JP3767863B2

JP3767863B2 - 半導体発光素子およびその製法

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Publication number: JP3767863B2
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Inventors: 範和伊藤; 雅之園部; 大輔中川
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Filing date: 2003-12-18
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Description

本発明は、チッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、金属からなる上部電極と半導体積層部表面とのオーミックコンタクトを採り難いチッ化ガリウム系化合物半導体からなる半導体積層部表面に上部電極が密着性よく形成されると共に、電流がチップ全体に広がり、かつ、光を表面側に取り出すことができない上部電極の下側には電流を流さないで無駄な発光を阻止することができる構造の半導体発光素子およびその製法に関する。

従来のチッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子は、たとえば図５に示されるような構造に形成されている。すなわち、すなわち、サファイア基板２１上に、たとえばＧａＮからなるバッファ層２２、ＧａＮからなるｎ形層（コンタクト層およびクラッド層）２３と、バンドギャップがクラッド層のそれよりも小さく、発光波長を定める材料、たとえばＩｎＧａＮ系（ＩｎとＧａとの比率が種々変り得ることを意味する、以下同じ）化合物半導体からなる活性層（発光層）２４と、ｐ形のＧａＮからなるｐ形層（クラッド層）２５とが順次エピタキシャル成長され、その表面に、たとえばＺｎＯなどからなる透光性導電層を介して、上部電極（ｐ側電極）２８が設けられている。そして、積層された半導体積層部の一部がエッチングにより除去されて露出するｎ形層２３に下部電極（ｎ側電極）２９が設けられることにより形成されている。上部電極２８は、たとえばＴｉおよびＡｕの積層構造、下部電極２９は、Ｔｉ-Ａｌ合金を直接成膜するか、ＴｉとＡｌをそれぞれ積層して熱処理（アニール処理）をすることにより、合金化されたＴｉ-Ａｌ合金層からなり、共に金属層で形成されている。

なお、ｎ形層２３およびｐ形層２５は、キャリアの閉込め効果を向上させるため、少なくとも活性層２４側に、ＡｌＧａＮ系（ＡｌとＧａの混晶比率が種々変化し得ることを意味する、以下同じ）化合物半導体が用いられることもある。また、チッ化ガリウム系化合物半導体では、ｐ形層のキャリア濃度を大きくすることが難しく、活性化処理を行う必要性から、一般には半導体積層部の表面側にｐ形層が設けられることが多い。

この構造で、ｐ側電極２８とｎ側電極２９との間に電圧が印加されると、透光性導電層２７を経てｐ形層２５、活性層２４およびｎ形層２３を介して電流が流れ、活性層２４で電子と正孔との再結合により発光する。しかし、チッ化ガリウム系化合物半導体層、とくにそのｐ形層は、キャリア濃度を充分に高くすることができず、電流をチップの全体に拡散し難い。そのため、図５に示されるように、ｐ形層の表面に透光性導電層２７が設けられ、光を透過させながら、電流をチップの全体に拡散し得るように形成されている。そして、この透光性導電層２７の表面に、上部電極（電極パッド）２８が形成されている。

この構造では、透光性導電層２７とｐ形層２５との密着性および上部電極２８と透光性導電層２７との密着性が劣るため、上部電極２８上にワイヤボンディングなどをすると透光性導電層２７とｐ形層２５との間に浮きが生じたり、上部電極２８の部分が透光性導電層２７の表面側または裏面側で剥離したりするという問題がある。このような問題を解決するため、たとえば上部電極２８を設ける部分の透光性導電層２７を除去して、直接ｐ形層２５と密着するように、すなわち透光性導電層２７とｐ形層２５との密着性より、上部電極２８とｐ形層２５との密着性が優れるような材料により上部電極２８を設ける構造が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
特開平７−９４７８２号公報

前述のように、透光性導電層の表面に上部電極が形成されると、ワイヤボンディング時などに透光導電層の浮きや剥離という問題があると共に、上部電極の下側にも均等に電流が流れ、活性層で発光して上方に進む光は上部電極を透過することができず、吸収されたり反射を繰り返して無駄になり、発光した光を有効に利用することができないという問題がある。一方、透光性導電層の一部に開口部を形成し、その開口部に上部電極を形成しても、上部電極とｐ形層とのオーミックコンタクト性が劣るとはいえども、上部電極から直接ｐ形層に電流が流れ、上部電極の下側でも発光し、上方に向かった光は上部電極で遮られ、無駄になるという問題がある。この傾向は、ワイヤボンディングなどにより透光性導電層とｐ形層との密着性が低下すると相対的に上部電極からｐ形層に流れる電流が増え、より顕著になる。

一方、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体やＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体の場合には、上部電極の下側に絶縁層を入れたり、異なる導電形層を設けたりして上部電極の下側にできるだけ電流を流さない工夫はなされている。しかし、チッ化ガリウム系化合物半導体では、絶縁膜成膜時および絶縁膜のドライエッチング時のプラズマによるダメージのため、上部電極形成場所以外の部分のオーミック接触性が悪化してしまい、同様の対策を施すことができない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、チッ化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子において、上部電極の下側での発光を抑制することにより外部量子効率を向上させると共に、上部電極と半導体層との密着性を良好に維持するチッ化ガリウム系化合物を用いた半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、チッ化ガリウム系化合物半導体において、上部電極の下側のみに部分的に電流が流れ難くなる電流阻止手段を形成しながら、他の部分には影響をあたえないで、外部量子効率を向上させることができる半導体発光素子の製法を提供することにある。

本発明による半導体発光素子は、チッ化ガリウム系化合物半導体層のｎ形層とｐ形層とが発光部を形成するように積層された半導体積層部と、該半導体積層部の表面に設けられる透光性導電層と、該透光性導電層の一部が除去され、露出する前記半導体積層部の表面および前記透光性導電層と接触するように設けられる上部電極とを有し、前記透光性導電層の一部が除去されることにより露出する前記半導体積層部表面にドライエッチングにより表面が電流阻止領域とされた凹部が形成され、該凹部内から前記透光性導電層の前記凹部周辺の表面を覆うと共に、該凹部内に露出する半導体層と密着性が得られるように前記上部電極が形成されることにより、前記上部電極と前記半導体積層部表面との密着性を確保しながら該上部電極の下側への電流が阻止される構造に形成されている。

ここにチッ化ガリウム系化合物半導体とは、III族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物またはIII族元素のＧａの一部または全部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII族元素と置換したもの、および／またはＶ族元素のＮの一部がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換したチッ化物化合物を意味する。また、上部電極とは、基板上に積層される半導体層のより上部の半導体層に接続して設けられる電極を意味する。

本発明による半導体発光素子の製法は、基板表面にｎ形層およびｐ形層を含み発光部を形成するようにチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層することにより半導体積層部を形成し、該半導体積層部表面に透光性導電層を形成し、該透光性導電層の上部電極形成場所の一部をエッチングにより除去して前記半導体積層部の表面を露出させ、該エッチングにより一部露出した前記半導体積層部の表面をさらにドライエッチングすることにより、前記露出した半導体積層部の表面に凹部を形成して該凹部の露出面に電流阻止領域を形成し、該凹部内に露出した前記半導体積層部の表面および前記透光性導電層の開口部近傍に密着すると共に、前記凹部周辺の前記透光性導電層の表面を覆うように上部電極を形成することを特徴とする。

前記ドライエッチングを、前記透光性導電層を含めた全面にＡrイオンとＣｌ ₂ ガスによるドライエッチングにより行うことができる。

本発明によれば、チッ化ガリウム系化合物半導体からなり発光部を形成するように積層された半導体積層部の表面に透光性導電層が形成され、上部電極が形成される部分の透光性導電層が除去されて露出する半導体積層部表面に電流阻止手段が形成され、その露出した半導体積層部表面に密着するように上部電極が設けられているため、上部電極と半導体積層部との密着性を確保しながら、上部電極の下側への電流の流れを殆ど阻止することができ、発光しても表面側に取り出すことができない上部電極の下側での発光を阻止することができる。その結果、無駄な発光を阻止して、発光した光を効率的に外部に取り出すことができ、外部量子効率を大幅に向上させることができる。

また、本発明の製法によれば、透光性導電層を半導体積層部表面に形成した後に、上部電極を形成する場所の透光性導電層を除去して半導体積層部を露出させ、酸素プラズマ雰囲気に晒しているため、酸素プラズマによる酸素がチッ化ガリウム系化合物半導体層表面に取り込まれ（酸化され）、非常に電流の流れ難い電流阻止領域が形成される。一方、透光性導電層が除去されていない上部電極の形成されない場所は、透光性導電層で被覆されており、透光性導電層は酸素プラズマに晒されても何ら影響を受けないため、透光性導電層からの電流に何らの影響を及ぼさない。すなわち、従来のＧａＡｓ系半導体発光素子で行われるように、電流を部分的に阻止するため、半導体層の導電形を部分的に変えたり、部分的に絶縁層を形成したりすると、部分的に絶縁膜などによるマスクを形成する必要があり、その成膜時やドライエッチングによる除去時などにより、電流を阻止する領域以外のオーミックコンタクト性を悪化させてしまうが、本発明の製法によれば、上部電極形成部以外の部分は透光性導電層により被覆された状態で、上部電極の形成場所のみに電流阻止手段を施しているため、上部電極形成場所以外の部分には何ら影響を及ぼすことがない。

上記酸素プラズマに晒すだけではなく、ドライエッチングにより露出した半導体積層部表面をエッチングすることにより、ドライエッチングのＡｒイオンなどにより半導体積層部の表面が荒らされ、同様に電流を大幅に阻止することができる。この場合も、上部電極形成場所以外の半導体積層部表面は透光性導電層により被覆されており、Ｎｉ-Ａｕ、ＺｎＯなどからなる透光性導電層はＧａＮ系化合物よりエッチングされにくいため、半導体積層部には何ら影響を受けることなく、上部電極の下側のみに電流阻止手段を施すことができる。

つぎに、本発明の半導体発光素子およびその製法について、図面を参照しながら説明をする。本発明による半導体発光素子は、その一実施形態の斜視および断面の説明図が図１に示されるように、チッ化ガリウム系化合物半導体のｎ形層３とｐ形層５とが発光部を形成するように積層されて半導体積層部６が形成され、その半導体積層部６の表面に透光性導電層７が設けられている。この透光性導電層７の一部が除去され、露出する半導体積層部６の表面および透光性導電層７と接触するように上部電極（電極パッド）８が設けられている。本発明では、透光性導電層７の一部が除去され、開口部７ａから露出する半導体積層部６の表面に電流阻止手段１０（１０ａ）が施されていることにより、上部電極８と半導体積層部６の表面との密着性を確保しながら上部電極８の下側への電流が大幅に阻止される構造に形成されている。

電流阻止手段１０としては、透光性導電層７の除去により露出する半導体積層部６の表面に形成される凹部１０ａであってもよいし、図２に示されるように、透光性導電層７の除去により露出する半導体積層部６の表面に形成される酸素含有層１０ｂであってもよい。

本発明者らは、ｐ形チッ化ガリウム系化合物半導体層表面をドライエッチングしたり、酸素プラズマ雰囲気に晒したりすると、その表面に形成した金属膜間の電流が流れ難くなる現象を見出し、その検証を行った。すなわち、図３（ａ）に示されるように、ｐ形ＧａＮ層１１の表面に直接ＺｎＯのようなｐ形ＧａＮ層とオーミックコンタクトを採りやすい導電層により一対の電極１２、１３を形成した場合と、図３（ｂ）に示されるように、ｐ形ＧａＮ層１１の表面をドライエッチングにより数十ｎｍの深さエッチングして凹部１１ａを形成した場合との両方で、一対の電極１２、１３間に電圧Ｖを印加して電圧の変化に対する電流の変化を調べた。その結果、図３（ｃ）に示されるように、ｐ形ＧａＮ層１１表面にエッチングを施すことなく電極１２、１３を形成した場合Ａは電圧電流特性がリニアで、電圧の増加と共に電流が増加するのに対して、ｐ形ＧａＮ層１１の表面にドライエッチングを施した後に電極１２、１３を形成した場合Ｂの電圧電流特性は、３〜５Ｖ程度までの低い電圧では殆ど電流が流れず、非線形の特性になることを見出した。

なお、一対の電極１２、１３にするためにＺｎＯなどの導電層をパターニングする必要があるが、そのエッチング液は希塩酸などであり、ＧａＮ層１１表面は殆どダメージがなく、影響を受けないため、図３（ｃ）のＡのように殆どオーミックコンタクトが得られている。すなわち、電極１２、１３とｐ形ＧａＮ層１１との間の電気的接触の差が図3（ｃ）に現れている。

この原因は、ドライエッチングの際のＡｒイオンなどによる衝撃により、ｐ形ＧａＮ層１１の結晶構造がダメージを受け、キャリアの移動が抑制されるものと考えられる。これは、ｐ形のチッ化ガリウム系化合物半導体層のキャリア濃度を上げ難いという性質とも絡んで、より顕著に現れるもので、ＧａＡｓ系（ＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｌＰ系）化合物半導体などでは見られないチッ化ガリウム系化合物半導体層に特有の現象と考えられる。この電極とｐ形ＧａＮ層との電気的接触性は、イオン衝撃によるドライエッチングではなく、ｐ形ＧａＮ層１１の表面を酸素プラズマ雰囲気中に晒すだけでも同様の現象が見られた。すなわち、ｐ形ＧａＮ層１１の表面を酸素プラズマ雰囲気中に３０分間晒した後に、図３（ｂ）と同様にＺｎＯ層により一対の電極を形成して、その一対の電極間に同様に電圧を印加した結果、図３（ｃ）のＢと同様の結果になった。これは、ドライエッチングのようにイオン衝撃を受けるものではないが、雰囲気の酸素がＧａＮ層に採り込まれ、酸素と化合するＧａが現われ、キャリアの移動を抑制するものと考えられる。

本発明は、この現象を利用し、透光性導電層を一部除去することにより露出した、半導体積層部表面に直接接触するように上部電極（電極パッド）を形成すると共に、その上部電極と接触する部分の半導体積層部表面に前述の非オーミックコンタクトとなる電流阻止手段１０を形成したものである。すなわち、従来のＧａＡｓ系化合物で行われるように、電流を阻止したい場所に絶縁物層や周囲の導電形と異なる導電形層を形成する方法をチッ化ガリウム系化合物半導体、とくにｐ形チッ化ガリウム系化合物半導体層に適用しようとすると、電流を阻止したい場所以外のｐ形半導体層などの表面の導電性を低下させ、表面に透光性導電層を形成しても透光性導電層と半導体層とのオーミックコンタクトが得られないという問題がある。しかし、本発明の電流阻止手段によれば、透光性導電層を形成した後に電流を阻止したい上部電極形成場所のみの透光性導電層を除去して半導体積層部の表面を露出させ、そのままの状態でその表面に電流阻止手段が形成されているため、上部電極と半導体積層部表面とが非オーミックコンタクトとなり、上部電極の下側のみの電流が阻止され、他の部分は非常に良好なオーミックコンタクトが得られる。

図１に示される例は、上部電極８の形成場所における透光性導電層７が除去されて開口部７ａが形成され、その開口部７ａにより露出した半導体積層部６の表面にドライエッチングによる凹部１０ａが電流阻止手段１０として形成されている。すなわち、透光性導電層７も含めた全面にＡｒイオンとＣｌ₂ガスとによるドライエッチングが施されることにより、透光性導電層７およびその下部の半導体積層部６には何ら影響がなく、開口部７ａから露出した半導体積層部６の表面のみが１０〜５０ｎｍ程度エッチングされて凹部１０ａが形成される。そして、この凹部１０ａ内および開口部７ａ周囲の透光性導電層７上部にかかるように、上部電極（電極パッド）８が、たとえば０.０１〜０.０５μｍ程度厚のＴｉ層と０.２〜１μｍ程度厚のＡｕ層との積層構造により形成されている。この凹部１０ａの表面は、前述の図３（ｃ）のＢに示されるように、電極材料とは非常にオーミック特性が低下し、殆ど電流が流れなくなる。

この電流阻止手段１０は、前述のように、ドライエッチングによる凹部１０ａの形成でなくても、酸素プラズマ雰囲気に晒すことにより、酸素が採り込まれた層（酸化物層）を形成することによっても得られる。その例が図２に示されている。図２において、１０ｂが酸素プラズマ中に半導体積層部６の表面を晒した結果生じた酸化物層を示しており、前述と同様に、上部電極８の形成場所における透光性導電層７を開口して半導体積層部６の一部を露出させ、たとえば酸素（Ｏ₂）ガスの雰囲気中で、２００Ｗ〜４００Ｗで５〜３０分程度放置することにより、半導体積層部６の露出面の表面部に酸化物層１０ｂが形成され、電流阻止手段１０として機能する。他の上部電極８の形成などは前述の図１に示される例と同じである。

この電流阻止手段１０を介して上部電極８が直接半導体積層部６の表面に設けられる構造以外の部分は、従来のチッ化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造と同様に形成することができる。図１に示される例では、基板１として、Ｃ面を主面とするサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃単結晶）基板が用いられるが、これに限定されず、他の面を主面とするサファイア基板であってもよい。また、基板１は、絶縁性基板でもよいが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの半導体基板を用いることもできる。基板１として絶縁性基板が用いられる場合には、基板の裏面から電極を取り出すことができないため、後述するように半導体積層部６の一部をエッチング除去して下層の導電形層（図１の例ではｎ形層３）を露出させる必要がある。

半導体積層部６は、図１に示される例では、バッファ層２、ｎ形層３、活性層４、ｐ形層５とからなっている。バッファ層２は、基板と積層する半導体層との格子定数が大きく異なるとか、基板１上に直接チッ化ガリウム系化合物半導体層を結晶性よく積層し難い状態のときに設けられるもので、そのような問題がなければ不要である。たとえばＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１、たとえばｘ＝１、ｙ＝０）などの組成で、４００〜６００℃程度の低温で形成される。そして、発光層を形成する積層部は、図１に示される例では、活性層４をｎ形層３とｐ形層５とで挟持するダブルヘテロ接合構造としているが、このような構造には限定されず、ホモまたはシングルヘテロのｐｎ接合で構成したものでもよい。この発光層を形成する半導体層は、７００〜１０００℃程度の高温で形成される。また、一般にはｐ形層の活性化のためｐ形層が上面側に形成される場合が多いが、ｐ形層が下層でｎ形層が上層でも構わない。

ｎ形層３およびｐ形層５は、図１に示される例では、それぞれ単層の例が示されているが、一般的には、たとえば電極形成部には、コンタクト層としてキャリア濃度を大きくしやすいＧａＮ層で形成し、活性層側にはキャリアを閉じ込めやすくするため、活性層４よりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＮ系化合物で構成する場合が多く、さらに他の機能をもたすために多層にすることもできる。また、格子定数の異なる層を積層するため、超格子構造にすることもできる。しかし、これらの機能を満たす単層で形成されてもよい。また、各層の厚さもそれぞれ目的に応じて形成されるが、たとえばｎ形層３としては、全体で３〜１０μｍ程度に、ｐ形層５としては、全体で０.１〜１μｍ程度に形成される。なお、ｎ形層３にするには、一般にはＳｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅなどを、また、ｐ形層５にするには、Ｍｇ、Ｚｎなどをドーパントとしてチッ化ガリウム系化合物半導体にドーピングすることにより得られる。

このｐ形層５は、ｐ形ドーパントのＭｇなどが水素（Ｈ）と化合してドーパントとしての機能を果し難いため、活性化処理が行われることが好ましい。この活性化処理は、たとえばＮ₂雰囲気中で、６００〜８００℃、１０分〜１時間程度の熱処理により行われるが、このような熱処理に限られるものではなく、電子線照射などの方法で行ってもよい。この活性化処理の際に、ｐ形層表面には保護膜を形成して行うこともできるし、保護膜なしで行うこともできる。

活性層４は、発光させる光の波長に応じたバンドギャップエネルギーを有する材料が選択され、たとえば波長が４６０〜４７０ｎｍの青色発光をさせる場合、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなるバルク構造のもの、またはＩｎＧａＮからなるウェル層とＧａＮからなるバリア層との単一もしくは多重の量子井戸構造に形成され、全体で０.０１〜０.２μｍ程度に形成される。活性層４はノンドープで形成されるが、ｐ形もしくはｎ形でも構わない。

透光性導電層７は、たとえばＮｉとＡｕを積層して合金化し２〜１００ｎｍ程度の厚さに形成されたものや、ＺｎＯ層、またはＩＴＯ層などの光を透過しながら、チップの全面に電流を拡散しやすいように導電性で、かつ、ｐ形層５とのオーミックコンタクトを得やすい材料により形成される。ＺｎＯ層やＩＴＯ層は、厚くても透光性があるため、たとえば０.３〜２μｍ程度の厚さに形成される。図１に示される例では、ＺｎＯ層が０.３μｍ程度の厚さで透光性導電層７として形成されている。

上部電極８は、図１に示される例では半導体積層部６の上面側がｐ形層５であるため、ｐ側電極として形成されており、たとえばＴｉ／Ａｕ、Ｐｄ／ＡｕまたはＮｉ／Ａｕなどの積層構造で、全体として０.２〜１μｍ程度の厚さに形成され、下部電極９（ｎ側電極）は、たとえばＴｉ-ＡｌまたはＴｉ-Ａｕなどの合金層で、全体として０.２〜１μｍ程度の厚さに形成される。

つぎに、図１に示される半導体発光素子の製法について、図４を参照しながら説明をする。まず、基板１を、たとえばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置内にセッティングし、成長する半導体層の成分ガス、たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニアガス（ＮＨ₃）、ｎ形ドーパントガスとしてのＨ₂Ｓｅ、ＳｉＨ₄、ＧｅＨ₄、ＴｅＨ₄のいずれか、また、ｐ形ドーパントガスとしてのジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）もしくはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムのうちの必要なガスをキャリアガスのＨ₂またはＮ₂と共に導入し、図４（ａ）に示されるように、たとえばＧａＮからなるバッファ層２を４００〜６００℃程度で０.０１〜０.０３μｍ程度堆積する。ついで、２〜１０μｍ厚のｎ形ＧａＮ系層と０.１〜０.８μｍ厚のｎ形ＡｌＧａＮ系層からなるｎ形層３、０.０１〜０.１μｍ厚のＩｎＧａＮ系からなる活性層４、および０.０５〜０.４μｍ厚のｐ形ＡｌＧａＮ系層と０.０５〜０.５μｍ厚のｐ形ＧａＮ系層からなるｐ形層５とをそれぞれ順次エピタキシャル成長することにより、半導体積層部６を形成する。

その後、Ｎ₂雰囲気中で、６００〜８００℃、３０分程度の熱処理を行ってｐ形層５の活性化処理を行う。ついで、真空蒸着法またはスパッタ法などにより、ＺｎＯ層を０.４〜１μｍ程度成膜し、透光性導電層７を形成する。そして、下部電極（ｎ側電極）９を形成するため、塩素ガスによる反応性イオンエッチングにより、チップの一部における半導体積層部６をエッチングしてｎ形層３の一部を露出させる。この際、図１（ａ）に示されるように、各チップに分割する境界部の近傍の半導体積層部６もエッチングする場合もあるが、境界部のエッチングはしなくてもよい。その後、表面にレジスト膜を設けて、上部電極（ｐ側電極）を形成する場所のみ開口し、希塩酸などのエッチング液により、レジスト膜の開口により露出する透光性導電層７の一部を除去して、透光性導電層７に開口部７ａを形成する。そして、そのままＡｒとＣｌ₂ガスによるドライエッチングを行うことにより、開口部７ａから露出する半導体積層部６表面に凹部１０ａを形成する。この凹部１０ａの深さは、数十ｎｍ程度である。

その後、たとえばリフトオフ法によりＴｉ膜を０.１μｍ程度と、Ａｕ膜を０.４μｍ程度それぞれ真空蒸着などにより成膜して上部電極８を、同様にＴｉ膜を０.１μｍ程度とＡｌ膜を０.３μｍ程度成膜してシンターすることにより合金化して下部電極（ｎ側電極）９を形成する。この上部電極８および下部電極９は、ワイヤボンディングなどによりリード端子などと接続する電極パッドである。そして、チップ化することにより、図１に示される発光素子チップが得られる。

図２の構造の半導体発光素子を製造するには、前述の透光性導電層７に開口部７ａを形成した後に、ドライエッチングを行わないで、そのまま酸素プラズマ雰囲気中に１０〜３０分程度晒すだけで、後の工程は前述の製造工程と全く同様に行えばよい。

本発明の半導体発光素子によれば、上部電極が透光性導電層の一部が除去されて露出する半導体積層部表面に密着すると共に、透光性導電層にも密着して設けられ、かつ、上部電極と半導体積層部表面との接触部に電流阻止手段が形成されているため、上部電極と半導体積層部とは強力に固着されながら、電気的には非オーミックコンタクトとなる。その結果、上部電極８と下部電極９との間に電圧が印加されると、上部電極８の下側には殆ど電流が流れないで、透光性導電層７を経て周囲の半導体積層部に電流が流れる。そのため、上部電極８の下側の活性層では殆ど発光作用が起らない。すなわち、上部電極の下側で発光して、真上に向かう光は上部電極が金属膜で光を透過させないため無駄になってしまうが、本発明によれば、上部電極の下側での発光は殆ど起らない。その結果、発光する光は有効に取り出しやすく、外部に取り出し難い光は発光そのものを抑制しているため、無駄な電流を使うことがなく、外部量子効率を大幅に向上させることができる。

本発明による半導体発光素子の斜視および断面の平面説明図である。図１の半導体発光素子の電流阻止手段の他の例を示す断面説明図である。ＧａＮ層表面をドライエッチングしたときの電圧（Ｖ）・電流（Ｉ）特性が低下する様子を示す図である。図１の半導体発光素子の製造工程を示す図である。従来の半導体発光素子の一例を示す断面説明図である。

符号の説明

３ｎ形層
４活性層
５ｐ形層
６半導体積層部
７透光性導電層
８上部電極
９下部電極
１０電流阻止手段
１０ａ凹部

Claims

チッ化ガリウム系化合物半導体層のｎ形層とｐ形層とが発光部を形成するように積層された半導体積層部と、該半導体積層部の表面に設けられる透光性導電層と、該透光性導電層の一部が除去され、露出する前記半導体積層部の表面および前記透光性導電層と接触するように設けられる上部電極とを有し、前記透光性導電層の一部が除去されることにより露出する前記半導体積層部表面にドライエッチングにより表面が電流阻止領域とされた凹部が形成され、該凹部内から前記透光性導電層の前記凹部周辺の表面を覆うと共に、該凹部内に露出する半導体層と密着性が得られるように前記上部電極が形成されることにより、前記上部電極と前記半導体積層部表面との密着性を確保しながら該上部電極の下側への電流が阻止される構造である半導体発光素子。
基板表面にｎ形層およびｐ形層を含み発光部を形成するようにチッ化ガリウム系化合物半導体層を積層することにより半導体積層部を形成し、該半導体積層部表面に透光性導電層を形成し、該透光性導電層の上部電極形成場所の一部をエッチングにより除去して前記半導体積層部の表面を露出させ、該エッチングにより一部露出した前記半導体積層部の表面をさらにドライエッチングすることにより、前記露出した半導体積層部の表面に凹部を形成して該凹部の露出面に電流阻止領域を形成し、該凹部内に露出した前記半導体積層部の表面および前記透光性導電層の開口部近傍に密着すると共に、前記凹部周辺の前記透光性導電層の表面を覆うように上部電極を形成することを特徴とする半導体発光素子の製法。
前記ドライエッチングを、前記透光性導電層を含めた全面にＡrイオンとＣｌ ₂ ガスによるドライエッチングにより行う請求項２記載の製法。