６に係る発明は、前記半導体発光素子において、前記透光性導電膜が、Ｉｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物からなることを特徴とする。

この半導体発光素子では、透光性導電膜をＩｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物で構成することが好ましい。特に、前記反射層をＡｌで構成し、この反射層と接して透光性導電膜を設けた場合、ＡｌはＩｎやＳｎよりもイオン化傾向が大きいことから、Ａｌが酸化物を作り、絶縁膜として安定した膜が得られるので特に好ましい。

請求項７に係る発明は、前記半導体発光素子において、前記第２導電側パッド電極は、上方から見て前記第２導電側パッド電極の外周が前記反射層の外縁より内側または外縁に重なるように形成されていることを特徴とする。

この半導体発光素子では、第２導電側パッド電極を、上方から見て前記第２導電側パッド電極の外周が前記反射層の外縁より内側または外縁に重なるように形成されていることによって、第２導電側パッド電極に発光層からの光が入射しないため、パッド電極による光の吸収を低減することが可能となる。

請求項８に係る発明の半導体発光素子の製造方法は、第１導電型半導体層の上に、発光層および第２導電型半導体層の順に積層する工程と、前記第２導電型半導体層の上表面の一部に、前記発光層からの光を反射する反射層を形成する工程と、前記反射層の露出された上面に絶縁層を形成する工程と、前記第２導電型半導体層の露出面と前記絶縁層の上に透光性導電膜を形成する工程と、前記絶縁層の上部に、前記透光性導電膜に接してパッド電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

この半導体発光素子の製造方法では、第１導電型半導体層の上に、発光層および第２導電型半導体層の順に積層する工程と、前記第２導電型半導体層の上表面の一部に、前記発光層からの光を反射する反射層を形成する工程と、前記反射層の露出された上面に絶縁層を形成する工程と、前記第２導電型半導体層の露出面と前記絶縁層の上に透光性導電膜を形成する工程と、前記絶縁層の上部に、前記透光性導電膜に接して第２導電側パッド電極を形成する工程とを、順次、行うことによって、前記半導体発光素子を製造することができる。

請求項９に係る発明は、前記の半導体発光素子の製造方法において、前記絶縁層を形成する工程は、前記反射層の表面を不動態化する段階を含むことを特徴とする。

この半導体発光素子の製造方法では、反射層の表面を不動態化する段階を含む工程によって、反射層の上にパッド電極直下の透光性導電層への電流の集中を防止することができる絶縁層を形成することができる。

請求項１０に係る発明は、前記の半導体発光素子の製造方法において、前記絶縁層を形成する工程は、前記反射層の表面を酸化性溶液で処理する段階を含むことを特徴とする。

この半導体発光素子の製造方法では、反射層の表面を酸化性溶液で処理する段階を含む工程によって、反射層の上に、第２導電側パッド電極直下の透光性導電層への電流の集中を防止することができる絶縁層を形成することができる。

請求項１１に係る発明は、前記の半導体発光素子の製造方法において、前記反射層を形成する工程は、前記反射層の最も第２導電型半導体層に近接する側に第１の金属からなる層を形成する段階を含むことを特徴とする。

この半導体発光素子の製造方法では、反射層の最も第２導電型半導体層に近接する側に第１の金属からなる層を形成する段階を含む工程によって、発光層からの光を最も効率よく反射させることができる第１の金属からなる層が、前記反射層の最も第２導電型半導体層に近接する側に配設された半導体発光素子を得ることができる。

請求項１２に係る発明は、前記の半導体発光素子の製造方法において、前記パッド電極を形成する工程は、上方から見て前記第２導電側パッド電極の外周が前記反射層の外縁より内側または外縁に重なるように形成する段階であることを特徴とする。

この前記の半導体発光素子の製造方法では、上方から見て前記第２導電側パッド電極の外周が前記反射層の外縁より内側または外縁に重なるように形成する段階によって、第２導電側パッド電極に発光層からの光が入射せず、第２導電側パッド電極による光の吸収が低減された半導体発光素子を得ることができる。

本発明の半導体発光素子は、第２導電型半導体層の上面の少なくとも一部に形成された絶縁層と前記第２導電型半導体層との間に設けられた反射層によって、発光層からの光を反射して、第２導電側パッド電極による光の吸収を低減するとともに、前記絶縁層によってパッド電極直下の透光性導電層への電流の集中を防止して、高い発光出力と耐久性を得ることができる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、反射層によって、発光層からの光を反射して、第２導電側パッド電極による光の吸収を低減するとともに、絶縁層によってパッド電極直下の透光性導電層への電流の集中を防止して、高い発光出力と耐久性を得ることができる半導体発光素子を製造することができる。

以下、本発明に係る半導体発光素子（以下、「本発明の素子」という）およびその製造方法について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子１の層構成を示す断面模式図である。
図１に示す半導体発光素子１は、基板２の上に、第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５、反射層６、絶縁層７、透光性導電層８および第１パッド電極（第２導電側パッド電極）９の順に積層された層構成を有する。また、第１導電型半導体層３の一部切り欠き面３ａの上に第２パッド電極１０を有する。

基板２は、第１導電型半導体層３を構成する半導体をエピタキシャル成長させることが可能な格子整合性を有する材料で構成され、その面積および厚さ等は特に制限されない。基板２を構成する材料としては、例えば、サファイア、スピネル等の絶縁性材料、炭化ケイ素、ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、ニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物材料などが挙げられる。

基板２の上に形成される第１導電型半導体層３と、その第１導電型半導体層３の上部に発光層４を介して形成される第２導電型半導体層５とは、半導体材料からなる層にドーパントをドープして、ｎ型またはｐ型の半導体層を形成する。この第１導電型半導体層および第２導電型半導体層を構成する半導体材料の具体例としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（Ｉｎ_αＡｌ_βＧａ_{１−α−β}Ｎ、０≦α、０≦β、α＋β≦１）、ＩＩＩ族元素として一部若しくは全部にＢなどを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂなどで置換した混晶、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等のＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ等のＩｎＰ系材料、これらの混晶であるＩｎＧａＡｓＰ等の他のIII−Ｖ族化合物半導体などが挙げられる。また、半導体材料にドープされるドーパントとしては、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素、ｐ型ドーパントとして、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられる。

また、これらの第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５は、それぞれ多層構造に形成されていてもよい。例えば、第１導電型半導体層３は、基板２の上に、コンタクト層、クラッド層の順に積層された多層構造を有していてもよい。また、第２導電型半導体層５は、発光層３の上にクラッド層、コンタクト層の順に積層された多層構造を有していてもよい。また、基板２と第１導電型半導体層３との間、第２導電型半導体層５とその上の上層との間に、バッファ層を形成してもよい。さらに、第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５が多層構造を有する場合、多層構造は、アンドープの半導体材料またはドープされた半導体材料で形成された層とを交互に積層して構成されていてもよい。

さらに、第１導電型半導体層３には、発光層４を積層した上面を除き、その第１導電型半導体層の上面を切り欠いて形成された面３ａの上には、第２パッド電極１０が設けられる。前記第１パッド電極（第２導電側パッド電極）９と、この第２パッド電極との間に電圧を印加することによって、第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５から、発光層４に正孔と電子が注入される。

また、発光層４は、ｎ型またはｐ型の半導体層である、第１導電型半導体層３と、第２導電型半導体層５とから注入される正孔および電子の再結合に生成するエネルギを光として放出するものである。この発光層４は、前記第１導電型半導体層３の上面の少なくとも一部に形成される。

この発光層４は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有するものが好ましい。また、この発光層４を構成する半導体材料は、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれのものでもよい。なかでも、ノンドープまたはｎ型不純物ドープの半導体材料で形成されることが好ましい。さらに、例えば、井戸層をアンドープとし、障壁層をｎ型不純物ドープとしてもよい。さらにまた、井戸層にドープするドーパントの種類およびドープ゜量を選択することによって、半導体発光素子の目的、用途等に応じて発光層４で生成する光の波長を調整することができる。例えば、窒化物半導体からなる発光層４では、６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長の光を発光することができるが、井戸層にＡｌをドープすることによって、従来のＩｎＧａＮの井戸層では困難な波長域、具体的には、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長を得ることができる。

絶縁層７は、第２導電型半導体層５の上面の少なくとも一部に、この絶縁層７と第２導電型半導体層５との間に、絶縁層７が反射層６を覆うように形成される。この絶縁層７は、第１パッド電極９の直下の透光性導電層８の領域への電流の集中を防止するものである。

反射層６は、絶縁層７と第２導電型半導体層５との間に設けられ、発光層４から放出される光を反射する層である。この反射層６は、発光層４からの光を反射して、第１パッド電極（第２導電側パッド電極）９による光の吸収を低減する役割を有する。

この反射層６と絶縁層７は、反射層６が第１の金属を含み、かつ絶縁層７が、第１の金属の酸化物を含む構成とすることができる。また、反射層６は、同一の材料で形成された１層で構成されていてもよいし、異なる材料で形成された多層構造で構成されていてもよい。例えば、図２に示すように、反射層６の最も第２導電型半導体層５に近接する側に反射膜３１を形成し、さらに反射膜３１３１の上に第１の金属からなる第１の金属膜３２を形成してもよい。特に、図２に示すように、反射膜３１が、反射層６の最も第２導電型半導体層５に近接する側に配設されていることによって、発光層４からの光を最も効率よく反射させ、第１パッド電極９による光の吸収を低減して発光効率の向上を図ることができる。

この半導体発光素子では、絶縁層が、第１の金属の酸化物を含む構成によって、反射層６によって、発光層４からの光を反射するとともに、絶縁層７によって第１パッド電極９直下の透光性導電層８への電流の集中を防止することができる。

反射層６および絶縁層７の構成成分である第１の金属として、例えば、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種が挙げられ、これらを用いることによって、発光層４からの光を効率よく反射して、発光効率の向上を得ることができる。第１の金属としては、Ｎｉ、ＴｉおよびＡｌが好ましく、特に、Ａｌを用いて構成される反射層６は、発光層からの光を効率よく反射させることができる点で、好ましい。また、反射層６と絶縁層７を同一材料で構成することによって、第１パッド電極の直下に複数の層が形成されても、各層の密着性に優れた半導体発光素子が得られる点で、好ましい。さらに、この反射層６と絶縁層７を同一材料で形成することによって、絶縁層７の膜厚を小さくしても絶縁性に優れた半導体発光素子を得ることができる点で、好ましい。

また、反射層６の膜厚は、発光層からの光を効率よく反射させることができる点で、好ましくは５０ｎｍ以上である。この反射層６は、厚くない方が好ましく、膜厚の上限は、特に制限されないが、２００ｎｍ程度である。
さらに、絶縁層７の膜厚は、第１パッド電極９の直下の透光性導電層８への電流の集中を防止することができる点で、好ましくは１０ｎｍ以下である。この絶縁層７の膜厚の下限は、特に制限されないが、３ｎｍ程度である。

透光性導電膜８は、第２導電型半導体層５の上面の略全面に、一部が絶縁層７を介して形成され、第１パッド電極９から第２導電型半導体層５に電流を注入するとともに、発光層４からの光を透過して外部に放出するためのものである。ここで、透光性とは、発光層４で発生する光が透過可能であることを意味する。

この透光性導電膜８は、特に制限されないが、Ｉｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物からなるものが好ましい。具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２等、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎの酸化物等で形成することができる。特に、反射層６をＡｌで構成し、この反射層６と接して透光性導電膜８を設けた場合、ＡｌはＩｎやＳｎよりもイオン化傾向が大きいことから、Ａｌが酸化物を作り、絶縁膜として安定した膜が得られるので特に好ましい。

透光性導電膜８の膜厚は、第２導電側パッド電極直下以外の領域の発光層に均一な電流が流れるとともに、透光性導電層による光の吸収による発光出力の低下を防止することができる点で、１００ｎｍ以上、１μｍ以下が好ましい。

第１パッド電極（第２導電側パッド電極）９は、絶縁層７の上に前記透光性導電膜８を介して形成され、透光性導電膜８を介して、第２導電型半導体層５に電流を注入するためのものである。この第１パッド電極９は、半導体発光素子１の上方から見て第１パッド電極９の外周が反射層６の外縁より内側または外縁に重なるように形成されていることが好ましい。第１パッド電極９を、上方から見て第１パッド電極９の外周が反射層６の外縁より内側または外縁に重なるように形成されていることによって、第２導電側パッド電極に発光層からの光が入射しないため、パッド電極による光の吸収を低減することが可能となる。

ここで、半導体発光素子１における第１パッド電極９（第２導電側パッド電極）および第２パッド電極（第１導電側パッド電極）１０の配置について説明する。
半導体発光素子１において、図３の平面図に示すように、前記透光性導電層８の上に形成された第１パッド電極９と、第１導電型半導体層３の切り欠き面３ａの上に形成された第２パッド電極１０とは、半導体発光素子１の隅部に対角配置されていてもよい。第１パッド電極９の下部の透光性導電層８、第２導電型半導体層５、発光層４および第１導電型半導体層３は、保護膜２１ａによって被覆され、第１パッド電極９の頂面９ａは、ボンディングワイヤ等によって電気的に接続される。第２パッド電極１０の下部の第１導電型半導体層３は、保護膜２１ｂによって被覆され、第２パッド電極１０の頂面１０ａは、ボンディングワイヤ等によって電気的に接続される。

また、半導体発光素子１において、図４に示すように、第１パッド電極９（第２導電側パッド電極）は、第１パッド電極９が配設されている隅部から半導体発光素子１の辺方向に沿って延設された延伸部４１ａ，４１ｂを有する構造としてもよい。この延伸部４１ａ，４１ｂによって、透光性導電層８を介して電流を均一に広げて、第２導電型半導体層５の全面に亘ってより均一に電流を流すことができる。そして、これらの延伸部４１ａ，４１ｂの直下に反射層６および絶縁層７を設けてもよい。

この半導体発光素子１において、第２導電型半導体層５の上面の少なくとも一部に形成された絶縁層７と前記第２導電型半導体層５との間に設けられた反射層７によって、発光層からの光を反射して、第１パッド電極（第２導電側パッド電極）９による光の吸収を低減するとともに、前記絶縁層７によって第１パッド電極９の直下の透光性導電層８への電流の集中を防止することができる。これによって、高い発光出力と耐久性を得ることができる。

本発明の素子は、下記の工程（１）〜（５）およびその他の工程を順次行うことによって製造することができる。
（１）第１導電型半導体層３の上に、発光層４および第２導電型半導体層５の順に積層する工程
（２）前記第２導電型半導体層５の上表面の一部に、前記発光層４からの光を反射する反射層６を形成する工程
（３）前記反射層６の露出された上面に絶縁層７を形成する工程
（４）前記第２導電型半導体層５の露出面と前記絶縁層６の上に透光性導電膜８を形成する工程
（５）前記絶縁層７の上部に、前記透光性導電膜８に接して第１パッド電極（第２導電側パッド電極）９を形成する工程
本発明の素子を製造する方法は、前記の工程のみに制限されず、必要に応じて、他の工程を行うことができる。例えば、これらの工程（１）〜（５）の他に、基板の洗浄工程、熱処理工程等を前記の（１）〜（５）の前工程、途中の工程または後工程として行うことができる。

第１導電型半導体層３の上に、発光層４および第２導電型半導体層５の順に積層する工程（１）は、洗浄された基板２の上表面に、所要の半導体材料、ドーパントなどを含むガスを供給して、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線気相成長法）等の気相成長装置を用いて、気相成長させることにより行うことができる。このとき、形成する導電型半導体層の種類、例えば、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層および発光層４の各層の層構成および構成材料、層の膜厚等に応じて、供給するガスが含有する半導体材料およびドーパントの成分種、組成等を切り換えては、窒素ガス等の不活性ガスをキャリアガスとして用いて基板２上に供給することによって形成することができる。

また、第２導電型半導体層５の上表面の一部に、前記発光層４からの光を反射する反射層６を形成する工程（２）は、第２導電型半導体層５の上表面に、レジスト膜の上からＲｌＥ（reactiveion etching）やイオンミリング（ion milling）、リフトオフ等の方法により形成するフォトマスクを用いてスパッタリング法等によって、反射層６の構成材料を積層することによって行うことができる。例えば、第２導電型半導体層５の上表面にマスクを設け、反射層６の構成材料をスパッタリングにより積層した後、リフトオフにより、反射層６を形成することができる。
この工程（２）において、反射層６は、同一の材料で形成してもよいし、図２に示すように、反射層６の最も第２導電型半導体層５に近接する側に第１の金属層３１を形成し、さらに第１の金属層３１の上に他の構成材料または第１の金属からなる層３２を形成してもよい。

反射層６の露出された上面に絶縁層７を形成する工程（３）は、（３−１）反射層６の露出された上面を不動態化して絶縁層７を形成する段階、（３−２）反射層６の露出された上面に、フォトマスクを用いてスパッタリング法等によって、絶縁層７の構成材料を積層する段階、あるいはスパッタリングによる反射層６の形成の途中に雰囲気中に酸素を添加して反射層６の構成材料を酸化させて絶縁層を形成する段階などのいずれの段階によって行ってもよい。特に、（３−１）反射層６の露出された上面を不動態化して絶縁層７を形成することによって、反射層６との密着性に優れる絶縁層７を容易に形成することができるとともに、膜厚の薄い絶縁層７でも、絶縁性に優れた半導体発光素子を得ることができる利点がある。この反射層６の表面を不動態化する方法として、（ａ）反射層６の表面を、酸化性溶液で処理する方法、（ｂ）紫外光（ＵＶ）などを用いたアッシング、（ｃ）オゾンなどを用いて洗浄する方法、（ｄ）酸素雰囲気でアニールする方法などのいずれの方法によっても行うことができる。これらの方法のいずれも反射層６の表面が不動態化する程度に行うものとし、半導体層（第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層）が化学的変化を起こさない程度にすることが必要である。特に酸素中でのアニールを用いる場合、温度は３５０℃以下程度が好ましい。これらの方法の中でも、基板としてサファイア基板を用いる窒化物半導体発光素子では、ＧａＮやサファイアが溶解したり、化学変化しない点で、酸化性溶液で反射層６の表面を処理することが好ましい。酸化性溶液としては、例えば、濃硝酸、硫酸等が挙げられ、中でも濃硝酸が好ましい。

第２導電型半導体層５の露出面と前記絶縁層６の上に透光性導電膜８を形成する工程（４）は、第２導電型半導体層５の反射層６および絶縁層７によって被覆されていない露出面に、スパッタリング法等によって、例えば、Ｉｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物を積層することによって、行うことができる。

絶縁層７の上部に、前記透光性導電膜８に接して第１パッド電極（第２導電側パッド電極）９を形成する工程（５）は、前記反射層６および絶縁層７の上部に積層された透光性導電層８の上表面に、フォトマスクを用いてスパッタリング等によって、電極材料を積層することによって行うことができる。このとき、第１パッド電極（第２導電側パッド電極）９を、前記反射層６の外縁６ａよりも内側になるように形成することによって、半導体発光素子１の上方から見て第１パッド電極９の外周が反射層６の外縁より内側または外縁に重なるように形成することによって、第１パッド電極９に発光層４からの光が入射しないようにして、第１パッド電極９による光の吸収を低減することができる。

また、第２パッド電極（第１導電側パッド電極）１０は、発光層４および第２導電型半導体層５、さらに、第１導電型半導体層３の一部を選択的にエッチング等によって除去して露出される第１導電型半導体層３の切り欠き面３ａに、スパッタリング法等によって、電極材料を積層することによって、形成することができる。

以下、本発明の素子およびその製造方法の実施形態として、発光ピークが紫外域にある発光波長４６０ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ半導体を有する窒化物半導体発光素子を例にとり具体的に説明する。

［第１実施形態］
洗浄したサファイア基板（直径：２インチ（５．０８ｃｍ）、（０００１）Ｃ面を主面とする）上に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、ＮＨ_３およびドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法によって窒化物半導体を成膜する。このとき、ドーパントガスとしてＳｉＨ₄とビシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を切り替えることによって、下記の方法によって、ｎ型窒化物半導体層（第１導電型半導体層）、活性層（発光層）およびｐ型窒化物半導体層（第２導電型半導体層）を形成する。

まず、サファイア基板上に、５００℃にてＧａＮよりなるバッファ層を２０ｎｍの膜厚にて成長させた後、温度を１０５０℃にしてアンドープＧａＮ層を５μｍの膜厚に成長させる。

（ｎ型半導体層）
次に、ｎ型コンタクト層、およびｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した。まず、１０５０℃で、同じく原料ガスＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。次に、シランガスの供給を止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を７．５ｎｍの膜厚で成長させた。続いて、同温度にてシランガスを追加してＳｉを４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮ層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。

このようにして、７．５ｎｍのアンドープＧａＮからなるＡ層と、ＳｉドープＧａＮ層を有する２．５ｎｍのＢ層とからなるペアを成長させる。そしてペアを２５層積層して２５０ｎｍ厚として、超格子構造の多層膜よりなるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる。

（活性層）
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５ｎｍの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ Ｇａ Ｎよりなる井戸層を３ｎｍの膜厚で成長させる。そして、障壁＋井戸＋障壁＋井戸＋……＋障壁の順で障壁層を７層、井戸層を６層、交互に積層して、総膜厚１９３ｎｍの多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させる。

（ｐ型半導体層）
次に、ｐ側多層膜クラッド層およびｐ型コンタクト層からなるｐ型半導体層を形成する。
まず、温度１０５０℃で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、ＣＰ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりなる第３の窒化物半導体層を４ｎｍの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、ＣＰ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎよりなる第４の窒化物半導体層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。そして、これらの成膜操作を繰り返して行い、第３＋第４の順で交互に５層ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層を４ｎｍの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｐ側多層膜クラッド層を３６．５ｎｍの膜厚で成長させる。

続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、ＣＰ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を７０ｎｍの膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウエハを反応容器内に置いて、７００℃でアニールを行い、ｐ型半導体層をさらに低抵抗化する。

次に、エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体層に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出させた。具体的には、サファイア基板を反応容器から取り出し、表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応イオンエッチング）装置にてｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層側からエッチングを行い、第二角部（図３に示す隅部１ａ）にｎ型コンタクト層の表面を露出させる。

以上のようにして、サファイア基板の上に、（ａ）アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、およびｎ型クラッド層となるＳｉが含有されたＡｌＧａＮ層からなる第１導電型半導体層と、（ｂ）井戸層を構成するＡｌＩｎＧａＮ層、井戸層よりもＡｌ含有量が多いバリア層となるＡｌＩｎＧａＮ層を１セットとし５セット積層させた多重量子井戸構造の発光層と、（ｃ）Ｍｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、静電耐圧を高めるＧａＮ層、およびＭｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層からなる第２導電型半導体層と、を順次積層させた構成の窒化物半導体層を得る。

次に、第２導電型半導体層のｐ型コンタクト層（ＧａＮ層）の上に、反射層として、Ａｇを５０ｎｍ、その上にＳｉＯ_２からなる膜厚３００ｎｍの絶縁層を形成し、さらにＩＴＯからなる膜厚１７０ｎｍの透光性導電層、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ＝２ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍからなる第１パッド電極を形成する。

また、第１導電型半導体層のｎ型コンタクト層の表面上にも、第１パッド電極と同一構造からなる第２パッド電極を形成する。このとき、第１パッド電極と第２パッド電極とを、同一の材料を用いて形成することで工程を少なくすることができる利点がある。しかし、異なる材料を用いてもよい。
第１パッド電極および第２パッド電極の形成後、サファイア基板を厚さが約８０μｍになるまで研磨した。このように基板を研磨して薄くしておくことで、分割しやすくなる。出来上がった素子にスクライブラインを引いた後、外力により分割させて、半導体発光素子を得る。

以上のように製造された半導体発光素子について、発光効率および耐久性を評価した結果、従来の反射層を配設していない半導体発光素子（例えば、特許文献１に開示されている素子）に比べ、光出力が２〜３％向上すると考えられる。

［第２実施形態］
第１実施形態と同様に、サファイア基板上に、（ａ）アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、およびｎ型クラッド層となるＳｉが含有されたＡｌＧａＮ層からなる第１導電型半導体層と、（ｂ）井戸層を構成するＡｌＩｎＧａＮ層、井戸層よりもＡｌ含有量が多いバリア層となるＡｌＩｎＧａＮ層を１セットとし５セット積層させた多重量子井戸構造の発光層と、（ｃ）Ｍｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、静電耐圧を高めるＧａＮ層、およびＭｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層からなる第２導電型半導体層と、を順次積層させた構成の窒化物半導体層を得る。

次に、形成された第２導電型半導体層の上に、フォトマスクを蒸着等によって積層した後、スパッタリングによってＡｌを膜厚５００ｎｍに成膜した。次に、リフトオフによって、第２導電型半導体層の所定の箇所（上層に第１パッド電極を設ける位置）に、Ａｌからなる反射層（膜厚５００ｎｍ）を形成する。

さらに、反射層を濃硝酸に浸漬して、反射層の表面のＡｌを酸化して不動態化させ、Ａｌ_２Ｏ_３からなる絶縁層を形成する。このとき、第２導電型半導体層、窒化物半導体層の側面および基板の裏面等は濃硝酸によって影響を受けないので、素子全体を濃硝酸に浸漬してもよい。

次に、反射層および絶縁層、ならびに反射層および絶縁層が積層されていない第２導電型半導体層の全面に、スパッタリングによってＩＴＯからなる膜厚１７０ｎｍの透光性導電層を形成する。

次いで、透光性導電層の反射層の上部に相当する位置に開口部を有するマスクを、透光性導電層の上に形成する。そして、透光性導電層の上表面の全面にＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ＝２ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍからなる第１パッド電極を形成する。
このとき、前記の第１実施形態と同様にして、第１導電型半導体層のｎ型コンタクト層の表面上にも、第１パッド電極と同一構造からなる第２パッド電極を形成する。ここで、第１パッド電極と第２パッド電極は、同時に形成してもよいし、別々に形成してもよい。

次に、ワイヤボンディング等外部と電気的に接続するところを第１パッド電極、第２パッド電極の頂部が突出するように開口させて、ＳｉＯ_２からなる膜厚２００ｎｍの保護膜:を形成する。そして、出来上がった素子にスクライブラインを引いた後、外力により分割させて、半導体発光素子を得る。

以上のように製造された半導体発光素子について、発光効率および耐久性を評価した結果、従来の反射層を配設していない半導体発光素子（例えば、特許文献１に開示されている素子）に比べ、光出力が２〜３％向上すると考えられる。また、段差部で透光性導電層が破壊し、オープン不良となる率が低下すると考えられる。

本発明の半導体発光素子の層構成を示す断面模式図である。 本発明の半導体発光素子の別の層構成を示す断面模式図である。 本発明の半導体発光素子の平面図である。 本発明の半導体発行素子の別の構成を示す平面図である。 図である。 従来の半導体発光素子の構造例を示す断面模式図である。 従来の半導体発光素子の構造例を示す断面模式図である。

符号の説明

１ 半導体発光素子
２ 基板
３ 第１導電型半導体層
４ 発光層
５ 第２導電型半導体層
６ 反射層
７ 絶縁層
８ 透光性導電層
９ 第１パッド電極（第２導電側パッド電極）
１０ 第２パッド電極

Claims (12)

1. 第１導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層の上面の少なくとも一部に形成された発光層と、
   前記発光層の上に形成された第２導電型半導体層と、
   前記第２導電型半導体層の上面の少なくとも一部に形成された絶縁層と、
   前記第２導電型半導体層の上面の略全面に、一部が前記絶縁層を介して形成された透光性導電膜と、
   前記絶縁層の上に前記透光性導電膜を介して形成された第２導電側パッド電極と、
   を備える半導体発光素子であって、
   前記絶縁層と前記第２導電型半導体層との間に、前記発光層からの光を反射する反射層を有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記反射層は、第１の金属を含み、前記第２導電型半導体に最も近接する側に配設された反射膜を少なくとも１層有し、かつ前記絶縁層は、前記第１の金属の酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第１の金属が、Ａｇ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする。
4. 前記第１の金属からなる層の膜厚が５０ｎｍ以上であり、かつ前記絶縁層の膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
5. 前記透光性導電膜の膜厚が１００ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
6. 前記透光性導電膜が、Ｉｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物からなることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
7. 前記第２導電側パッド電極は、上方から見て前記第２導電側パッド電極の外周が前記反射層の外縁より内側または外縁に重なるように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
8. 第１導電型半導体層の上に、発光層および第２導電型半導体層の順に積層する工程と、
   前記第２導電型半導体層の上表面の一部に、前記発光層からの光を反射する反射層を形成する工程と、
   前記反射層の露出された上面に絶縁層を形成する工程と、
   前記第２導電型半導体層の露出面と前記絶縁層の上に透光性導電膜を形成する工程と、
   前記絶縁層の上部に、前記透光性導電膜に接して第２導電側パッド電極を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
9. 前記絶縁層を形成する工程は、前記反射層の表面を不動態化する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
10. 前記絶縁層を形成する工程は、前記反射層の表面を酸化性溶液で処理する段階を含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
11. 前記反射層を形成する工程は、前記反射層の最も第２導電型半導体層に近接する側に第１の金属からなる層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
12. 前記第２導電側パッド電極を形成する工程は、上方から見て前記第２導電側パッド電極の外周が前記反射層の外縁より内側または外縁に重なるように形成する段階であることを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。

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