JP3921989B2

JP3921989B2 - 半導体発光素子

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Publication number: JP3921989B2
Application number: JP2001321769A
Authority: JP
Inventors: 雅彦佐野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: JP2003124517A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は正負一対の電極が形成されている半導体発光素子に関し、特にＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日我々が生活するなかで信号機、駅や空港の行き先案内板、ビルの外壁に設置される大型ディスプレイさらには、携帯電話のバックライト光源など、発光素子を見かけないことはないと言っても過言ではない。このように半導体が積層されてなる発光素子や発光素子を応用した受光素子は欠かせないものになってきており、これらに求められる特性向上のニーズはとどまるところを知らない。
【０００３】
なかでも青色発光素子は他の３原色となる赤、緑から遅れて開発されたもので、特性の向上やそれぞれの目的に適応した青色発光素子を求める声は最も強い。
【０００４】
この青色発光素子としては、ガリウムを含む窒化物半導体素子が最も多く使われている。このＧａＮ系半導体素子の構造としては、基本的に、サファイヤ基板上にＧａＮよりなるバッファ層と、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層と、単一量子井戸構造、もしくは多重量子井戸構造のＩｎＧａＮ層を包含する活性層と、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層と、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層とが順に積層され、さらにｐ型コンタクト層の一部がエッチングされて露出したｎ型コンタクト層の表面にはチタン／アルミニウムからなるｎ側オーミック電極が、ｐ型コンタクト層の表面のほぼ全面にニッケル／金からなる透光性のｐ側オーミック電極が形成され、各オーミック電極の上にはボンディングパッド用のパッド電極が形成されている。このような半導体発光素子は、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍで５ｍＷ、外部量子効率９．１％と非常に優れた特性を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光出力や光の取り出し効率、及び寿命などの特性はまだ十分満足のいくレベルには達しておらず、さらなる特性の向上が必要とされている。そこで、本発明の目的は上記のような素子の特性に優れた半導体発光素子を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した問題を解決するために、本発明に係る半導体発光素子は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に発光層を有し、ｐ型半導体層の表面にｐ側電極が設けられ、ｐ型半導体層側からのエッチングによって一部が露出されたｎ型半導体層の表面にｎ側電極が設けられている半導体発光素子であって、ｐ側電極は、ｐ型半導体層とオーミック接続されたｐ側オーミック電極と、ｐ側オーミック電極の一部の上に接するよう設けられたワイヤボンディング用のｐ側パッド電極とからなり、ｐ側パッド電極の中央部がｐ型半導体層上に接して設けられた絶縁層上に接して設けられており、オーミック電極は、ｐ型半導体層の表面まで貫通する開口部を有し、前記パッド電極の外周部の少なくとも一部は、開口部の一部を含むオーミック電極の上に接して設けられ、その開口部を介して前記ｐ型半導体層の表面に接していることを特徴とする。
さらに、本発明の別の形態に係る半導体発光素子は、以下の通りである。
本発明の半導体発光素子は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に発光層を有し、ｐ型半導体層の表面にｐ側電極が設けられ、ｐ型半導体層側からのエッチングによって一部が露出されたｎ型半導体層の表面にｎ側電極が設けられている半導体発光素子であって、ｐ側電極は、ｐ型半導体層とオーミック接続されたｐ側オーミック電極と、ｐ側オーミック電極の一部の上に接するよう設けられたワイヤボンディング用のｐ側パッド電極とからなり、ｐ側パッド電極の中央部が前記ｐ型半導体層上に接して設けられた絶縁層上に接して設けられるとともに、ｐ側パッド電極の外周部の少なくとも一部がｐ側オーミック電極上に接して設けられていることを特徴とする。これにより、ｐ側パッド電極にワイヤをボンディングさせるときなどにかかる負荷によって損傷されるのを防ぐことができるので、出力低下を抑制し、安定な半導体発光素子とすることができる。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載の半導体発光素子は、半導体発光素子は平面形状が略四角形状であり、その１つの角部である第一角部にｐ側パッド電極が設けられ、第一角部と対向する第二角部にｎ側電極が設けられてなり、ｐ側パッド電極は、前記ｐ側オーミック電極の最外周部より内側に形成されている。これにより、ｐ側オーミック電極に電流を流れやすくすることができ、発光層の電流密度を上げて層全体を効率よく利用して発光させることができる。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の半導体発光素子は、半導体発光素子が平面形状が略四角形状であり、その１つの角部である第一角部にｐ側パッド電極が設けられ、第一角部と対向する第二角部にｎ側電極が設けられてなり、ｐ側パッド電極の外周部の一部は、ｐ側オーミック電極の最外周部より外側に形成され、ｐ側オーミック電極の最外周部より外側で絶縁層上と接している。これによりｐ側パッド電極にかかる外力によってｐ側オーミック電極の端部が破損するのを防いで、寿命特性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の半導体発光素子は、ｐ側オーミック電極は、ｐ型半導体層の表面まで貫通し、かつ周囲を電極によって囲まれた複数の開口部を有し、ｐ側パッド電極の外周部の少なくとも一部は、複数の開口部の一部を含むｐ側オーミック電極の上に設けられ、その開口部を介してｐ型半導体層の表面に接している。これにより、ｐ側パッド電極がｐ型半導体層の表面とを剥がれにくくすることができ、安定した半導体発光素子とすることができる。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の半導体発光素子は、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれｐ側パッド電極が形成されていない部分の面積をＳとし、複数の開口部のうちの、ｐ型パッド電極が形成されていない開口部の内周長の総和をＬとすると、Ｌ／Ｓ≧０．０２４μｍ／μｍ^２である。これにより、ｐ型半導体層表面側から効率よく光を外部に放出させ、さらにＶｒの低い半導体発光素子とすることができる。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の半導体発光素子は、ｐ側オーミック電極の複数の開口部は、各開口部がほぼ同じ形状である。これにより、開口部の形成が容易であるとともに、面内分布の均一な発光を有する半導体発光素子とすることができる。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の半導体発光素子は、ｐ側オーミック電極の複数の開口部は、各開口部がほぼ同じ面積である。これにより、開口部が形成される位置による好ましい形状を選択でき、面内分布が均一な発光を有する半導体発光素子とすることができる。
【００１３】
本発明の請求項８に記載の半導体発光素子は、絶縁層は、発光層からの光に対する反射率が、ｐ側パッド電極よりも大きいものが好ましい。これにより、発光層からの光を無駄なく外部に伝搬させることができ、光の取り出し効率を上げることができる。
【００１４】
本発明の請求項９に記載の半導体発光素子は、半導体層は少なくともガリウムを含む窒化物半導体である。これにより、紫外領域から可視光領域までの広い範囲の波長を有する半導体発光素子を実現させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明について説明するが、本発明の半導体発光素子は実施の形態に示された素子構造に限定されるものではない。
【００１６】
本発明の実施の形態の半導体発光素子を図１に示す。図１は、半導体発光素子として、ガリウムを含む窒化物半導体（以下、窒化ガリウム系化合物半導体とする）を用いている。具体的には、サファイヤ基板上にｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層が順に積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体層の、ｐ型半導体層及び活性層の一部をｐ型半導体層側から基板に向けてエッチングしてｎ型半導体層を露出させてある。そして、ｐ型半導体層表面にはｐ側電極、エッチングにより露出されたｎ型半導体層表面にはｎ側電極がそれぞれを設けられている。各電極はｐ型及びｎ型半導体とそれぞれオーミック接触可能なｐ側及びｎ側オーミック電極と、このオーミック電極と導通し、かつ、ワイヤをボンディングさせるｐ側及びｎ側パッド電極が設けられている。
【００１７】
ここで、本実施の形態における半導体発光素子は、ｐ側パッド電極の中央部がｐ型半導体層表面に設けられた絶縁層上に設けられるとともに、外周部の少なくとも一部がｐ型半導体表面及びｐ側オーミック電極上に設けられていることを特徴とする。ここで、本明細書において、中央部とはｐ側パッド電極の端部から離れた内側で、ワイヤボンディング用のバンプが形成される部分を指し、外周部とはｐ側パッド電極の端部及びその近傍の内側部分の周縁部を指している。
【００１８】
（ｐ側パッド電極）
ｐ側パッド電極は、ワイヤのボンディング時に熱的及び物理的に負荷が加えられる。このとき、ｐ側パッド電極が図比較例のようにｐ側オーミック電極上に形成されていると、ｐ側パッド電極にかかる負荷がそのまま伝わってしまい、ｐ側オーミック電極が損傷したり、剥がれたりすることがある。特にｐ側オーミック電極が透光性電極の場合、膜厚が非常に薄いので剥がれやすく損傷しやすい。そして、損傷したり剥がれたりすることで電気抵抗が上がって、発光出力の低下や発光効率（電流変換効率）の低下という問題が生じ、さらに寿命特性が悪化してしまうことがある。また、ｐ側パッド電極は、ｐ型半導体層の表面のほぼ全面を覆うように広く形成されるｐ側オーミック電極の一部の上に形成されるので、ｐ側パッド電極近傍が特に上記の問題が生じやすく、発光の面内分布を劣化させることにもなる。
【００１９】
これに対し、本実施の形態においては、負荷がかかるｐ側パッド電極の中央部を、ｐ型半導体層上に形成された絶縁層上に接するよう設けることで、ｐ側オーミック電極に負荷がかかりにくくしている。さらにｐ側パッド電極をこのように主として絶縁膜上に設ることで、ｐ側オーミック電極の上方にバンプが形成されないようにして負荷がかかるのを防ぐのと同時に、ｐ型半導体層の上にかかる負荷にを軽減させる緩衝層としても機能している。ｐ型半導体層に負荷がかかった場合は、ｎ型半導体層に比べて層厚の薄いｐ型半導体層とさらにその下にある活性層を含む発光層まで損傷してしまうおそれがあるが、絶縁層を設けてそれを緩衝層とすることで、そのような半導体層の破壊をも防ぐことができる。そして、導通のためには、負荷のかかりにくいｐ側パッド電極の外周部をｐ側オーミック電極上に接するように設けている。
【００２０】
本実施の形態では、半導体発光素子は、平面形状が四角形状である。特に一辺の長さを等しくした方形が好ましいが、長方形等でも用いることができる。そして、ｐ側パッド電極とｎ側電極は、それら素子形状に応じて好ましい位置を選択することができるが、効率よく活性層を発光させるためには、できるだけ離れた位置に形成させるのが好ましい。図１のような略正方形の場合は、１つの角部である第一角部にｐ側パッド電極が、そして第一角部と対向する第二角部にｎ側電極を設けるのが好ましい。このようにｐ側パッド電極とｎ電極との間の距離が大きくなるように半導体発光素子の対向する角部にそれぞれｐ側パッド電極及びｎ側電極を形成することで、素子内の活性層を含む発光層の広い範囲に電流を流すことができる。
【００２１】
特に、本実施の形態においては、ｐ側パッド電極を図１のようにｐ側オーミック電極の最外周部よりも内側に形成させることで、ｐ側オーミック電極の最外周部が第一角部に形成されることになり、第一角部近傍も有効に発光させることができる。
【００２２】
図１では、ｐ側オーミック電極と絶縁層とが接するように形成されているので、ｐ側パッド電極の外周部の全てがｐ側オーミック電極上に接している。このように両者が接することで、ｐ側パッド電極はｐ型半導体層と直接接していないことで、通電時にｐ側パッド電極から発生する熱がｐ型半導体層に伝搬するのを抑えることができる。しかし、図１のようにｐ側オーミック電極と絶縁層とが接してなく、それらの間にｐ型半導体層が露出されていてもよい。このような構成とすることで、ｐ側パッド電極の接触面積が大きくなり、強固に接着させることができる。
【００２３】
また、本実施の形態において、ｐ側パッド電極は、図２のように、その一部がｐ側オーミック電極の最外周部よりも外側になるように形成されていてもよい。そして、そのｐ側オーミック電極の最外周部の外側に位置する外周部でも、絶縁層上に接するように設けることができる。このような構成とすることで、ｐ側オーミック電極の最外周部の一部が、ｐ側パッド電極の下の絶縁層よりもさらに内側（素子表面の中心に近い側）になるよう形成されて、ｐ側オーミック電極の最外周部を含む外周部がｐ側パッド電極の外周部と重なって接しているようになる。これにより、ｐ側オーミック電極の最外周部がｐ側パッド電極とｐ型半導体層とに挟まれたようになるので、その部分が剥がれにくくなる。ｐ側オーミック電極に外力が加わると、特に端部（外周）が剥がれやすいが、その外周の一部が露出しないようにすることで、剥がれにくくすることができる。しかも、特に負荷のかかりやすいｐ側パッド電極近傍においてｐ側オーミック電極の露出部分を減らせることで効果的である。また、図１に比べて広い面積で絶縁層が形成されているので、ｐ側パッド電極形成時に位置がずれてショートを起こすのを防ぐことができ、あるいは、バンプの位置ズレが生じた場合でもｐ側オーミック電極の上方に負荷がかかりにくくすることができる。また、面積の大きな絶縁層とすることで、ｐ型半導体層との接着性もよく、安定して形成させることができる。更にまた、この絶縁層は、ｐ型半導体層表面だけでなく、端面にまで連続して形成されても問題はない。半導体発光素子の端面（断面）は、露出されるよりもむしろ保護膜を形成しておくのが好ましいので、本発明のように、ｐ側パッド電極の下に形成される絶縁層がそのまま半導体層の端面まで連続して設けられていてもよい。
【００２４】
また、上記の絶縁層は、図２において、ｐ側パッド電極の中央部にのみ形成され、ｐ側パッド電極は、中央部は絶縁層上に形成されるとともに、外周部はｐ側オーミック電極上に形成される部分と、ｐ型半導体層の表面とに形成されていてもよい。このような構成であっても、ｐ側オーミック電極の最外周部の一部がｐ側パッド電極とｐ型半導体層とに挟まれたようになっているので、その部分が剥がれにくくなるという効果が得られることに変わりはない。このような形状の場合は、ｐ側パッド電極の外周部の、半導体素子の角部に近いところでｐ型半導体層の表面と接していることになり、その部分から電流を流すことも可能となるので、発光層を広く利用することができる。
【００２５】
また、この図２において、ｐ側オーミック電極と絶縁層とは、互いの端部で接するようになっているが、このようにすることでｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極との接触面積を大きくして電流密度を高くすることが可能となる。しかし、両者が重なっていても問題はない。また、ｐ側パッド電極の下部において互いの端部が離れているように形成され、その間でｐ型半導体が露出されていてもよい。そうするとその露出されたｐ型半導体層の表面と接触されることになり、ｐ側パッド電極の下面側が凹凸状になって接着面積が大きくなり、剥がれにくくすることができる。
【００２６】
上記に述べたように、本実施の形態において、ｐ側パッド電極は、その中央部でワイヤボンディング時に負荷がかかる部分には絶縁層上に形成され、また、外周部はｐ側オーミック電極上、またはｐ側オーミック電極とｐ型半導体層との上に形成されることで、電極のそれぞれの特性を損なうことなく、安定した出力が得られる半導体発光素子とすることができる。
【００２７】
ｎ側電極については、ｐ側電極と同様に、オーミック電極とパッド電極とを形成させるが、ｐ側電極と違って、電極の下方に活性層を含む発光層が存在しないので、多少の負荷がかかっても素子の特性に悪影響を及ぼしにくいため、絶縁層は形成されていなくてもよい。むしろ、絶縁層を形成することで電極の高さが高くなり、活性層端面から放出される光を遮るなどの問題がおこることもあるので、形成しないほうが好ましい。
【００２８】
ｐ側パッド電極の好ましい材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ及びこれらの酸化物、窒化物からなる群から選択される少なくとも一種を含む合金または多層膜があげられる。特に、Ｎｉの上にＡｕが積層された多層膜が、ｐ側オーミック電極との密着性に優れ、しかもバンプとの接着力にも優れているため好ましい。
【００２９】
ｐ側パッド電極の総膜厚としては１０００Å〜２００００Åが好ましく、更に３０００〜１５０００Åが好ましい。１０００Åより薄いと、バンプを形成しにくく、また、形成できたとしても不安定で信頼性に欠けるものとなるため好ましくない。また、２００００Åよりも厚く形成すると、突出することで取り扱い時に引っかかるなどしてかえって剥がれやすくなるので好ましくない。
【００３０】
（ｐ側オーミック電極）
本実施の形態において、ｐ側オーミック電極は、図１及び図２のように、ｐ側パッド電極よりも広い面積で形成される。ｐ側オーミック電極をｐ型半導体層の表面のほぼ全面を覆うような広い面積で形成させることで、ｐ側パッド電極からの電流をまずｐ型半導体層方向に向けて流れやすくし、そしてｐ型半導体層の広い範囲からｎ型半導体層に向けて流すことができるので、活性層を広く利用でき、発光効率を向上させることができる。ｐ側パッド電極に投入された電流は電極の直下に向けて膜厚方向に流れやすいので、ｐ側電極の面積が小さいと、活性層を有効に利用することができなくなるので、ｐ側オーミック電極は広い範囲に設けるのが好ましい。
【００３１】
ｐ側オーミック電極の形状は、図１では、ｐ側オーミック電極は、最外周部がｐ型半導体層の端部からほぼ一定の距離だけ離れるようにして形成されている。ｐ型半導体層の端部から離れることで、素子の端部の結晶性の悪い部分に電流が流れるのを防ぐことができる。また、図２では、最外周部は、ｐ側パッド電極が形成される第一角部に隣接する二辺については図１のようにｐ型半導体層の端部からほぼ一定の距離だけ離れるように形成され、第一角部近傍では、ｐ側パッド電極と重ならないようにするため、ｐ型半導体層の端部には沿わないような形状に形成されている。これにより、ｐ側オーミック電極の最外周部の一部はｐ側パッド電極の下になるように重ねて形成されるので、その部分は負荷がかかっても剥がれにくくなる。
【００３２】
また、本実施の形態の半導体発光素子は、ｐ側オーミック電極に、ｐ型半導体層の表面まで貫通する開口部を設けるのが好ましい。ｐ側オーミック電極は、ｐ側パッド電極の外周部においてｐ側パッド電極と接合されるが、この接合部は、図１及び図２のような単一平面のｐ側オーミック電極とすることで、容易に形成でき、しかも、電流を流れやすくすることができる。しかし、このような単一平面に限らず、図３または図４のように、ｐ側パッド電極と接合される部分のｐ側オーミック電極に、ｐ型半導体層の表面まで貫通する開口部を有することもできる。このようにすることで、ｐ側パッド電極は、開口部を介してｐ型半導体層の表面と接することができる。この開口部は複数設けることが好ましく、それによりｐ側パッド電極とｐ側オーミック電極やｐ型半導体層の表面との接触面積が大きくなり、しかも立体的に接合されることになるので、単一平面同士で接続される図１や図２のような接続部に比べてより強固な接続が可能となる。しかも、ｐ側パッド電極はｐ型半導体層とも接することができるので、ｐ側オーミック電極が剥がれてそれとともにｐ側パッド電極が剥がれてしまうのを防ぐことができ、また、材料によっては、ｐ側オーミック電極よりもｐ型半導体層と接着しやすい場合もあるので、さらに強固に接着されて安定した半導体発光素子とすることができる。
【００３３】
さらに、このような開口部は、ｐ側パッド電極との接合部だけでなく、ほぼ全面に渡って形成されているのが好ましい。例えば図５のように、複数の開口部を略均一に分散するように設けることができる。このようにｐ側オーミック電極に開口部を設けることで、その開口部から光を放出させることができる。図１〜図４のように、ｐ型半導体層の表面の広い範囲のほぼ全面を覆ってｐ型半導体層側から光を放出させる場合は、ｐ側オーミック電極を透光性にする必要がある。透光性にすることでｐ型半導体層のほぼ全面からの発光が可能であるが、透光性にするためには膜厚を薄くする必要があるため、耐久性に欠け、また、電気抵抗が高くなる。しかしながら、開口部を設けることで、膜厚を厚くして不透光性となっても用いることができる。そして、膜厚を厚くして抵抗を下げることで電流が流れやすくなり、Ｖｆを低くすることができ、発光出力を向上させることができる。膜厚が薄い透光性のｐ側オーミック電極にも、開口部を設けることができる。透光性ではあっても、光は多少吸収されており、なにも形成されていない場合に比べると光の取り出し効率は低下するので、開口部を設けることで、発光出力を上げることができる。このように、本発明の開口部は、電極の膜厚によらず設けることができるが、その効果がより得られやすいのが、膜厚の厚いｐ側オーミック電極である。
【００３４】
このように、開口部を設けることで、ｐ側オーミック電極の膜厚を厚くして発光出力を向上させることができる。そして、本発明においては、このような膜厚の厚いｐ側オーミック電極を用いる場合であっても、ｐ側パッド電極は必要である。本来、ｐ側パッド電極は、膜厚が薄い透光性電極を用いる場合に、その上に直接ワイヤボンディングがしにくく、また、たとえ形成できたとしても耐久性が劣るなどの問題があり、主としてそれらを解決する目的で用いられるものである。本実施の形態のように、膜厚の厚いｐ側オーミック電極を形成させる場合は、膜厚だけをみるとｐ側パッド電極がなくても直接ワイヤボンディングが可能である。しかし、ｐ側オーミック電極は、ｐ型半導体層とオーミック接触させるためには熱を加えてアニールする必要があり、このアニールによってワイヤとの接着性が劣化してしまう。このような問題があるため、ｐ型半導体層とオーミック接触するためのｐ側オーミック電極と、ワイヤと接触させるためのｐ側パッド電極とは、アニール工程の前と後とに分けて形成させる必要がある。このことにより、たとえ膜厚が厚くてもｐ側パッド電極を形成させるのが好ましい。
【００３５】
このように、ｐ側オーミック電極に開口部を設けることで、半導体発光素子の発光効率を向上させることができるので、例えば図５のように、ｐ側パッド電極とｐ側オーミック電極の接合部には開口部を設けずに、それ以外のｐ側オーミック電極にのみ開口部を設けることもできる。
【００３６】
また、膜厚を厚くして開口部を設ける場合、その開口部の形状や大きさ等を規定することによって、光の取り出し効率を高くし、発光効率を向上させることができる。特に、開口部とｐ側オーミック電極との境界、すなわち開口部の内周長を規定することで、より効果的に光を放出することが可能となる。本発明では、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれた面積をＳとし、複数の開口部の内周長の総和をＬとし、この両者の関係がＬ／Ｓ≧０．０２４μｍ／μｍ^２を満たすようにすることで、効果的に発光出力を上げることができる。なお、Ｓ、Ｌとも、ｐ側パッド電極と接合されて露出していない部分を除いたものとする。
【００３７】
Ｌ／Ｓが小さくなる、つまり、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれた面積Ｓに対して、開口部の内周長の総和Ｌが小さくなると、ｐ型半導体層側への出力が低下する。
【００３８】
ここで、ｐ側オーミック電極の最外周部に囲まれた面積Ｓが同じで、開口部の面積を変えて比較したグラフを図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。ここでは、開口部の数は同じで、各開口部の面積を大きくして開口率を上げて比較するものである。なお、開口部からの光の取り出し効率についての比較をするために、電極は膜厚を厚くして不透光性としてあるので、電極を透過する光は除外してある。図８（ａ）は、開口率を変化させたときの量子効率である。この図より、開口率を上げることで量子効率は高くなるものの、開口率が５０％を越えたあたりからは、開口率に比例して効率が上がらない。これは、ある程度の開口率があると、光の取り出し効率はあまり変わらなくなるためである。図８（ｂ）はＶｆを示すものである。この図より、開口率が上がることでＶｆも高くなることがわかる。開口率が高くなるということは、ｐ側オーミック電極とｐ型半導体層との接触面積が少なくなるということなので、その接触面積に応じて電気抵抗が高くなるためである。このＶｆは開口率にほぼ比例して上昇している。そして、この量子効率とＶｆとから導かれる電力変換効率を図８（ｃ）に示している。この図より、開口率を上げていくと、５０％付近をピークに、下がっていくのがわかる。
【００３９】
図９は、開口率が同じ、すなわち、開口部の総面積は同じで、内周長を変化させたときの電力変換効率を示すものである。開口部の面積が同じであることで、ｐ型半導体層とｐ側オーミック電極との接触面積も同じであるので、Ｖｆ及び量子効率は同じであるのと考えられる。しかし、内周長を変化させることで、電力変換効率は図９のように変化するのである。この図より、開口率は同じでも、開口部の内周長を変化させることで、さらに高出力とすることができることがわかる。、そして、本発明では、Ｌ／Ｓ≧０．０２４μｍ／μｍ^２を満たすような範囲とすることで、高出力の半導体発光素子とすることができる。Ｌ／Ｓが０．０２４μｍ／μｍ^２より小さくなると、開口部を設けた効果が少なくなるので好ましくない。また、上限は特に定めていないが、実質的には１μｍ／μｍ^２より大きくなると、開口部一つの大きさが非常に小さくなりすぎて実用的ではなくなる。
【００４０】
上述のように、ｐ型半導体層側からの出力効率が、開口部の面積よりも開口部の内周長によって大きく左右されるのは、電極とｐ型半導体層との境界において特に強く発光が観測されるためであり、その境界を多くする、すなわち内周長を長くすることで効率よく光を放出させることができる。境界をさらに多くするためには、開口部だけでなく、さらに、ｐ側オーミック電極の最外周部を、直線ではなく屈折させた連続線によって半導体層の端部に沿うように設けることで、ｐ側オーミック電極とｐ型半導体との境界を多くすることができるので、さらに出力を向上させることができる。
【００４１】
上記のような複数の開口部は、ほぼ同じ形状となるように形成することで、複数の開口部を効率よく形成しやすくなる。さらに、面内分布も均一になりやすく、ムラのない発光を得ることができる。形状としては、方形、円形、３角形など、種々の形状を用いることができる。好ましくは方形であり、隣接する開口部と一定の距離間隔をあけて均一に分散させるように複数形成させることで、均一な発光が得られ易くなる。また、複数の開口部の面積をほぼ同じなるように形成することで、開口部が形成される位置によって、好ましい形状を選択することができる。
【００４２】
ｐ側オーミック電極の好ましい材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びこれらの酸化物、窒化物からなる群から選択される少なくとも一種を含む合金または多層膜があげられる。これらは、４００℃以上の温度でアニールすることにより、ｐ型半導体層と良好なオーミック特性を得ることができる。特に、Ｎｉの上にＡｕ、さらにその上にＲｈＯが積層された多層膜が好ましい。ｐ側オーミック電極の総膜厚としては５０Å〜１００００Åが好ましい。特に、透光性の電極として用いる場合は５０Å〜４００Åが好ましい。また、不透光性の電極として用いる場合は、１０００Å〜５０００Åが好ましい。
【００４３】
（絶縁層）
本実施の形態において、ｐ側パッド電極は、少なくとも中央部がｐ型半導体層の表面に形成された絶縁層上に形成されている。このような構成とすることで、ワイヤボンディング時にかかる負荷によってｐ型半導体層及びｐ側オーミック電極が破損するのを防ぐことができるので、信頼性の高い半導体発光素子とすることができる。
【００４４】
また、絶縁層の材料として、活性層を含む発光層からの光を反射しやすいもの（屈折率が低く、透明であるもの）を用いるのが好ましく、特に、ｐ側電極の反射率よりも高いものを用いるのが好ましい。ｐ側パッド電極は、ワイヤボンディングのためのバンプが形成されるため、ある程度の厚みが必要であり、そのために光は透過しにくくなっている。そのため、ｐ側パッド電極の下方にある活性層で発生した光は、ｐ型半導体層の表面まで伝搬しても、そこから外部に放出されることはなく、反射されて素子内部を伝搬し、放出可能な部分から放出される。しかし、このとき、ｐ型半導体層上にｐ側パッド電極が形成されていると、光が吸収されやすく発光効率が低下する。しかし、反射率が高い絶縁層、すなわち屈折率が低く透明な絶縁層を形成することで、ｐ側パッド電極とｐ型半導体層の接触面積を少なくして光の吸収を抑制することができ、素子内部へ効率よく光を反射させて出力を向上させることができる。
【００４５】
絶縁層の材料としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２などが好ましく、膜厚は０．０５μｍ〜２μｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．１μｍ〜１．５μｍである。２μｍよりも厚くなると、ｐ側パッド電極とｐ型半導体層やｐ側オーミック電極との段差が大きくなって、かえって剥がれやすくなることがあるため好ましくない。また、０．０５μｍよりも薄くなると、ｐ型半導体層にかかる負荷を吸収しきれなくなるので好ましくない。
【００４６】
また、このようにｐ側パッド電極とｐ型半導体層との間に形成される絶縁層は、半導体発光素子の端面にまで連続して形成されていてもよい。特に活性層の断面（端面）まで連続するように設けることで、活性層を保護する保護膜として機能することができる。
【００４７】
また、この絶縁膜は、ｐ側オーミック電極の上にまで連続して形成されていてもよい。特に、絶縁層としてＳｉＯ_２のような透光性のものを用いる場合、ｐ側パッド電極とｐ型半導体層との間では、絶縁層は反射率の低いｐ側パッド電極に接しているために反射膜として機能するので、電極材料に光が到達するのを防ぐことができ、光の吸収を抑制することができるが、ｐ側オーミック電極の上に設けられた場合、絶縁膜の表面は屈折率の低い空気と接していることになるので、反射膜としては機能せず、光の透過が可能な膜となる。これにより、ｐ側オーミック電極が空気中の水分などによって劣化するのを防ぐ保護膜として、あるいは機械的な外力に対する緩衝層として機能させることができる。
【００４８】
（半導体）
本発明の半導体発光素子は特にガリウムを含む窒化物半導体において顕著な効果を示す。ガリウムを含む窒化物半導体（窒化ガリウム系化合物半導体）とは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）からなる半導体を意味し、ガリウムを含む窒化物半導体が半導体素子の一部を構成していればこれに含まれる。
【００４９】
半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることでより出力を向上させることもできる。
【００５０】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイヤ基板を利用することが好ましい。このサファイヤ基板上にＨＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。サファイヤ基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等の低温で成長させ非単結晶となるバッファ層を形成しその上にｐｎ接合を有する窒化物半導体を形成させる。
【００５１】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用したｐｎ接合を有する紫外領域を効率よく発光可能な発光素子例として、バッファ層上に、サファイヤ基板のオリフラ面と略垂直にＳｉＯ_２をストライプ状に形成する。ストライプ上にＨＶＰＥ法を用いてＧａＮをＥＬＯＧ（ＥｐｉｔａｘｉａｌＬａｔｅｒａｌＯｖｅｒＧｒｏｗｔｈＧａＮ）成長させてもよい。続いて、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・アルミニウム・ガリウムの井戸層と窒化アルミニウム・ガリウムの障壁層を複数積層させた多重量子井戸構造とされる活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などの構成が挙げられる。
【００５２】
窒化物半導体は、不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせることが好ましい。窒化物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。
【００５３】
前述のように、ＧａＮ系半導体は不純物をドープしない（アンドープの）場合、導電型はｎ型を示し、Ｍｇなどのｐ型となる不純物をドープすることでｐ型を示すが、ＭｇをドープしてＧａＮ系半導体を成長させるだけでは良好なｐ型を示すＧａＮ系半導体は得られず、基板上にｎ型の半導体層とＭｇをドープした半導体層を積層後、例えば６００℃でアニーリングすることで、Ｍｇが電気的に活性化し、低抵抗のｐ型のＧａＮ系半導体を得ることができる。これは１つの考えとして、ｐ型のＧａＮ系半導体層に含まれる水素がアニーリングにより除去されることで、低抵抗化が起こるとも考えられている。このようにアニーリングにより低抵抗化する場合、低抵抗化する層は基板から最も離れた側に設けることで、水素が効率よく除去される。以下、本発明の実施例について詳述する。
【００５４】
【実施例】
［実施例１］
図１に示すような半導体層を形成する。この半導体層は窒化ガリウム系化合物半導体であり、活性層を含む発光層からの発光ピークが紫外域にある４００ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的には、洗浄させたサファイヤ基板上に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、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ_４とＣｐ_２Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００５５】
半導体素子の構造としてはサファイヤ基板上に、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、ｎ型クラッド層となるＳｉが含有されたＡｌＧａＮ層、次に発光層として井戸層を構成する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としてある。発光層上には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、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。（なお、サファイヤ基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）。
【００５６】
詳細に記載すると、２インチφ、（０００１）Ｃ面を主面とするサファイヤ基板上に、５００℃にてＧａＮよりなるバッファ層を２００Å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の膜厚にて成長させる。尚、この成長させる膜厚は、５μｍに限定されるものではなく、バッファ層よりも厚い膜厚で成長させて、１０μｍ以下の膜厚に調整することが望ましい。
【００５７】
（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する。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、シランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を７５Åの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮ層を２５Åの膜厚で成長させる。このようにして、７５ÅのアンドープＧａＮからなるＡ層と、ＳｉドープＧａＮ層を有する２５Å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２５００Å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。
【００５８】
（活性層）
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５０Å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ＩｎＧａＮよりなる井戸層を３０Å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１９３０Åの多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させる。
【００５９】
（ｐ型半導体層）
次に、ｐ側多層膜クラッド層及び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、Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）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４０Å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、Ｃｐ_２Ｍｇ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２５Åの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、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４０Å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３６５Å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７００Å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おいて、７００℃でアニールを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００６０】
次に、エッチングによりサファイヤ基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出させる。具体的には、ウエハ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、第二角部にｎ型コンタクト層の表面を露出させる。
【００６１】
（ｐ側オーミック電極、ｎ側オーミック電極）
次に、ｐ型層のほぼ全面を覆うように、膜厚１１０Åの透光性のｐ側オーミック電極（Ｎｉ／Ａｕ＝６０／５０）を形成させる。なお、ｎ型半導体層が露出された第二角部と対向する第一角部の絶縁層を設ける部分には、ｐ側オーミック電極は形成させない。絶縁層は、図１に示すようにｐ側オーミック電極の最外周部よりも内側に形成させるので、この部分はｐ型半導体層からなるコンタクト層を露出させておく。また、このとき、ｎ側オーミック電極も同時に形成させる。これにより同じ材料を用いて少ない工程で各電極を形成させることができるが、材料が異なる場合は、別工程で形成させてもよい。オーミック電極形成後、酸素を含む窒素雰囲気中（酸素含有量１％）、６００℃で１０分間アニールを行う。これにより、半導体層とオーミック接触させる。
【００６２】
（絶縁層）
第一角部でｐ側オーミック電極を形成しなかった部分及び、ｐ側オーミック電極の上でｐ側パッド電極の外周部と接続される部分を除く全面に、にＳｉＯ_２よりなる絶縁層を膜厚５０００Åで形成させる。
【００６３】
（ｐ側パッド電極、ｎ側パッド電極）
絶縁層とその周辺のｐ側オーミック電極との上にｐ側パッド電極（Ｎｉ／Ａｕ＝１０００／６０００）を膜厚７０００Åで形成させる。また、ｎ型半導体層からなるコンタクト層の表面のｎ側オーミック電極上にも、ｐ側パッド電極と同様にＮｉ／Ａｕ（１０００／６０００）からなるｎパッド電極を形成する。同一の材料を用いることで工程を少なくすることができる。しかし、異なる材料を用いても何ら問題はない。パッド電極形成後、基板を約８０μｍになるまで研磨する。このように研磨して基板を薄くしておくことで、分割しやすくなる。出来上がった半導体ウエハにスクライブラインを引いた後、外力により分割させて、図１に示すような本発明の半導体発光素子を得る。得られた半導体発光素子は、Ｖｆが３．５Ｖ、発光出力が１０ｍＷ、となり、電流値２０ｍＡでの電力変換効率が約１４．３％である。
【００６４】
［実施例２］
実施例２は、図２に示すような半導体発光素子を形成させるものである。実施例１のｐ側オーミック電極の最外周部が、第一角部において図２のように内側（半導体層表面の中心に近くなるよう）になるよう形成させて、絶縁層を第一角部に形成し、ｐ側パッド電極をｐ側オーミック電極と絶縁層上に接するように形成する以外は実施例１と同様に行い、図２に示すような本発明の半導体発光素子を得る。得られた半導体発光素子は、Ｖｆが３．５Ｖ、発光出力が１０ｍＷとなり、電流値２０ｍＡでの電力変換効率が約１４．３％である。
【００６５】
［実施例３］
実施例３は、図３に示すような半導体発光素子を形成させるものである。実施例１のｐ側オーミック電極の最外周部が、第一角部において図２のように内側になるよう形成させて、さらにｐ側パッド電極が形成される位置に一辺が５μｍの略四角形の開口部を２０個形成させる。そして、絶縁層を第一角部に形成した後、ｐ側パッド電極を絶縁層とｐ側オーミック電極に設けた開口部を覆うように形成する以外は実施例１と同様に行い、図３に示すような本発明の半導体発光素子を得る。得られた半導体発光素子は、Ｖｆが３．５Ｖ、発光出力が１０ｍＡ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率が約１４．３％である。
【００６６】
［実施例４］
実施例４は、図４に示すような半導体発光素子を形成させるものである。実施例２のｐ側オーミック電極の最外周部が、第一角部において図４のように内側になるよう形成された部分に、一辺が５μｍの略四角形の開口部を１０個形成させる。そして、絶縁層を第一角部に形成した後、その上からｐ側オーミック電極の外周部の開口部を覆うようにｐ側パッド電極を形成する以外は実施例２と同様に行い、図４に示すような本発明の半導体発光素子を得る。得られた半導体発光素子は、Ｖｆが３．５Ｖ、発光出力が１０ｍＡ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率が約１４．３％である。
【００６７】
［比較例１］
ｐ型窒化物半導体上のほぼ全面にｐ側オーミック電極を透光性の電極として形成させた後に、その上の一部にｐ側パッド電極を形成させてある。具体的には、エッチング後、ｐ型半導体層の表面のほぼ全面を覆うように、膜厚１１０Åの透光性のｐ側オーミック電極（Ｎｉ／Ａｕ＝６０／５０）と、そのｐ側オーミック電極の上に膜厚０．５μｍのＡｕよりなるｐ側パッド電極を半導体層の第一角部に形成する以外は実施例１と同様に行い、半導体発光素子を得る。得られる半導体発光素子のＶｆは３．５Ｖ、発光出力は９．５ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は約１３．６％である。ｐ側パッド電極がｐ側オーミック電極上に形成されていることで、光の吸収が起こり、出力が低下しているものと考えられる。
【００６８】
［実施例５］
実施例５は、図５に示すような半導体発光素子を形成させるものである。実施例３のｐ側オーミック電極に設けた開口部を、ｐ側パッド電極と接合される部分だけでなく、ほぼ全面に渡って形成されるよう１５０個形成して、図５に示すような本発明の半導体発光素子を得る。ここでは、ｐ側オーミック電極はＮｉ／Ａｕ（１００／１２００）からなる不透光性の電極となるように形成されている。得られる半導体発光素子は、露出する開口部の内周長の総和Ｌは３０００μｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．０６５である。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率は６．２５％であり、Ｖｆは３．４Ｖ、発光出力は１１．５ｍＷであり、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は約１６．９％である。このように、ｐ側オーミック電極の膜厚を厚くして開口部を設けることで、発光出力を高くすることができる。
【００６９】
［実施例６］
実施例６は、図６に示すような半導体発光素子を形成させるものである。実施例４のｐ側オーミック電極に設けた開口部を、ｐ側パッド電極と接合される部分には形成せず、それ以外の露出された部分にほぼ全面に渡って形成されるよう１５０個形成して、図６に示すような本発明の半導体発光素子を得る。実施例６では実施例５と同様にｐ側オーミック電極はＮｉ／Ａｕ（１００／１２００）からなる不透光性の電極となるように形成されている。得られる半導体発光素子は、露出する開口部の内周長の総和Ｌは３０００μｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．０６５である。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率は６．２５％であり、Ｖｆは３．４Ｖ、発光出力は１１．５ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は約１６．９％である。
【００７０】
［実施例７］
実施例６において、開口部の大きさを一辺が２．５μｍとし、開口率を同程度にするために開口部の数を６００個とする以外は実施例６と同様に行い本発明の半導体発光素子を得る。得られる半導体発光素子の露出する開口部の内周長の総和Ｌは６０００μｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．１３である。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率は６．２５％であり、Ｖｆは３．４Ｖ、発光出力は１２ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は約１７．４％である。このようにｐ側オーミック電極の開口率が同じでも、開口部の内周長が長くなることで、発光出力を高くすることができる。
【００７１】
［実施例８］
実施例６において、開口部の大きさを一辺が１０μｍとし、開口率を同程度にするために開口部の数を３７個とする以外は実施例６と同様に行い本発明の半導体発光素子を得る。得られる半導体発光素子の露出する開口部の内周長の総和Ｌは１５００μｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．０３２である。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率は６．２５％であり、Ｖｆは３．４Ｖ、発光出力は１１ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は１６．１％である。
【００７２】
［実施例９］
実施例７において、Ｌ／Ｓが一定で、かつ、開口率を高くするために、開口部の大きさを一辺を３．８μｍとし、開口部の数を１５６５個とする以外は実施例７と同様に行い本発明の半導体発光素子を得る。得られる半導体発光素子の露出する開口部の内周長の総和Ｌは６０００μｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．１３と、実施例７と同等であるが、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率が約５０％と高くなっている。このときのＶｆは３．５Ｖ、発光出力は２０ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は２０％である。
【００７３】
［比較例２］
実施例６において、開口部の大きさを一辺が２０μｍとし、開口率を同程度にするために開口部の数を９個とする以外は実施例６と同様に行い本発明の半導体発光素子を得る。得られる半導体発光素子の露出する開口部の内周長の総和Ｌは７５０μｍ、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓは４６０００μｍ^２であり、Ｌ／Ｓは０．０１６である。また、ｐ側オーミック電極の最外周部で囲まれ露出される面積Ｓに対する開口部の面積の比率である開口率は０．０１６％であり、Ｖｆが３．４Ｖ、発光出力は１０．３ｍＷ、電流値２０ｍＡでの電力変換効率は１５．１４％である。このように、開口率は同じであっても各開口部が面積が大きくなるよう形成されために内周長が短くなると、取り出し効率が悪くなるため発光出力が大幅に低下してしまう。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではｐ側パッド電極の中央部が直接ｐ型半導体層やｐ側オーミック電極上に形成されていないため、ワイヤボンディング時にかかる負荷によって損傷されにくくなるため、安定で信頼性の高い半導体発光素子を得ることができる。また、ｐ側オーミック電極に開口部を設け、これを利用することでさらにｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極との接合性を向上させるとともに、ｐ側オーミック電極側からの光を取り出しやすくして発光出力及び電力変換効率を向上させることができる。また、絶縁層を用いることで、光の吸収をも抑えることができるので、さらに効率よく光を放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の平面図である。
（ｂ）図１（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。
（ｃ）図１（ｂ）の部分拡大図である。
【図２】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の平面図である。
（ｂ）図２（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。
（ｃ）図２（ｂ）の部分拡大図である。
【図３】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の平面図である。
（ｂ）図３（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。
（ｃ）図３（ｂ）の部分拡大図である。
【図４】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の平面図である。
（ｂ）図４（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。
（ｃ）図４（ｂ）の部分拡大図である。
【図５】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の平面図である。
（ｂ）図５（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。
（ｃ）図５（ｂ）の部分拡大図である。
【図６】（ａ）本発明の一実施例に係わる半導体素子の平面図である。
（ｂ）図６（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。
（ｃ）図６（ｂ）の部分拡大図である。
【図７】（ａ)比較例に係わる半導体素子の平面図である。
（ｂ）図７（ａ）のＸ−Ｙにおける断面図である。
（ｃ）図７（ｂ）の部分拡大図である。
【図８】（ａ）ｐ側オーミック電極の開口部の大きさを固定したときの開口率と量子効率との関係を示す図である。
（ｂ）ｐ側オーミック電極の開口部の大きさを固定したときの開口率とＶｆとの関係を示す図である。
（ｃ）ｐ側オーミック電極の開口部の大きさを固定したときの開口率と電力変換効率との関係を示す図である。
【図９】ｐ側オーミック電極の開口部の開口率を固定したときの内周長と電力変換効率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ｐ側オーミック電極、
２・・・ｐ側パッド電極、
３・・・ｎ側オーミック電極、
４・・・ｎ側パッド電極、
５・・・絶縁層、
６・・・開口部、
１０１・・・基板、
１０２・・・ｎ型半導体層、
１０３・・・活性層、
１０４・・・ｐ型半導体層。

Claims

ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に発光層を有し、前記ｐ型半導体層の表面にｐ側電極が設けられ、前記ｐ型半導体層側からのエッチングによって一部が露出されたｎ型半導体層の表面にｎ側電極が設けられている半導体発光素子であって、
前記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層とオーミック接続されたｐ側オーミック電極と、該ｐ側オーミック電極の一部の上に接するよう設けられたワイヤボンディング用のｐ側パッド電極とからなり、
前記ｐ側パッド電極の中央部が前記ｐ型半導体層上に接して設けられた絶縁層上に接して設けられており、
前記オーミック電極は、前記ｐ型半導体層の表面まで貫通する開口部を有し、前記パッド電極の外周部の少なくとも一部は、前記開口部の一部を含むオーミック電極の上に接して設けられ、その開口部を介して前記ｐ型半導体層の表面に接していることを特徴とする半導体発光素子。
前記ｐ側オーミック電極の開口部は、複数設けられる請求項１記載の半導体発光素子。
前記半導体発光素子は、平面形状が略四角形状であり、その１つの角部である第一角部に前記ｐ側パッド電極が設けられ、該第一角部と対向する第二角部に前記ｎ側電極が設けられてなり、前記ｐ側パッド電極は、前記ｐ側オーミック電極の最外周部より内側に形成されている請求項１または請求項２記載の半導体発光素子。
前記半導体発光素子は、平面形状が略四角形状であり、その１つの角部である第一角部に前記ｐ側パッド電極が設けられ、該第一角部と対向する第二角部に前記ｎ側電極が設けられてなり、前記ｐ側パッド電極の外周部の一部は、前記ｐ側オーミック電極の最外周部より外側に形成され、該ｐ側オーミック電極の最外周部より外側で前記絶縁層上に接して設けられている請求項１または請求項２記載の半導体発光素子。
前記ｐ側オーミック電極の複数の開口部は、各開口部がほぼ同じ形状である請求項２乃至請求項４記載の半導体発光素子。
前記ｐ側オーミック電極の複数の開口部は、各開口部がほぼ同じ面積である請求項２乃至請求項５記載の半導体発光素子。
前記絶縁層は、発光層からの光に対する反射率が、前記ｐ側パッド電極よりも大きい請求項１乃至請求項６記載の半導体発光素子。
前記半導体層は少なくともガリウムを含む窒化物半導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項７記載の半導体発光素子。
前記ｐ側オーミック電極は、前記ｐ型半導体層の表面のほぼ全面を覆うように設けられた請求項１乃至請求項８記載の半導体発光素子。