JP4841909B2 - 窒化物系半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は窒化物系半導体発光素子、及びその製造方法に関する。

近年、短波長光発光素子用の半導体材料としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめとして、種々の酸化物基板やＩＩＩ―Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
サファイア単結晶基板は、ＧａＮとは格子定数が１０％以上も異なるが、ＡｌＮやＡｌＧａＮなどのバッファ層を形成することにより、その上に良好な窒化物半導体を形成することができ、一般的に広く用いられている。サファイア単結晶基板を用いた場合、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が、この順で積層される。サファイア基板は絶縁体であるので、その素子構造は一般的に、ｐ型半導体層上に形成された正極とｎ型半導体層上に形成された負極が存在することになる。ＩＴＯなどの透明電極を正極に使用してｐ型半導体側から光を取り出すフェイスアップ方式、Ａｇなどの高反射膜を正極に使用してサファイア基板側から光を取り出すフリップチップ方式の２種類がある。

このように、サファイア単結晶基板は一般的に広く用いられているが、絶縁体であるためにいくつかの問題点がある。
第一に、負極を形成するために発光層をエッチングなどにより除去してｎ型半導体層を露出させることから負極の部分だけ発光層の面積が減ってしまい、その分、出力が低下する。
第二に、正極と負極が同一面にあるために電流の流れが水平方向になってしまい、局部的に電流密度の高いところができ、素子が発熱してしまう。
第三に、サファイア基板の熱伝導率は低いので、発生した熱が拡散せず素子の温度が上昇してしまう。

以上の問題を解決するため、サファイア単結晶基板上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層がこの順で積層した素子に導電性基板を接着し、その後、サファイア単結晶基板を除去して、正極と負極を上下に配置させる方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
また、導電性基板を接着させるのではなく、メッキによって作製する方法が開示されている（例えば、特許文献２）。
また、メッキによって基板を作製する際に、ｐ型半導体層とメッキとの密着性を向上させるため、中間層を成膜する手段も開示されている（例えば、特許文献３）。

導電性基板を接着させる方法には、ＡｕＳｎなどの低融点金属化合物を接着材とする方法や、真空中でアルゴンプラズマ等を用いて接合面を活性化させ接着する活性化接合等の方法がある。これらの方法では、接着面が極めて平滑であることが要求され、パーティクルなどの異物がある場合にその部分が浮いてしまい、良好に接着できなくなる虞がある等、均一な接着面を形成することは困難であった。

メッキによって基板を作製する場合、異物による影響がほとんど無い点で有利であるが、基板を作製するためには１０μｍ以上の膜厚を必要とするため、ｐ型半導体層との密着性が問題になる。メッキによって基板を作製する場合、ｐ型半導体層上にオーミック接合をさせるためのオーミック接触層を形成し、その後、メッキを施す。特許文献３では、オーミック接触層とメッキ層の間に中間層を用いて密着性を向上させている。

正極と負極を上下に配置させた場合に光取り出し効率を向上させるための手段として、窒化物系半導体発光素子の側面に反射膜を成膜する方法が開示されている（例えば、特許文献４）。
ＧａＮ系化合物半導体素子のように短波長光を発光する場合、特許文献４に記載されたような反射膜にＡｇを使用することで、最も反射率を高めることができる。
しかしながら、Ａｇはマイグレーションを極めて起こしやすいので、信頼性のある素子として使用するためのマイグレーション防止策として、Ａｇを覆うようにして、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉからなる金属保護膜を設けたものが開示されている（例えば、特許文献５）。
しかしながら、この特許文献５に記載の窒化物系半導体発光素子では、オーミック接触層の上に反射層を成膜しているために、厚膜のメッキ金属基板を形成した際の密着性が問題となる。

以上のように、既存の技術では、上下に電極を配置する窒化物系半導体発光素子において、支持基板としてメッキ金属基板を用いた場合、密着性及び側面からの光取り出し効率を両立させることが困難であった。
特許第３５１１９７０号公報 特開２００１−２７４５０７号公報 特開２００４−４７７０４号公報 特許第３３２６５４５号公報 特開平１１−１９１６４１号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、密着性に優れ、且つ良好な透光性を有し、低接触抵抗を有する電流拡散性に優れた正極を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供するものである。特に、基板を剥離する工程を備えた製造方法によって得られ、上下電極構造を有する窒化物系半導体発光素子において、光取り出し効率を向上させるための構造及びその製造方法に関する。
また、本発明の窒化物系半導体発光素子は、オーミック接触層に仕事関数の大きいＰｔ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ａｇを用い、かつ、密着層としてＴｉ，Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの単体金属またはそれらの合金を採用した構成とした場合には、電子線照射や高温アニール、又は酸素雰囲気下での合金化熱処理等を行わない場合であっても、密着性に優れ、且つ良好な透光性を有し、低接触抵抗を有する電流拡散性に優れた正極を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することができる。

本発明者等は、上記問題を解決するため鋭意努力検討した結果、少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板がこの順序で積層されてなる窒化物系半導体発光素子において、ｐ型半導体層に接して形成される金属膜層がオーミック接触層であり、保護層がｎ型半導体層側面、発光層側面、ｐ型半導体層側面を覆うように形成され、保護層に接して形成される金属膜層が密着層、反射層の順で構成され、前記反射層を覆うように金属板がメッキによって形成されることにより、密着性及び側面からの光取り出し効率を両立させることが可能になることを見出した。
即ち本発明は以下に関する。

（１）少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板が、この順序で積層されてなる窒化物系半導体発光素子において、保護層が、前記ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層の側面を覆い、さらに、前記保護層の上端部が前記ｐ型半導体層の上面の周縁部を覆うように形成され、前記ｐ型半導体層に接して形成される第１の金属膜層がオーミック接触層からなり、前記保護層に接して形成される第２の金属膜層が密着層からなり、前記密着層の上端部が、前記保護層の上端部に接して前記ｐ型半導体層の上面の一部を覆うように形成され、前記反射層が、前記密着層の側面及び上面と、前記オーミック接触層と、前記ｐ型半導体層の上面における前記保護層、密着層及びオーミック接触層以外の部分を覆うように形成されてなり、前記金属板がメッキからなり、前記反射層を覆うように形成されていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
（２）前記密着層が、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの単体金属、及び／又は、それらの合金からなることを特徴とする（１）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（３）前記密着層の膜厚が０．１ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（４）前記反射層がＡｇ合金からなることを特徴とする（１）〜（３）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（５）前記反射層の膜厚が０．１ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（６）前記保護層が酸化ケイ素，窒化珪素からなることを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（７）前記保護層の膜厚が１０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする（１）〜（６）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子
（８）前記保護層の光透過率が、３００〜６００ｎｍの波長範囲において、８０％以上であることを特徴とする（１）〜（７）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（９）前記金属板の膜厚が１０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（１０）前記金属板が無電解メッキ法により形成されたメッキからなることを特徴とする（１）〜（９）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（１１）前記金属板がＮｉＰ合金からなることを特徴とする（１）〜（１０）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（１２）前記第２の金属膜層と金属板との間にメッキ密着層が形成されていること特徴とする（１）〜（１１）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（１３）前記メッキ密着層が、前記金属板をなすメッキの５０重量％以上を占める主成分と同一の組成を５０重量％以上含有することを特徴とする（１２）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（１４）前記メッキ密着層がＮｉＰ合金からなることを特徴とする（１２）又は（１３）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（１５）前記オーミック接触層が、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ａｇの単体金属、及び／又は、それらの合金からなることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（１６）前記オーミック接触層の膜厚が０．１ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする（１）〜（１５）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。

（１７）少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板を、この順序で積層する積層工程を有する窒化物系半導体発光素子の製造方法において、保護層を、前記ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層の側面を覆い、更に、その上端部が前記ｐ型半導体層の上面の周縁部を覆うように形成し、前記ｐ型半導体層に接する第１の金属膜層としてオーミック接触層を形成し、前記保護層に接する第２の金属膜層として密着層を、その上端部が、前記保護層の上端部に接して前記ｐ型半導体の上面の一部を覆うように形成し、前記密着層の側面及び上面と、前記オーミック接触層と、前記ｐ型半導体層の上面の前記保護層、密着層及びオーミック接触層以外の部分を覆うように反射層を形成し、前記金属板を、前記反射層を覆うようにしてメッキによって形成することを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１８）前記積層工程は、前記ｎ型半導体層を、バッファ層を介して基板上に取り付けて行われ、前記積層工程終了後に、前記基板およびバッファ層を除去することにより、前記ｎ型半導体層を露出させることを特徴とする（１７）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１９）前記保護層をＣＶＤ法によって形成することを特徴とする（１７）又は（１８）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（２０）前記金属板を形成した後、１００℃〜３００℃の温度で熱処理することを特徴とする（１７）〜（１９）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（２１）前記密着層をスパッタ法によって形成することを特徴とする（１７）〜（２０）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（２２）前記反射層と前記金属板との間に、スパッタ法によってメッキ密着層を形成すること特徴とする（１７）〜（２１）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。

本発明は、少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板がこの順序で積層されてなる構造において、ｐ型半導体層に接して形成される金属膜層がオーミック接触層であり、保護層がｎ型半導体層側面、発光層側面、ｐ型半導体層側面を覆うように形成され、保護層に接して形成される金属膜層が密着層、反射層の順で構成され、前記反射層を覆うように金属板がメッキによって形成されることにより、密着性及び側面からの光取り出し効率を両立させることが可能になる。これにより信頼性が高く、光出力の高い窒化物系半導体発光素子を作製することが可能になる。

以下、本発明の窒化物系半導体発光素子の実施形態について、図面を参照して説明する。
ただし、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。

図１及び図２は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を覆うように保護層を形成し、その上に密着層、反射層を形成し、その上にメッキ層を形成した、本発明の窒化物系半導体発光素子の一例を示す断面模式図である。
本実施形態の窒化物系半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１０３、発光層１０４、ｐ型半導体層１０５、オーミック接触層１０６（第１の金属膜層）、メッキ基板１１０（金属板）が、この順序で積層（図１の上下方向）されてなる。また、窒化物系半導体発光素子１は、保護層１０７が、ｎ型半導体層１０３、発光層１０４、及びｐ型半導体層１０５の各側面を覆うように形成されており、保護層１０７の各側面には、密着層１０８及び反射層１０９（第２の金属膜層）、メッキ基板１１０（金属板）の延出部１１０ａが、この順で積層されている。そして、本実施形態の窒化物系半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１０３の下面に負電極１１２が形成され、メッキ基板１１０の上面に正電極１１１が形成されることにより、上下電極配置型に概略構成されている。

保護層１０７は、上述のようにｎ型半導体層１０３、発光層１０４、及びｐ型半導体層１０５の各側面を覆うとともに、図１の上端（先端）１０７ａがｐ型半導体層１０５の上面の周縁部１０５ａを覆うように形成されている。本例の保護層１０７の下部１０７ｂは、ｎ型半導体層１０３の下面と面一に、窒化物系半導体発光素子１の周囲方向へ延びて形成されている。
密着層１０８は、保護層１０７と同様に、上端（先端）１０８ａがｐ型半導体層１０５の上面の一部及び保護層１０７を覆うように形成されるとともに、下部１０８ｂも保護層１０７と同様に、下部１０７ｂに積層される形で窒化物系半導体発光素子１の周囲方向へ延びて形成されている。
反射層１０９は、該密着層１０８を、該密着層１０８の下部１０８ｂの先端部（窒化物系半導体発光素子１の周囲方向へ延びた部分）を除いて覆うとともに、オーミック接触層１０６とｐ型半導体層１０５の上面の一部を覆うようにして形成されている。
メッキ基板１１０は、上記反射層１０９の上面及び側面を覆うとともに、密着層１０８の下部１０８ｂの先端部（窒化物系半導体発光素子１の周囲方向へ延びた部分）を覆うように形成されている。

また、本発明の窒化物系半導体発光素子を作製する際は、図２に示す例のように、サファイア基板（基板）２０１上にバッファ層２０２を介して、ｎ型半導体層２０３、発光層２０４、ｐ型半導体層２０５を積層して窒化物系半導体層を形成する。このようにして形成された窒化物系半導体を、サファイア基板２０１上で各窒化物半導体層からなる素子単位に分割し、露出したｐ型半導体層２０５、発光層２０４及びｎ型半導体層２０３を保護層２０７で覆う。次いで、ｐ型半導体層２０５上の保護層２０７の一部を除去する。そして、保護層２０７上に密着層２０８を形成し、ｐ型半導体層２０５上の密着層２０８の一部を除去する。次いで、ｐ型半導体層２０５上にオーミック接触層２０６（第１の金属膜層）を形成する。次いで、密着層２０８とオーミック接触層２０６及びｐ型半導体層の一部を覆うように、反射層２０９（第２の金属膜層）を形成するが、この反射層２０９は、オーミック接触層２０６と同時に成膜することが好ましい。その後、メッキを施すことによってメッキ基板２１０（金属板）を形成する。メッキ前に、メッキ基板２１０との密着性を向上させるため、図示略のメッキ密着層を設けても良い。メッキ基板２１０形成後、サファイア基板２０１を剥離し、さらにバッファ層２０２を除去する。そして、正電極及び負電極を形成することにより、図１に示す正電極１１１及び負電極１１２を形成し、素子単位で分割することにより、図１に示す窒化物系半導体発光素子１を得ることができる。
本発明の窒化物系半導体発光素子は、上述のような積層工程によって図２に示すような各層が形成され、最終的に、サファイア基板２０１及びバッファ層２０２を除去して、メッキ基板２１０を素子単位で分割することにより、図１に示すような窒化物系半導体発光素子が形成される。

サファイア基板１０１には、サファイア単結晶（Ａｌ_２Ｏ_３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＡｇＡｌ_２Ｏ_４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ_２単結晶、ＬｉＧａＯ_２単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶などの公知の基板材料を何ら制限無く用いることができる。ＳｉＣなどの導電性基板を用いれば、正極と負極を上下に配置させた素子の作製は、基板剥離を行わなくとも可能であるが、その場合には絶縁体であるバッファ層１０２を使用することができなくなるので、サファイア基板１０１上に成長する窒化物系半導体層の結晶が劣化してしまい、良好な半導体素子を形成することができない。本発明においては、導電性のＳｉＣ、Ｓｉを用いた場合でもサファイア基板１０１の剥離を行う。

バッファ層１０２は、例えば、サファイア単結晶基板とＧａＮの格子定数が１０％以上も異なるため、その中間の格子定数を有するＡｌＮやＡｌＧａＮ等が、ＧａＮの結晶性を向上させるために一般的に使用されており、本発明においてもＡｌＮやＡｌＧａＮが何ら制限なく用いられる。

窒化物系半導体は、例えばｎ型半導体層１０３、発光層１０４、ｐ型半導体層１０５からなるヘテロ接合構造で構成される。窒化物系半導体層としては、一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）で表される半導体が多数知られており、本発明においても一般式Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）で表される窒化物系半導体が何ら制限なく用いられる。

窒化物系半導体の成長方法は特に限定されず、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＰＶＥ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等、ＩＩＩ族窒化物系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。

ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）または窒素（Ｎ_２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてはアンモニア（ＮＨ_３）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）などが用いられる。
また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）またはジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ_４）を用い、ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）_２Ｍｇ）を用いる。

窒化物系半導体をサファイア基板１０１上で分割する方法としては、エッチング法、レーザカッティング法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。レーザリフトオフ法を用いる場合、窒化物系半導体を分割する際に、サファイア基板１０１にダメージを与えないようにすることが、良好な基板剥離を行う点で好ましい。従って、エッチング法で分割する場合、窒化物系半導体に対してはエッチングレートが早く、サファイア基板１０１に対してはエッチングレートが遅い手法を用いることが好ましい。レーザで分割する場合は、ＧａＮとサファイアに対する吸収波長の違いから、３００〜４００ｎｍの波長を持ったレーザを用いることが好ましい。

保護層１０７は、発光層１０４及びｎ型半導体層１０３が露出することから、ｐ型半導体層１０５とｎ型半導体層１０３との間での短絡を防止するために用いられる。保護膜１０７に用いられる材料は、絶縁体であれば公知の材料を何ら制限なく用いることが出来るが、ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４を用いることが、品質が安定している点で好ましい。
保護層１０７は、表面に反射層１０９が形成されることから、３００〜６００ｎｍの波長範囲、特に３５０〜５５０ｎｍの範囲において透過率が高いことが好ましく、８０％以上の透過率を持つことがより好ましい。
なお、本発明で述べる透光性とは、３００〜６００ｎｍの波長領域の光に対する透光性を意味する。
保護層１０７の厚さは、良好な絶縁性を得るために０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、良好な絶縁性が得られる。保護層１０７の厚さに特に上限はないが、生産性の観点から１μｍ以下にすることが好ましい。
保護層１０７の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のＣＶＤ法やスパッタ法や蒸着法を用いることができる。保護層１０７は半導体層の側面に形成する必要があるため、側面への被覆性に優れたＣＶＤ法を用いることが特に好ましい。
また、保護層１０７は、その目的からすれば窒化物系半導体発光素子の側面にのみ形成されればよいが、マスキングの精度を考慮した場合、図１に示すように、ｐ型半導体層１０５にも一部被覆されるように形成することが好ましい。

密着層１０８には、保護層１０７と密着性の良い金属を用いることができる。密着層１０８の材料としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの単体金属、及び／又は、それらを組み合わせた合金を用いることができる。
密着層１０８の厚さは、良好な密着性を得るために０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な密着性が得られる。密着層１０８が厚くなりすぎると光を吸収してしまうので、２０ｎｍ以下とすることが好ましい。
密着層１０８の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。スパッタ法は、スパッタ粒子が高エネルギーを持って基板表面に衝突して成膜されるので、密着性の高い膜を得ることができる。したがって、スパッタ法を用いることがより好ましい。

反射層１０９にはＡｇ合金が用いられる。
反射層１０９の膜厚は、良好な反射率を得るためには０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、良好な反射率が得られる。また、Ａｇ合金はマイグレーションを起こしやすいので、メッキにより保護するとはいえ、より薄い方が好ましい。したがって、膜厚は２００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
反射層１０９の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。スパッタ法はスパッタ粒子が高エネルギーを持って基板表面に衝突して成膜されるので、密着力の高い膜を得ることができる。したがって、スパッタ法を用いることがより好ましい。

オーミック接触層１０６に要求される性能としては、ｐ型半導体層１０５との接触抵抗が小さいことが必須である。
オーミック接触層１０６の材料としては、ｐ型半導体層１０５との接触抵抗の観点から、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ等の白金族、またはＡｇを用いることが好ましい。さらに好ましくは、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ及びＲｕであり、Ｐｔが特に好ましい。
オーミック接触層１０６にＡｇを用いることは、良好な反射を得るためには好ましいが、接触抵抗はＰｔよりも大きい。したがって、接触抵抗がそれほど要求されない用途にはＡｇを用いることも可能である。

オーミック接触層１０６の厚さは、低接触抵抗を安定して得るために０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な接触抵抗が得られる。
また、オーミック接触層１０６上には、Ａｇ合金等からなる反射層１０９を設けても良い。Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯＳ、Ｐｄ等は、Ａｇ合金と比較すると可視光から紫外領域の反射率が低い。したがって、発光層１０４からの光が十分に反射せず、発光出力の高い素子を得ることが難しい。この場合、オーミック接触層１０６を、光が十分に透過するように薄く形成し、Ａｇ合金などの反射層１０９を形成して反射光を得る方が、良好なオーミック接触が得られ、かつ出力の高い素子を作製することができる。この場合のオーミック接触層１０６の膜厚は３０ｎｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは１０ｎｍ以下である。
オーミック接触層１０６および反射層１０９の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。

なお、密着性向上のため、メッキ基板１１０と密着層１０８との間、及びメッキ基板１１０と反射層１０９との間に、図示略のメッキ密着層を形成しても良い。メッキ密着層の材料は、メッキ基板１１０に使用するメッキによって異なってくるが、メッキ成分に主に含まれる物質を多く含んでいたほうが密着性を向上させる。例えば、メッキ密着層は、メッキ基板１１０の５０重量％以上を占める主成分と同一の組成を、５０重量％以上含有する構成とすることが好ましい。
また、メッキ基板１１０にＮｉＰメッキを用いる場合、メッキ密着層にはＮｉ系合金を用いることが好ましい。さらに好ましくはＮｉＰ合金を用いることである。また、メッキ基板１１０にＣｕメッキを用いる場合、メッキ密着層にはＣｕ系合金を用いることが好ましい。さらに好ましくはＣｕを用いることである。
メッキ密着層の厚さは、良好な密着性を得るために０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な密着性が得られる。メッキ密着層の厚さに特に上限はないが、生産性の観点から２μｍ以下にすることが好ましい。
メッキ密着層の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。スパッタ法は、スパッタ粒子が高エネルギーを持って基板表面に衝突して成膜されるので、密着性の高い膜を得ることができる。したがって、スパッタ法を用いることがより好ましい。

メッキ基板１１０には、無電解メッキ、電解メッキのどちらでも用いることができる。無電解メッキの場合、材料としてはＮｉＰ合金メッキを用いることが好ましく、電解メッキの場合、材料としてはＣｕを用いることが好ましい。
メッキ基板１１０の厚さは、基板としての強度を保つために１０μｍ以上とすることが好ましい。また、メッキ基板１１０が厚すぎるとメッキの剥離が起こりやすくなり、かつ生産性も低くなるので２００μｍ以下とすることが好ましい。
メッキを実施する際は、窒化物系半導体発光素子の表面を、汎用の中性洗剤等を用いて、予め脱脂洗浄しておくことが好ましい。また、硝酸などの酸を用いてメッキ密着層等の表面に化学エッチングを施すことにより、メッキ密着層上の自然酸化膜を除去するのが好ましい。
ＮｉＰメッキ等のメッキ処理方法としては、メッキ浴として、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケルなどのニッケル源と、次亜リン酸塩などのリン源を含むものを用いた無電解メッキ処理法を採用することができる。無電解メッキ法に用いられるメッキ浴として好適な市販品としては、上村工業製のニムデンＨＤＸなどがある。無電解メッキ処理を行う際のメッキ浴のｐＨは４〜１０、温度は３０〜９５℃とすることが好ましい。

ＣｕまたはＣｕ合金のメッキ処理方法としては、メッキ浴として、例えば硫酸銅などのＣｕ源を用いる電解メッキ処理法を採用することができる。電気メッキ処理を行う際のメッキ浴のｐＨは２以下の強酸条件下で実施することが好ましい。温度は１０〜５０℃とすることが好ましく、常温（２５℃）で実施することがより好ましい。電流密度は０．５〜１０Ａ／ｄｍ^２で実施することが好ましく、２〜４Ａ／ｄｍ^２で実施することがより好ましい。
また、表面を平滑化させるためにレベリング剤を添加することがより好ましい。レベリング剤に用いられる市販品としては、例えば上村工業製のＥＴＮ−１−ＡやＥＴＮ−１−Ｂなどが用いられる。

上述のようにして得られたメッキ基板１１０の密着性を向上させるため、熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度は１００〜３００℃の範囲とすることが、密着性向上の点から好ましい。熱処理温度を上述の範囲以上とすると、密着性がさらに向上する可能性はあるものの、オーミック性が低下してしまう虞がある。

メッキ基板１１０の形成後、サファイア基板１０１の剥離を行う。サファイア基板１０１を剥離する方法としては、研磨法、エッチング法、レーザリフトオフ法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。
サファイア基板１０１を剥離した後、研磨法、エッチング法などによりバッファ層１０２を除去し、ｎ型半導体層１０３を露出させ、該ｎ型半導体層１０３上に図示略の負極を形成する。負極としては、公知の各種組成及び構造のものを、何ら制限なく用いることが出来る。
また、正極としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等の材料を用いた各種構造が公知であり、これら公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。

以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。

［実施例１］
（作製方法）
本実施例では、図１の断面模式図に示すような窒化物系半導体発光素子を作成した。
まず、サファイア基板１０１上に、ＡｌＮからなるバッファ層１０２（厚さ１０ｎｍ）を介して、厚さ５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｉｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層、厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重井戸構造の発光層、厚さ５０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層を順に積層した。

次いで、ドライエッチングによりバッファ層１０２に至るまで窒化物系半導体を掘り（図２も参照）、図１に示すように分割した。
そして、窒化物系半導体のｐ型コンタクト層（ｐ型半導体層１０５）上に、厚さ１．５ｎｍのＰｔ層を、オーミック接触層１０６として、図１に示すようにスパッタ法により成膜した。
保護層１０７は、ｐ型半導体層１０５、発光層１０４、ｎ型半導体層１０３を覆うために、ドライエッチング部とｐ型半導体表面の外周部に１００ｎｍ成膜した。保護層１０７上にＣｒを１０ｎｍスパッタ法により成膜した後、保護層１０７、オーミック接触層１０６を覆うようにして、Ａｇを２０ｎｍスパッタ法により成膜した。Ｐｔ、Ｃｒ及び保護層１０７のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
保護層１０７の成膜には、ＳｉＨ_４とＯ_２を用いたＣＶＤ法を用いた。

次いで、厚さ３０ｎｍのＮｉＰ合金（Ｎｉ：８０ａｔ％、Ｐ：２０ａｔ％）をスパッタ法により成膜した。そして、ＮｉＰ合金膜表面を硝酸水溶液（５Ｎ）に浸漬し、温度２５℃、時間３０秒で処理し、酸化皮膜を除去した。
次いで、メッキ浴（上村工業製、ニムデンＨＤＸ−７Ｇ）を用いて、ＮｉＰ合金膜上に、５０μｍのＮｉＰ合金からなる無電解メッキ層を形成し、メッキ金属基板（メッキ基板１１０）を得た。この際の処理条件はｐＨ４．６、温度９０℃、時間３時間とした。次いで、このメッキ金属基板を水洗、乾燥した後、クリーンオーブンを用いて２５０℃の条件下で１時間処理した。

次いで、サファイア基板１０１及びバッファ層１０２をレーザリフトオフ法により剥離し、ｎ型半導体層１０３を露出させた。
次いで、ｎ型半導体層１０３の表面に、ＩＴＯ（ＳｎＯ_２：１０ｗｔ％）を４００ｎｍ、蒸着により成膜した。次いで、ＩＴＯ表面上の中央部に、Ｃｒ（４０ｎｍ）、Ｔｉ（１００ｎｍ）、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる図示略の負極を、蒸着法により成膜した。負電極のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いた。
また、ｐ型半導体表面上には、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる図示略の正極を、蒸着法により成膜した。
次いで、ダイシングにより分割し、３５０μｍ角の窒化物系半導体素子１とした。

（評価方法）
得られた窒化物系半導体発光素子について、ＴＯ−１８缶パッケージに実装して、テスターによって印加電流２０ｍＡにおける発光出力を測定した。
密着性を評価するため、メッキ金属板（メッキ基板１１０）を作製して熱処理をした後に膜剥離試験を実施した。剥離試験はＪＩＳに規定された方法（ＪＩＳ Ｈ８０６２−１９９２）に、ヒートショック試験を組み合わせた加速試験を採用した。
まず、金属膜層、メッキ金属板にカッターナイフを用いて直線状の引っかき傷を１ｍｍ間隔の碁盤目状に入れた。この引っかき傷の深さは、サファイア基板１０１表面に到達する深さとした。次いで、これを４００℃のオーブン内で３０分加熱した後に、温度２０℃に水中で急冷、乾燥させた。
次いで、引っかき傷を入れたメッキ金属板表面部分に粘着テープ（ニチバン製、セロハンテープ、幅１２ｍｍ）を貼り付け、これを隙間無く密着させた後、テープをメッキ金属板表面から引き剥がした。この際、引っかき傷によって区画された１ｍｍ四方のメッキ金属板表面区画１００個の内、引き剥がされずに残った区画を計数した。即ち、残った区画が１００個であれば、膜剥がれが無いものと判断できる。

［実施例２〜１５、比較例１〜２］
密着層、反射層の組成、膜厚をそれぞれ表１に示す条件で変化させた以外は、実施例と同様にして窒化物系半導体発光素子を作製し、評価した。

［実施例１６］
密着層としてＮｉＰ合金膜の代わりにＣｕをスパッタ法より３０ｎｍ成膜し、また、メッキ基板としてＮｉＰ合金膜の代わりにＣｕを電解メッキで５０μｍ成膜した以外は実施例１と同様の処理を施した。
Ｃｕのメッキ条件としては、ＣｕＳＯ_４：８０ｇ／Ｌ、硫酸：２００ｇ／Ｌ、レベリング剤（上村工業製ＥＴＮ−１−Ａ：１．０ｍＬ／Ｌ，ＥＴＮ−１−Ｂ：１−ｍＬ／Ｌ）を使用し、電流密度２．５Ａ／ｄｍ^２で常温にてメッキを実施した。メッキ時間は３時間とし、５０μｍのＣｕ膜を成膜した。また陽極には含リン酸銅を使用した。

各実施例及び比較例の作製条件、及び評価結果を表１に示す。

［評価結果］
表１に示すように、密着層および反射層からなる金属膜層を有する本発明の窒化物系半導体発光素子（実施例１〜７）は何れも高い発光出力を有するともに、剥離が全く発生せず、高い評価が得られた。また、密着層にＣｒ以外のＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗを用いた本発明の窒化物系半導体発光素子（実施例８〜１５）でも、剥離が全く発生せず、高い評価が得られた。さらに、メッキ基板にＣｕを用いた本発明の窒化物系半導体発光素子（実施例１６：表１には記載せず）でも、発光出力１５ｍＷ、残留区画数１００と剥離が全く発生せず、高い評価が得られた。

これに対して比較例１に示す従来の窒化物系半導体発光素子は、密着層が設けられておらず、発光出力は高いものの、剥離試験における残留区画数が３０であり、半分以上が剥離する結果となった。
また、比較例に示す従来の窒化物系半導体発光素子は、反射層が設けられておらず、剥離は発生しなかったものの、発光出力が１２ｍＷと低い結果となった。

本発明によって提供される窒化物系半導体発光素子は、優れた特性と安定性を有し、発光ダイオードおよびランプ等の材料として有用である。

本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の一例を示す図であり、断面構造を示した模式図である。 本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の他例を示す図であり、断面構造を示した模式図である。

符号の説明

１、２…窒化物系半導体発光素子、１０１、２０１…サファイア基板（基板）、１０２、２０２…バッファ層、１０３、２０３…ｎ型半導体層、１０４、２０４…発光層、１０５、２０５…ｐ型半導体層、１０６、２０６…オーミック接触層、１０７、２０７…保護膜、１０８、２０８…密着層、１０９、２０９…反射層、１１０、２１０…メッキ基板（金属板）、１０５ａ…周縁部、１０７ａ、１０８ａ…上端（先端）、１０７ｂ、１０８ｂ…下部

Claims (22)

1. 少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板が、この順序で積層されてなる窒化物系半導体発光素子において、
   保護層が、前記ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層の側面を覆い、さらに、前記保護層の上端部が前記ｐ型半導体層の上面の周縁部を覆うように形成され、
   前記ｐ型半導体層に接して形成される第１の金属膜層がオーミック接触層からなり、
   前記保護層に接して形成される第２の金属膜層が密着層からなり、前記密着層の上端部が、前記保護層の上端部に接して前記ｐ型半導体層の上面の一部を覆うように形成され、前記反射層が、前記密着層の側面及び上面と、前記オーミック接触層と、前記ｐ型半導体層の上面における前記保護層、密着層及びオーミック接触層以外の部分を覆うように形成されてなり、
   前記金属板がメッキからなり、前記反射層を覆うように形成されていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
2. 前記密着層が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの単体金属、及び／又は、それらの合金からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
3. 前記密着層の膜厚が０．１ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物系半導体発光素子。
4. 前記反射層がＡｇ合金からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
5. 前記反射層の膜厚が０．１ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
6. 前記保護層が酸化ケイ素，窒化珪素からなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
7. 前記保護層の膜厚が１０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
8. 前記保護層の光透過率が、３００〜６００ｎｍの波長範囲において、８０％以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
9. 前記金属板の膜厚が１０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
10. 前記金属板が無電解メッキ法により形成されたメッキからなることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
11. 前記金属板がＮｉＰ合金からなることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
12. 前記第２の金属膜層と金属板との間にメッキ密着層が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
13. 前記メッキ密着層が、前記金属板をなすメッキの５０重量％以上を占める主成分と同一の組成を５０重量％以上含有することを特徴とする請求項１２に記載の窒化物系半導体発光素子。
14. 前記メッキ密着層がＮｉＰ合金からなることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の窒化物系半導体発光素子。
15. 前記オーミック接触層が、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ａｇの単体金属、及び／又は、それらの合金からなることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
16. 前記オーミック接触層の膜厚が０．１ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
17. 少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板を、この順序で積層する積層工程を有する窒化物系半導体発光素子の製造方法において、
    保護層を、前記ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層の側面を覆い、更に、その上端部が前記ｐ型半導体層の上面の周縁部を覆うように形成し、
    前記ｐ型半導体層に接する第１の金属膜層としてオーミック接触層を形成し、
    前記保護層に接する第２の金属膜層として密着層を、その上端部が、前記保護層の上端部に接して前記ｐ型半導体の上面の一部を覆うように形成し、前記密着層の側面及び上面と、前記オーミック接触層と、前記ｐ型半導体層の上面の前記保護層、密着層及びオーミック接触層以外の部分を覆うように反射層を形成し、
    前記金属板を、前記反射層を覆うようにしてメッキによって形成することを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
18. 前記積層工程は、前記ｎ型半導体層を、バッファ層を介して基板上に取り付けて行われ、
    前記積層工程終了後に、前記基板およびバッファ層を除去することにより、前記ｎ型半導体層を露出させることを特徴とする請求項１７に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
19. 前記保護層をＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
20. 前記金属板を形成した後、１００℃〜３００℃の温度で熱処理することを特徴とする請求項１７〜１９の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
21. 前記密着層をスパッタ法によって形成することを特徴とする請求項１７〜２０の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
22. 前記反射層と前記金属板との間に、スパッタ法によってメッキ密着層を形成すること特徴とする請求項１７〜２１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。

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