JP2022172366A - 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上させる。【解決手段】半導体発光素子１０は、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層２４と、ｎ型半導体層２４上の一部領域に設けられるｎ側電極３２と、ｎ型半導体層２４上の一部領域とは異なる領域に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層２６と、を備える。ｎ側電極３２は、ｎ型半導体層２４上のチタン（Ｔｉ）を含む第１金属層３４と、第１金属層３４上のアルミニウム（Ａｌ）を含む第２金属層３６と、第２金属層３６上の白金族元素を含む第３金属層３８と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。
深紫外光用の発光素子は、基板上に順に積層される窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を有する。ｎ型クラッド層上には例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕの積層構造を有するｎ側電極が形成される。ｎ型クラッド層とｎ側電極のコンタクト接触抵抗は、ｎ型クラッド層のＡｌＮモル分率が大きくなるほど増加し、良好なオーミック接触が困難になる傾向が知られている。ｎ側電極のコンタクト抵抗を低減させるため、７００℃以上のアニール処理が必要とされる（例えば、特許文献１参照）。
アルミニウム（Ａｌ）の融点（約６６０℃）を超える温度でｎ側電極をアニール処理すると、アニール後のｎ側電極の平坦性が低下し、ｎ側電極における紫外光の反射率が低下しうる。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上させることにある。
本発明のある態様の半導体発光素子は、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上の一部領域に設けられるｎ側電極と、ｎ型半導体層上の一部領域とは異なる領域に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層と、を備える。ｎ側電極は、ｎ型半導体層上のチタン（Ｔｉ）を含む第１金属層と、第１金属層上のアルミニウム（Ａｌ）を含む第２金属層と、第２金属層上の白金族元素を含む第３金属層と、を備える。
この態様によると、Ａｌを含む第２金属層上を白金族元素を含む第３金属層で被覆することで、アニール工程やリソグラフィ工程でのＡｌ表面の酸化や腐食を防ぐことができる。これにより、平坦性および反射率の優れたｎ側電極を提供することができ、半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上できる。
ｎ側電極の上面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、５ｎｍ以下であってもよい。
第３金属層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）および白金（Ｐｔ）の少なくとも一つを含んでもよい。
第３金属層は、ロジウム（Ｒｈ）で構成されてもよい。
ｎ型半導体層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率が２０％以上であってもよい。活性層は、波長３５０ｎｍ以下の紫外光を発するよう構成されてもよい。
第１金属層の厚さは５ｎｍ以下であってもよい。第２金属層の厚さは３００ｎｍ以上であってもよい。第３金属層の厚さは５０ｎｍ以上であってもよい。
本発明の別の態様は、半導体発光素子の製造方法である。この方法は、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層上にＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層を形成する工程と、ｎ型半導体層上の一部領域が露出するように活性層およびｎ型半導体層の一部を除去する工程と、ｎ型半導体層の一部領域上に、チタン（Ｔｉ）を含む第１金属層、アルミニウム（Ａｌ）を含む第２金属層および白金族元素を含む第３金属層を順に形成する工程と、第１金属層、第２金属層および第３金属層を５００℃以上６５０℃以下の温度でアニールする工程と、を備える。
この態様によると、Ａｌを含む第２金属層上を白金族元素を含む第３金属層で被覆することで、アニール工程やリソグラフィ工程でのＡｌ表面の酸化や腐食を防ぐことができる。これにより、平坦性および反射率の優れたｎ側電極を提供することができ、半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上できる。
ｎ型半導体層上および第３金属層上を被覆する保護層を形成する工程と、第３金属層上の保護層の一部を除去して第３金属層を露出させる工程と、保護層の一部除去により露出した第３金属層上にパッド電極を形成する工程と、をさらに備えてもよい。
本発明によれば、半導体発光素子の信頼性および出力特性を向上できる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。
図１は、実施の形態に係る半導体発光素子１０の構成を概略的に示す断面図である。半導体発光素子１０は、中心波長λが約３６０ｎｍ以下となる「深紫外光」を発するように構成されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップである。このような波長の深紫外光を出力するため、半導体発光素子１０は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に、中心波長λが約２４０ｎｍ～３５０ｎｍの深紫外光を発する場合について示す。
本明細書において、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」とは、少なくとも窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料のことをいい、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の材料を含有する半導体材料を含むものとする。したがって、本明細書にいう「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、Ｉｎ１－ｘ－ｙＡｌｘＧａｙＮ（０≦ｘ＋ｙ＜１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の組成で表すことができ、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）または窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）を含む。本明細書の「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、ＡｌＮおよびＧａＮのそれぞれのモル分率が１％以上であり、好ましくは５％以上、１０％以上または２０％以上である。
また、ＡｌＮを含まない材料を区別するために「ＧａＮ系半導体材料」ということがある。「ＧａＮ系半導体材料」には、ＧａＮやＩｎＧａＮが含まれる。同様に、ＧａＮを含まない材料を区別するために「ＡｌＮ系半導体材料」ということがある。「ＡｌＮ系半導体材料」には、ＡｌＮやＩｎＡｌＮが含まれる。
半導体発光素子１０は、基板２０と、バッファ層２２と、ｎ型クラッド層２４と、活性層２６と、電子ブロック層２８と、ｐ型クラッド層３０と、ｎ側電極３２と、ｐ側電極４２と、保護層５０と、ｎ側パッド電極５６と、ｐ側パッド電極５８とを備える。
基板２０は、半導体発光素子１０が発する深紫外光に対して透光性を有する基板であり、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。基板２０は、第１主面２０ａと、第１主面２０ａの反対側の第２主面２０ｂを有する。第１主面２０ａは、バッファ層２２より上の各層を成長させるための結晶成長面となる一主面である。第２主面２０ｂは、活性層２６が発する深紫外光を外部に取り出すための光取出面となる一主面である。変形例において、基板２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよいし、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板であってもよい。
バッファ層２２は、基板２０の第１主面２０ａの上に形成される。バッファ層２２は、ｎ型クラッド層２４より上の各層を形成するための下地層（テンプレート層）である。バッファ層２２は、例えば、アンドープのＡｌＮ層であり、具体的には高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ－ＡｌＮ；High Temperature AlN）層である。バッファ層２２は、ＡｌＮ層上に形成されるアンドープのＡｌＧａＮ層を含んでもよい。変形例において、基板２０がＡｌＮ基板またはＡｌＧａＮ基板である場合、バッファ層２２は、アンドープのＡｌＧａＮ層のみで構成されてもよい。つまり、バッファ層２２は、アンドープのＡｌＮ層およびＡｌＧａＮ層の少なくとも一方を含む。
ｎ型クラッド層２４は、バッファ層２２の上に形成されるｎ型半導体層である。ｎ型クラッド層２４は、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層２４は、活性層２６が発する深紫外光を透過するように組成比が選択され、例えば、ＡｌＮのモル分率が２５％以上、好ましくは、４０％以上または５０％以上となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、活性層２６が発する深紫外光の波長よりも大きいバンドギャップを有し、例えば、バンドギャップが４．３ｅＶ以上となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、ＡｌＮのモル分率が８０％以下、つまり、バンドギャップが５．５ｅＶ以下となるように形成されることが好ましく、ＡｌＮのモル分率が７０％以下（つまり、バンドギャップが５．２ｅＶ以下）となるように形成されることがより望ましい。ｎ型クラッド層２４は、１μｍ～３μｍ程度の厚さを有し、例えば、２μｍ程度の厚さを有する。
ｎ型クラッド層２４は、不純物であるシリコン（Ｓｉ）の濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、Ｓｉ濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上３×１０１９／ｃｍ３以下となるように形成されることが好ましく、７×１０１８／ｃｍ３以上２×１０１９／ｃｍ３以下となるように形成されることが好ましい。ある実施例において、ｎ型クラッド層２４のＳｉ濃度は、１×１０１９／ｃｍ３前後であり、８×１０１８／ｃｍ３以上１．５×１０１９／ｃｍ３以下の範囲である。
活性層２６は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で構成され、ｎ型クラッド層２４と電子ブロック層２８の間に挟まれてダブルへテロ接合構造を形成する。活性層２６は、単層または多層の量子井戸構造を有してもよく、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるバリア層と、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される井戸層の積層体で構成されてもよい。活性層２６は、波長３５５ｎｍ以下の深紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成され、例えば、波長３１０ｎｍ以下の深紫外光を出力できるようにＡｌＮ組成比が選択される。活性層２６は、ｎ型クラッド層２４の第１上面２４ａに形成され、第１上面２４ａの隣の第２上面２４ｂには形成されない。つまり、活性層２６は、ｎ型クラッド層２４の全面に形成されず、ｎ型クラッド層２４の一部領域にのみ形成される。
電子ブロック層２８は、活性層２６の上に形成される。電子ブロック層２８は、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。電子ブロック層２８は、ＡｌＮのモル分率が８０％以上となるように形成されてもよく、ＧａＮを含まないＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層は、１ｎｍ～１０ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２ｎｍ～５ｎｍ程度の厚さを有する。電子ブロック層２８は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であってもよい。
ｐ型クラッド層３０は、電子ブロック層２８の上に形成されるｐ型半導体層である。ｐ型クラッド層３０は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３０は、３００ｎｍ～７００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ～６００ｎｍ程度の厚さを有する。ｐ型クラッド層３０は、ＡｌＮを含まないｐ型ＧａＮ系半導体材料で形成されてもよい。
ｎ側電極３２は、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂに形成される。ｎ側電極３２は、第１金属層３４と、第２金属層３６と、第３金属層３８とを含む。第１金属層３４は、ｎ型クラッド層２４上に接するように設けられ、チタン（Ｔｉ）を含む。第１金属層３４は、実質的にＴｉのみを含むＴｉ層であってもよい。第２金属層３６は、第１金属層３４上に接するように設けられ、アルミニウム（Ａｌ）を含む。第２金属層３６は、実質的にＡｌのみを含むＡｌ層であってもよい。第３金属層３８は、第２金属層３６上に接するように設けられ、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）または白金（Ｐｔ）といった白金族元素を含む。第３金属層３８は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＩｒおよびＰｔの少なくとも一以上の白金族元素のみを含む白金族金属層であってもよい。
第１金属層３４の厚さは１ｎｍ～１０ｎｍ程度であり、５ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以下であることがより好ましい。第１金属層３４の厚さを小さくすることで、ｎ型クラッド層２４から見たときのｎ側電極３２の紫外光反射率を高めることができる。第２金属層３６の厚さは１００ｎｍ～１０００ｎｍ程度であり、２００ｎｍ以上であることが好ましく、３００ｎｍ以上であることがより好ましい。第２金属層３６の厚さを大きくすることで、第２金属層３６の紫外光反射率を高めることができる。第３金属層３８の厚さは２０ｎｍ～５００ｎｍ程度であり、３０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましい。第３金属層３８の厚さを大きくすることで、第２金属層３６の表面を好適に被覆し、ｎ側電極３２のアニール時にＡｌの酸化を防ぐことができる。
図２は、第１金属層３４（Ｔｉ層）の厚さと紫外光反射率の関係を示すグラフであり、Ｔｉ層の厚さとアニール温度を変化させた場合のｎ側電極３２の紫外光反射率の変化を示している。図示されるように、加熱前に比べて加熱後においてｎ側電極３２の反射率が低下する傾向が見られ、特にＡｌの融点を超える７００℃のアニール後では紫外光反射率が顕著に低下することが分かる。また、Ｔｉ層の厚さを５ｎｍ以下または２ｎｍ以下とすることにより、紫外光反射率のより高いｎ側電極３２が得られることが分かる。
ｎ側電極３２には、紫外光反射率の低下の要因となりうる金（Ａｕ）が含まれないことが好ましい。
図１に戻り、ｐ側電極４２は、透明電極層４４と、金属層４６とを含む。透明電極層４４は、ｐ型クラッド層３０上に接するように設けられ、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により形成される。金属層４６は、透明電極層４４上に接して設けられ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＩｒまたはＰｔといった白金族元素を含む。
透明電極層４４の厚さは２０ｎｍ～５００ｎｍ程度であり、５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。金属層４６の厚さは２０ｎｍ～５００ｎｍ程度であり、３０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましい。
保護層５０は、ｎ側電極３２およびｐ側電極４２の上と、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂおよびｐ型クラッド層３０の露出面とを被覆するように設けられる。保護層５０は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）または窒化シリコン（ＳｉＮ）などの絶縁性材料で構成される。保護層５０の厚さは２０ｎｍ～５００ｎｍ程度であり、５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
保護層５０には、ｎ側電極３２の一部が露出するｎ側開口５２と、ｐ側電極４２の一部が露出するｐ側開口５４とが設けられる。ｎ側パッド電極５６は、ｎ側電極３２上のｎ側開口５２に設けられ、第３金属層３８と接する。ｐ側パッド電極５８は、ｐ側電極４２上のｐ側開口５４に設けられ、金属層４６と接する。
ｎ側パッド電極５６およびｐ側パッド電極５８は、半導体発光素子１０をパッケージ基板等に実装する際にボンディング接合される部分である。ｎ側パッド電極５６およびｐ側パッド電極５８は、耐腐食性の観点から金（Ａｕ）を含むように構成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕ、チタン（Ｔｉ）／ＡｕまたはＴｉ／白金（Ｐｔ）／Ａｕの積層構造で構成される。白金族元素を含む第３金属層３８または金属層４６との接着性を高めるため、例えば、第３金属層３８または金属層４６とＮｉ層またはＴｉ層とが接するようにパッド電極５６，５８が構成される。パッド電極５６，５８が金錫（ＡｕＳｎ）で接合される場合、その接合のためのＡｕＳｎ層をパッド電極５６，５８が含んでもよい。
つづいて、半導体発光素子１０の製造方法について説明する。図３～図６は、半導体発光素子１０の製造工程を概略的に示す図である。図３において、まず、基板２０の第１主面２０ａの上にバッファ層２２、ｎ型クラッド層２４、活性層２６、電子ブロック層２８、ｐ型クラッド層３０が順に形成される。
基板２０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板であり、ＡｌＧａＮ系半導体材料を形成するための成長基板である。例えば、サファイア基板の（０００１）面上にバッファ層２２が形成される。バッファ層２２は、例えば、高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ－ＡｌＮ）層と、アンドープのＡｌＧａＮ（ｕ－ＡｌＧａＮ）層とを含む。ｎ型クラッド層２４、活性層２６、電子ブロック層２８およびｐ型クラッド層３０は、ＡｌＧａＮ系半導体材料、ＡｌＮ系半導体材料またはＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法や、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法などの周知のエピタキシャル成長法を用いて形成できる。
次に、ｐ型クラッド層３０の上にマスク１２が形成され、マスク１２が形成されていない露出領域１６のｐ型クラッド層３０、電子ブロック層２８、活性層２６およびｎ型クラッド層２４の一部が除去される。これにより、露出領域１６にｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂ（露出面）が形成される。ｎ型クラッド層２４の露出面を形成する工程では、ドライエッチング１４により各層を除去できる。例えば、エッチングガスのプラズマ化による反応性イオンエッチングを用いることができ、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ；Inductive Coupled Plasma）エッチングを用いることができる。
次に、図４に示すように、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂ（露出面）に第１金属層３４、第２金属層３６および第３金属層３８が順に積層されてｎ側電極３２が形成される。また、ｐ型クラッド層３０上に透明電極層４４および金属層４６が順に積層されてｐ側電極４２が形成される。ｎ側電極３２およびｐ側電極４２を構成する各層は、スパッタリング法または電子ビーム（ＥＢ）蒸着法で形成できる。
つづいて、ｎ側電極３２にアニール処理が施される。ｎ側電極３２のアニール処理は、Ａｌの融点（約６６０℃）未満の温度で実行され、５００℃以上６５０℃以下の温度で実行されることが好ましい。このような温度でアニール処理を施すことにより、ｎ側電極３２のコンタクト抵抗を０．１Ω・ｃｍ２以下にするとともに、ｎ側電極３２の平坦性および紫外光反射率を高めることができる。第２金属層３６（Ａｌ層）の上を第３金属層３８で被覆した状態でアニール処理を施すことにより、アニール処理によるＡｌ層の酸化を防ぐことができ、ｎ側電極３２の平坦性をより高めることができる。具体的には、ｎ側電極３２の上面３２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を５ｎｍ以下とすることができ、例えば１ｎｍ～３ｎｍ程度の表面粗さを実現できる。
ｎ側電極３２のアニール処理は、ｐ側電極４２の形成前になされてもよいし、ｐ側電極４２の形成後になされてもよい。言いかえれば、ｐ側電極４２は、ｎ側電極３２のアニール処理後に形成されてもよいし、ｎ側電極３２のアニール処理前に形成されてもよい。ｎ側電極３２のアニール処理前にｐ側電極４２が形成される場合、ｎ側電極３２の第３金属層３８とｐ側電極４２の金属層４６とが同時に形成されてもよい。
つづいて、図５に示すように、保護層５０が形成される。保護層５０は、素子構造の上面の全体を被覆するように形成される。保護層５０は、ｎ側電極３２およびｐ側電極４２の上を被覆し、かつ、ｎ型クラッド層２４の第２上面２４ｂおよびｐ型クラッド層３０の上を被覆する。
次に、図６に示すように、保護層５０の一部を除去することによりｎ側開口５２およびｐ側開口５４が形成される。保護層５０は、ＣＦ系のエッチングガスを用いてドライエッチングすることができ、例えば、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）を用いることができる。第３金属層３８および金属層４６を構成する白金族元素は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などで構成される保護層５０に比べてＣＦ系ガスに対するエッチング耐性が高いため、エッチング処理のストップ層として機能させることができる。これにより、ｎ側電極３２およびｐ側電極４２へのダメージを防ぎつつ、ｎ側電極３２およびｐ側電極４２を露出させることができる。
つづいて、ｎ側電極３２上のｎ側開口５２にｎ側パッド電極５６を形成し、ｐ側電極４２上のｐ側開口５４にｐ側パッド電極５８を形成する。パッド電極５６，５８は、例えば、まず、Ｎｉ層またはＴｉ層を堆積し、その上にＡｕ層を堆積することで形成できる。Ａｕ層の上にさらに別の金属層が設けられてもよく、例えば、Ｓｎ層、ＡｕＳｎ層、Ｓｎ／Ａｕの積層構造を形成してもよい。
以上の工程により、図１の半導体発光素子１０ができあがる。本実施の形態によれば、ｎ側電極３２のアニール処理時に第２金属層３６を白金族元素を含む第３金属層３８で被覆することにより、ｎ側電極３２の上面３２ａの平坦性を高めることができる。ｎ側電極３２の上面３２ａを平坦化することにより、ｎ側電極３２の上に形成される保護層５０やｎ側パッド電極５６の信頼性を高めることができる。
図７は、比較例に係るｎ側電極１３２の断面構造を示す電子顕微鏡像である。比較例におけるｎ側電極１３２は、第１金属層（Ｔｉ層）および第２金属層（Ａｌ層）により構成され、第２金属層上の第３金属層（白金族金属層）が設けられていない。その結果、比較例に係るｎ側電極１３２には粒状の構造が形成され、ｎ側電極１３２の厚さが均一ではなく、平坦性が低いことが分かる。ｎ側電極１３２に粒状の構造が形成される理由として、アニール処理によりＡｌ層の表面が酸化されて酸化物が形成されうること、その後のフォトリソグラフィ工程に用いる薬液によってＡｌ層表面の酸化物が腐食されうることが考えられる。例えば、ｐ側電極のパターニングに用いるマスクの現像液などによりＡｌ層表面の酸化物が腐食され、Ａｌ層表面の平坦性が低下しうる。その結果、半導体発光素子の完成時におけるｎ側電極１３２の上面の算術平均粗さ（Ｒａ）は５ｎｍを超えてしまう。
図８は、実施例に係るｎ側電極３２の断面構造を示す電子顕微鏡像である。実施例におけるｎ側電極３２は、第１金属層（Ｔｉ層）、第２金属層（Ａｌ層）および第３金属層（白金族金属層）を有する。その結果、実施例では、図７の比較例に見られるような粒状構造は形成されず、ｎ側電極３２の上面の平坦性が高いことが分かる。ｎ側電極３２の平坦性が維持される理由として、白金族元素の融点が高いためにアニール時に白金族金属層が変形しないこと、白金族金属層がアニール時に酸化されにくいためにその後のフォトリソグラフィ工程による薬液によって腐食されにくいことが考えられる。その結果、アニール後のｎ側電極３２の上面の算術平均粗さ（Ｒａ）は５ｎｍ以下となり、例えば２ｎｍ程度となる。
ｎ側電極３２に用いる白金族元素は、酸化されにくい物質であることが好ましく、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＩｒおよびＰｔの少なくともいずれかであることが好ましい。言いかえれば、白金族元素の中で比較的酸化されやすいオスミウム（Ｏｓ）を用いないことが好ましい。また、ｎ側電極３２に用いる白金族元素は、水素を吸蔵しにくい物質であることが好ましく、Ｒｈを用いることが好ましい。半導体発光素子１０を構成するＡｌＧａＮ系半導体材料は、水素（Ｈ）により劣化されうるためである。
図７に示されるような平坦性の低いｎ側電極１３２の上に保護層１５０やｎ側パッド電極を形成すると、絶縁不良や接触不良により半導体発光素子が点灯しない不具合が生じうる。ｎ側電極１３２に第３金属層（白金族金属層）が設けられない比較例では、半導体発光素子の完成検査において約３割（１７個／６２個）の素子のみが点灯する結果となった。一方、図８に示されるような平坦性の高いｎ側電極３２の上に保護層５０やｎ側パッド電極５６を形成すると、絶縁不良や接触不良などの不具合を好適に防止できる。実施例では、半導体発光素子１０の完成検査においてほぼ全て（５９個／６０個）の素子が点灯する結果となった。したがって、本実施の形態によれば、半導体発光素子１０の信頼性を高めることができる。また、高反射率のｎ側電極３２を実現することにより、半導体発光素子１０の出力特性を向上させることができる。
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
上述の実施の形態では、ｐ側電極４２を透明電極層４４と金属層４６の積層構造とする場合について示した。変形例においては、ｐ側電極４２を透明電極層４４のみで構成してもよく、透明電極層４４とｐ側パッド電極５８の間に金属層４６（白金族金属層）が設けられなくてもよい。
変形例では、ｎ側電極３２とｎ側パッド電極５６の間にＩＴＯ層などの透明電極層がさらに設けられてもよい。ｎ側電極３２の上に追加される透明電極層は、ｎ側電極３２のアニール処理後にｎ側電極３２の上に形成されてもよい。追加の透明電極層は、ｐ側電極４２の透明電極層４４と同時に形成されてもよいし、別工程で形成されてもよい。
１０…半導体発光素子、２４…ｎ型クラッド層、２６…活性層、３２…ｎ側電極、３４…第１金属層、３６…第２金属層、３８…第３金属層、４２…ｐ側電極、４４…透明電極層、４６…金属層、５０…保護層。
Claims (9)
- ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上の一部領域に設けられるｎ側電極と、
前記ｎ型半導体層上の前記一部領域とは異なる領域に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層と、を備え、
前記ｎ側電極は、前記ｎ型半導体層上のチタン（Ｔｉ）を含む第１金属層と、前記第１金属層上のアルミニウム（Ａｌ）を含む第２金属層と、前記第２金属層上の白金族元素を含む第３金属層と、を備え、
前記第３金属層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）およびイリジウム（Ｉｒ）の少なくとも一つを含むことを特徴とする半導体発光素子。 - ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上の一部領域に設けられるｎ側電極と、
前記ｎ型半導体層上の前記一部領域とは異なる領域に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層と、を備え、
前記ｎ側電極は、前記ｎ型半導体層上のチタン（Ｔｉ）を含む第１金属層と、前記第１金属層上のアルミニウム（Ａｌ）を含む第２金属層と、前記第２金属層上の白金族元素を含む第３金属層と、を備え、
前記第１金属層の厚さは５ｎｍ以下であり、前記第２金属層の厚さは２００ｎｍ以上であり、前記第３金属層の厚さは３０ｎｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第３金属層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）およびイリジウム（Ｉｒ）の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
- 前記ｎ側電極の上面の算術平均粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記ｎ型半導体層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率が２０％以上であり、
前記活性層は、波長３５０ｎｍ以下の紫外光を発するよう構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層上にＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層を形成する工程と、
前記ｎ型半導体層上の一部領域が露出するように前記活性層および前記ｎ型半導体層の一部を除去する工程と、
前記ｎ型半導体層の前記一部領域上に、チタン（Ｔｉ）を含む第１金属層、アルミニウム（Ａｌ）を含む第２金属層および白金族元素を含む第３金属層を順に形成する工程と、を備え、
前記第３金属層は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）およびイリジウム（Ｉｒ）の少なくとも一つを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料のｎ型半導体層上にＡｌＧａＮ系半導体材料の活性層を形成する工程と、
前記ｎ型半導体層上の一部領域が露出するように前記活性層および前記ｎ型半導体層の一部を除去する工程と、
前記ｎ型半導体層の前記一部領域上に、チタン（Ｔｉ）を含む第１金属層、アルミニウム（Ａｌ）を含む第２金属層および白金族元素を含む第３金属層を順に形成する工程と、を備え、
前記第１金属層の厚さは５ｎｍ以下であり、前記第２金属層の厚さは２００ｎｍ以上であり、前記第３金属層の厚さは３０ｎｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記第１金属層、前記第２金属層および前記第３金属層を５００℃以上６５０℃以下の温度でアニールする工程をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記ｎ型半導体層上および前記第３金属層上を被覆する保護層を形成する工程と、
前記第３金属層上の前記保護層の一部を除去して前記第３金属層を露出させる工程と、
前記保護層の一部除去により露出した前記第３金属層上にパッド電極を形成する工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
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