JP4868821B2

JP4868821B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体及び発光素子

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Application number: JP2005306773A
Authority: JP
Inventors: 和博西薗; 義之川口; 俊高浪
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Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2012-02-01
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Description

本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ；０≦ｘ，ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）、及びそれが積層されてなる発光素子に関するものであり、特に接触抵抗が低く、光反射率が高く、特性の経時変化が小さい電極を有するものに関する。

窒化ガリウム系化合物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ；０≦ｘ，ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）は、ＡｌＮ，ＩｎＮ等と、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ等との混晶を形成できる。このような混晶は、その組成を選択することによりバンドギャップを変化させることができ、可視光領域から紫外光領域までの発光が可能であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ等の発光素子の材料として検討されており、また一部実用化が図られている。

図１は、従来の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子、及びそれに形成された電極を示す断面図である。この発光素子は、例えばサファイア基板１０上にバッファ層１１を介して、ｎ型半導体層１２、発光層（活性層）１３、ｐ型半導体層１４を順次積層し、ｎ型電極１５を形成するためにｐ型半導体層１４の一部をエッチング除去し、ｎ型半導体層１２の一部を露出させている。ｐ型電極１６は、発光層１３で発光した光をｐ型半導体層１４の側に取り出すためにｐ型半導体層１４の一主面（図１では上面）に形成された透明電極１６から成る。さらに、その透明電極上の一部にワイヤーボンディングのためのパッド電極１７が形成されている。

透明電極から成るｐ型電極１６としては、例えばニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層を積層した構成のものが提案されている（特許文献１参照）。

また、特許文献２には、タンタル（Ｔａ）層とチタン（Ｔｉ）層との積層体からなるｐ型電極が提案されており、その接触抵抗率として６×１０^−５Ωｃｍ^２が得られている。

また、図１の発光素子は、発光層１３で発生した光をｐ型半導体層１４側から主に取り出すために、ｐ型電極１６は発生した光に対して透明である構成となっているが、ｐ型電極１６を光反射性の材料で形成し、発光層１３で発生した光をｐ型電極１６で反射させてサファイア基板１０側から取り出すことも可能である。この場合、ｐ型電極１６及びｎ型電極１５を外部の実装基板の配線導体等に電気的に接続して発光素子を実装する、所謂フリップチップ実装が可能なフリップチップ構造の発光素子となる。
特開平５−２９１６２１号公報特開２０００−８２８４３号公報

窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成される電極は、窒化ガリウム系化合物半導体層上に金属層を形成して電極としただけでは低い接触抵抗を得ることができず、通常熱処理を行って接触抵抗を下げているが、熱処理を行ってもｐ型電極１６の接触抵抗はｎ型電極１５の接触抵抗に比べて高いため、ｐ型半導体層１４内での電流の広がりが悪く、パッド電極１７付近でしか発光が見られない等、発光の均一性が悪い等の問題があった。

また、接触抵抗が高いと、電極と窒化ガリウム系化合物半導体層との間で大きな電圧降下が生じ、発光素子の動作電圧の上昇、及び発光効率の低下を引き起こすという問題があった。

また、特許文献１に開示されているニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層とを積層した構成のｐ型電極においても、ｐ型半導体層との接触抵抗率は１×１０^−２〜１×１０^−３Ωｃｍ^２程度であり、ｎ型電極とｎ型半導体層との接触抵抗率１×１０^−５〜１×１０^−６Ωｃｍ^２と比べると、２桁以上高い。

また、特許文献２に開示されているタンタル（Ｔａ）層とチタン（Ｔｉ）層からなるｐ型電極は、接触抵抗が６×１０^−５Ωｃｍ^２と低い値が得られているが、外気中への放置により、徐々に接触抵抗が上昇し、接触抵抗率に経時変化が見られるという問題があった。例えばこのような発光素子を用いた照明器具では、初期特性と比べると使用時特性が悪くなっていき、また、使用中に特性が劣化するために製品ばらつきが大きくなる。

従って、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、窒化ガリウム系化合物半導体との接触抵抗が小さく、また特性の経時変化がなく、さらに光の反射性が高い電極を用いた窒化ガリウム系化合物半導体、及び発光効率が高く、信頼性の高い発光素子を提供することである。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体は、表面に、Ｔａを含むとともにＩｎまたはＴｌを含む第１の金属層、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成るとともにＮｄまたはＢｉを含む第２の金属層、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る第３の金属層、及びＡｕを含む第４の金属層が順次積層されて成る電極が形成されていることを特徴とする。

本発明の発光素子は、基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体から成る第１導電型半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層、及び窒化ガリウム系化合物半導体から成る第２導電型半導体層を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層が形成されており、前記第２導電型半導体層上に形成された第２導電型電極と、前記第２導電型半導体層の一部を前記第１導電型半導体層まで除去してなる前記第１導電型半導体層の露出部に形成された第１導電型電極とが設けられている発光素子において、前記第１及び第２導電型電極の少なくとも一方が、Ｔａを含むとともにＩｎまたはＴｌを含む層からなる第１の金属層、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成るとともにＮｄまたはＢｉを含む第２の金属層、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る第３の金属層、及びＡｕを含む第４の金属層が順次積層されて成ることを特徴とする。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体は、表面に、Ｔａを含むとともにＩｎまたはＴｌを含む第１の金属層、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成るとともにＮｄまたはＢｉを含む第２の金属層、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る第３の金属層、及びＡｕを含む第４の金属層が順次積層されて成る電極が形成されていることから、第１の金属層は、窒化ガリウム系化合物半導体に対して低い接触抵抗を得るためのコンタクト層として主に機能し、第２の金属層は、発光層で生じた光を窒化ガリウム系化合物半導体の内部側へ反射する反射層として主に機能し、第３の金属層は、第４の金属層の元素の拡散を防止するための拡散防止層として主に機能し、さらに第４の金属層は、外部実装回路基板の配線導体等にハンダや導体バンプ等を介して電極を接続する際に、ハンダや導体バンプ等との密着性を高める接続層として主に機能する。また、第２の金属層にＮｄまたはＢｉを含むことにより、第２の金属層の耐熱性を向上させることがき、電極形成のための熱処理時やパッケージへの実装時のハンダ接続のための熱処理時に生じる、Ａｇ等のマイグレーションを抑制することができる。さらに、第１の金属層に、ＩｎまたはＴｌを含むことにより、応力を緩和しつつ、電極の剥がれを抑制することができる。

第１の金属層をＴａ層とし、第２の金属層をＡｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成る層とすることにより、Ｔａ層により窒化ガリウム系化合物半導体に対して低い接触抵抗値を得ることができる。また、第１の金属層を成すＴａと、第２の金属層を成すＡｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかとは、高温においてもそれらの間で反応が極端に進行することがない。例えば、第１の金属層にＴｉ層を用いた場合、ＴｉとＡｇが反応してＴｉ_２ＡｇやＴｉＡｇ等の反応層を形成するおそれがあり、また第１の金属層にＮｉ層を用いた場合にも固溶体や合金を形成するおそれがある。このような反応層が形成されると、Ａｇ本来の反射率とは異なる反射率を示す等、反射率が低下する懸念がある。

しかし、上記本発明のように、ＴａとＡｇ，Ａｌ，Ｒｈとは高温においても反応性が低いため、電極の熱処理時や発光素子をパッケージに実装する際のハンダリフロー時においても第１及び第２の金属層間の反応が抑制され、製造プロセス後においても純Ａｇ，純Ａｌ，純Ｒｈの反射率に近い光反射性を得ることができ、発光素子として高い発光効率を得ることができる。

以上のように、Ｔａを含む第１の金属層、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成る第２の金属層を有することによって、低い接触抵抗と高い光反射率を両立した電極とすることができる。

さらに、第３の金属層をＮｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る層とすることで、第４の金属層に含まれるＡｕが拡散するのを抑制することができる。電極の合金化熱処理やパッケージへの実装時のハンダ接続のための熱処理時において、第４の金属層に含まれるＡｕは拡散し易く、その拡散により電極表面の荒れや接触抵抗の劣化、反射率の低下を引き起こす。また、第４の金属層に含まれるＡｕだけでなく、実装時のハンダに含まれる成分、例えばＡｕ−Ｓｎ合金ハンダ等に含まれるＡｕやＳｎの拡散も同様の問題を引き起こす。従って、第３の金属層をＮｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る層とすることにより、ＡｕやＳｎの拡散を抑制することができ、熱処理等のプロセスによる発光特性の劣化を防ぐことが可能となる。

また、第２の金属層であるＡｇ，Ａｌ、特にＡｇは、熱処理によりマイグレーションが起こり易く、コンタクト抵抗の劣化、表面平坦性の劣化を招く。そこで、第３の金属層を成すＮｉ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏは第２の金属層を成すＡｇやＡｌと反応するため、第２及び第３の金属層間に反応層が形成される。すると、反応層の形成以上にマイグレーションが進行することがなく、上記の劣化を抑制することができる。ここで、反応層が形成されると、第２の金属層の主な機能である光反射特性が低下するおそれがあるが、第２の金属層を第３の金属層に対して十分に厚く形成するとよく、その場合、反応層が形成されても、その形成範囲は第２及び第３の金属層間の界面においてごく僅かの範囲でしかない。また、発光層で生じた光は第１の金属層の方向から入射されるため、反応層が反射率の低下を招くことはない。

Ａｕを含む第４の金属層を最上層として形成することにより、パッケージへの実装時の電気的接続に使用するＡｕ−Ｓｎ合金ハンダとの接着性が向上し、発光素子をパッケージに強固に固定することが可能となる。これにより、発光素子の実装時の歩留まり向上を達成することができる。

さらに、最上層がＡｕを含む第４の金属層であることから、電極の酸化を効果的に抑制することができる。従来のＴａ層，Ｔｉ層を積層した構成の電極では、外気中への放置により、徐々に接触抵抗が上昇し、接触抵抗率に経時変化が見られるという問題があった。これは、外気中への放置により、ＴａやＴｉが外気中の酸素と反応して抵抗の高いＴａ_２Ｏ_５やＴｉＯ_２等の酸化物が形成されることにより、接触抵抗が上昇し、時間とともにこの酸化が徐々に進行するという経時変化であると考えられる。従って、本発明のようにＡｕを含む第４の金属層を最上層とすることにより、上記のような酸化が起こることなく、接触抵抗の経時変化を抑制することが可能となる。

本発明の発光素子は、基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体から成る第１導電型半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層、及び窒化ガリウム系化合物半導体から成る第２導電型半導体層を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層が形成されており、２導電型半導体層上に形成された第２導電型電極と、第２導電型半導体層の一部を第１導電型半導体層まで除去してなる第１導電型半導体層の露出部に形成された第１導電型電極とが設けられている発光素子において、第１及び第２導電型電極の少なくとも一方が、Ｔａを含むとともにＩｎまたはＴｌを含む層からなる第１の金属層、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成るとともにＮｄまたはＢｉを含む第２の金属層、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る第３の金属層、及びＡｕを含む第４の金属層が順次積層されて成ることから、電極の接触抵抗が低いため電極での電圧降下が小さく、また光反射率が高いため効果的に光を取り出すことができる、発光効率の高い
発光素子を得ることができる。また、第１の金属層に、ＩｎまたはＴｌを含むことにより、応力を緩和しつつ、電極の剥がれを抑制することができる。さらに、第２の金属層にＮｄまたはＢｉを含むことにより、第２の金属層の耐熱性を向上させることがき、電極形成のための熱処理時やパッケージへの実装時のハンダ接続のための熱処理時に生じる、Ａｇ等のマイグレーションを抑制することができる。

以下、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子についての実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体上に形成される電極の断面図である。窒化ガリウム系化合物半導体２０上に、第１の金属層２１、第２の金属層２２、第３の金属層２３、第４の金属層２４が順次積層されている。

本発明の窒化ガリウム系化合物半導体２０は、表面に、Ｔａを含む第１の金属層２１、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成る第２の金属層２２、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る第３の金属層２３、及びＡｕを含む第４の金属層２４が順次積層されて成る電極が形成されている構成である。

なお、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体２０は、化学式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）で表されるものであるが、具体的には、窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の組成である。

第１の金属層２１はＴａを含む層であり、Ｔａ単体からなることも可能であり、他の金属層と組み合わせて構成したり、他の元素が混合されていてもよい。他元素を混合することで、第１の金属層２１の密着性を向上させることができる。また、通常、電極形成後に熱処理を行い接触抵抗の低下を行うが、この処理において、従来のＴａ層，Ｔｉ層の積層体では８００℃の温度が必要であったが、本発明では８００℃以下のより低温の処理で低い接触抵抗を得ることができる。

上記のような効果を発現させる他の金属層としては、次に積層する第２の金属層２２を成すＡｇ，Ａｌ，Ｒｈの融点（Ａｇ：９６２℃、Ａｌ：６６１℃、Ｒｈ：１９６３℃）より低い融点を有する金属層が好ましく、具体的にはインジウム（Ｉｎ）層，タリウム（Ｔｌ）層等の低融点金属層がよい。

また、Ｔａは比較的硬い金属であるが、ＩｎやＴｌのような低融点金属はＴａよりも軟らかいため、応力を緩和する効果もあり、電極の剥がれを抑制することができる。

また、第１の金属層２１は、光を透過する必要があるため、その厚さは光の透過率を低下させない厚さであることが好ましい。例えば波長３９５ｎｍの光に対して８０％以上の透過率を得るための厚さとしては５ｎｍ以下であり、さらに好適には３ｎｍ以下である。

第２の金属層２２は、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成る。第２の金属層２２は、Ａｇ，ＡｌまたはＲｈの単体からなるが、その層中にＮｄやＢｉ等の元素が混入されていてもよい。このような元素を混入させることで、耐熱性がさらに向上し、電極形成のための熱処理時やパッケージへの実装時のハンダ接続のための熱処理時に生じる、Ａｇ等のマイグレーションを抑制することができる。

また、第２の金属層２２の厚さは、光を反射する必要があるため、例えば波長３９５ｎｍの光に対して９０％以上の反射率を得るための厚さとしては７０ｎｍ以上であることが好ましいが、好適には１００ｎｍ以上である。

第３の金属層２３は、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る。第３の金属層２３は、第４の金属層２４に含まれるＡｕの拡散を防止する機能を有するが、そのためにはＮｉ，Ｔｉを特に好適に使用することができる。特にＴｉは、Ａｕの拡散だけでなく、パッケージへの実装時のハンダ（Ａｕ−Ｓｎ合金ハンダ等）に含まれることが多いＳｎの拡散も防止するため、好ましい。また、ＮｂやＭｏを使用すると、電極形成後の熱処理を行っても表面平坦性に優れる。従って、これらの金属の層を組み合わせて積層して第３の金属層２３を構成してもよい。

また、第３の金属層２３の厚みは、第４の金属層２４のＡｕの拡散を抑制する目的から１０ｎｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ以上であればよく、効果的にＡｕの拡散を抑制することができる。

第４の金属層２４はＡｕを含む層からなる。この第４の金属層２４は、パッケージへの実装時に使用されるＡｕ−Ｓｎ合金ハンダとの密着性を確保するため、また表面平坦性を得るために、その厚さは１０ｎｍ以上であることが好ましい。上限は特にないが、Ａｕは貴金属であり、厚くすると材料コストが上がり、結果的には発光素子自体のコストアップにつながるため、厚みは５０ｎｍ以下であることが好ましい。

以上の構成の電極を形成する方法としては、電子ビームや抵抗加熱による真空蒸着法、スパッタリング法を挙げることができるが、特に製膜方法は限定されるものではない。

図３は、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子の断面図である。

本発明の発光素子は、基板３０上に、窒化ガリウム系化合物半導体から成る第１導電型（ｎ型）半導体層３２、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層３３、及び窒化ガリウム系化合物半導体から成る第２導電型（ｐ型）半導体層３４を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層が形成されており、ｐ型半導体層３４上に形成されたｐ型電極３６と、ｐ型半導体層３４の一部をｎ型半導体層３２まで除去してなるｎ型半導体層３２の露出部に形成されたｎ型電極３５とが設けられている発光素子において、ｎ型及びｐ型電極３５，３６の少なくとも一方が、Ｔａを含む層からなる第１の金属層、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成る第２の金属層、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る第３の金属層、及びＡｕを含む第４の金属層が順次積層されて成る構成である。

即ち、図３で示す本発明の発光素子は、基板３０上にバッファ層３１を介してｎ型半導体層３２、発光層３３、ｐ型半導体層３４が順次積層されて成る。更にｎ型半導体層３２の一部を露出させるために、ｐ型半導体層３４及び発光層３３の一部が除去され、露出したｎ型半導体層３２の表面上にｎ型半導体層３２とオーミック接触するｎ型電極３５が形成されており、ｐ型半導体層３４の表面にｐ型半導体層３４とオーミック接触するｐ型電極３６が形成されている。

ｎ型半導体層３２、発光層３３、ｐ型半導体層３４を含む半導体層の成長方法は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法が用いられるが、その他に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法やハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）法等が挙げられる。

ｎ型電極３５及びｐ型電極３６は、半導体層の同じ主面側に形成されており、いずれも光反射性の電極から成る。発光層３３で発生した光は、ｐ型電極３６で反射され、基板３０側から取り出される。また、基板３０側から取り出されずに戻ってきた一部の光は、再度ｎ型電極３５及びｐ型電極３６で反射され、基板３０側から取り出されることになる。なお、この場合、ｐ型電極３６及びｎ型電極３５を外部の実装基板の配線導体等に電気的に接続して発光素子を実装する、所謂フリップチップ実装が可能なフリップチップ構造の発光素子となる。

本実施の形態では、基板３０は発光層３３で発光する光、例えば波長３６５ｎｍ〜４２０ｎｍの紫外光〜近紫外光に対して透明であることが好ましく、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３），炭化シリコン（ＳｉＣ），窒化ガリウム（ＧａＮ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を挙げることができる。また、化学式ＸＢ_２（ただし、ＸはＴｉ及びＺｒのうち少なくとも１種を含む。）で表される二硼化物単結晶である二硼化ジルコニウム（ＺｒＢ_２）等の不透明な基板であってもよく、この場合電極まで形成して発光素子を構成した後に基板３０除去して、フリップチップ型の発光素子とすることが可能である。また、基板３０を除去した後に、発光する光の波長に対して透明な樹脂等からなる透明保護層を、半導体層の光出射側の面に形成していてもよい。

また、バッファ層３１は、窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），これらの混晶である窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）等から成るものを用いることができる。その際の形成温度は４００℃〜８００℃である。ただし、窒化ガリウム系化合物半導体と基板３０の格子定数や熱膨張係数が近い場合は必ずしも形成する必要はなく、基板上に直接１０００℃〜１５００℃程度の高温でＧａＮやＡｌＮおよびＡｌＧａＮを成長してもよい。

バッファ層３１の形成後に８００℃〜１１００℃に温度を上げ、ｎ型半導体層３２を引き続き形成する。図３では、ｎ型半導体層３２としてＧａＮ層を成長させたが、ＡｌＮ，窒化インジウム（ＩｎＮ）の混晶組成である、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ等から成るものであってもよい。

また、ｎ型半導体層３２はＳｉ等が不純物元素として添加されるが、さらにその上にＡｌＧａＮ層やＩｎＧａＮ層が形成されていてもよい。ＧａＮ層からなるｎ型半導体層３２は、一部が露出しており、その露出部の表面上にｎ型電極３５が形成されている。

また、発光層３３は、禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とから成る量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された多層量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）としている（図示せず）。その構成は、ＩｎＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ及びそれらの混晶から発光波長により適宜組み合わせて選ばれるものであり、例えば井戸層をＩｎＧａＮ層とし、障壁層をＧａＮ層としたり、井戸層をＩｎ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層とし、障壁層をＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｙ）}Ｎ層（ただし、ｘ＞ｙ）とするといった組み合わせが可能である。

発光層３３の形成温度は、インジウム（Ｉｎ）を含む場合にはその組成にもよるが、７００℃〜９００℃である。また、発光層３３を成す各層の厚みは、障壁層が５〜１５ｎｍ、井戸層が３〜１０ｎｍであり、さらに量子井戸構造の繰返し回数は３〜５回が好ましく用いられるが、特に限定されるものではない。

さらにその上に形成されるｐ型半導体層３４は、ＡｌＧａＮ層，ＧａＮ層，ＩｎＧａＮ層等の複数の層からなっている（図示せず）。ｐ型半導体層３４に添加されるｐ型不純物元素としては、マグネシウム（Ｍｇ），亜鉛（Ｚｎ）等が用いられる。

以上のような窒化ガリウム系化合物半導体から成る各層を積層した半導体層の表面に、第１〜第４の金属層から成るｎ型電極３５及びｐ型電極３６が形成されている。ｎ型電極３５とｐ型電極３６はそれぞれ異なる構成でもよいが、同じ構成とすることが好ましい。第１の金属層を成すＴａは、仕事関数が４．２５ｅＶであり、ＧａＮの仕事関数が４．２ｅＶであることから、ｎ型半導体層３２に対しても十分に低い接触抵抗を得ることができる。

ｎ型電極３５及びｐ型電極３６が、上記のような同一の本発明の構成からなる電極からなることにより、ｎ型電極３５とｐ型電極３６を同時に形成することができ、発光素子の製造においてその製造工程を簡略化することができる。

また、ｐ型電極３６を本発明の構成の電極とし、ｎ型電極３５をＴｉ層，Ａｌ層，Ｎｉ層，Ａｕ層が順次積層された電極として、別々の構成にしても良い。即ち、ｎ型電極３５及びｐ型電極３６のうちの少なくとも一方を本発明の構成のものとする。

そして、発光素子となる半導体層が多数形成された基板（母基板）を、スクライバ等を用いて各発光素子に分割し、セラミックス，金属，樹脂等から成るパッケージの配線導体等に、Ａｕ−Ｓｎ合金等からなるハンダにより発光素子のｎ型電極３５、ｐ型電極３６を接続し、蛍光体の入った透明樹脂等により封止することにより、発光装置や照明装置を得ることができる。また、発光素子のパッケージ等への実装は、発光素子をＳｉ等からなるサブマウントに固定した後、パッケージ内に固定して行ってもよい。

以上のような本発明の構成とすることにより、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子において、接触抵抗が小さく、また特性の経時変化がなく、さらに光反射性が高い電極を用いることができ、さらにその電極を形成した発光素子とすることにより、発光効率の向上や信頼性の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

従来の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子の断面図である。本発明の窒化ガリウム系化合物半導体について実施の形態の１例を示し、窒化ガリウム系化合物半導体の形成された電極の断面図である。本発明の発光素子について実施の形態の１例を示す断面図である。

符号の説明

１０：基板
１２：ｎ型半導体層
１３：発光層
１４：ｐ型半導体層
１５：ｎ型電極
１６：ｐ型電極
２０：窒化ガリウム系化合物半導体
２１：第１の金属層
２２：第２の金属層
２３：第３の金属層
２４：第４の金属層
３０：基板
３２：ｎ型半導体層
３３：発光層
３４：ｐ型半導体層
３５：ｎ型電極
３６：ｐ型電極

Claims

表面に、Ｔａを含むとともにＩｎまたはＴｌを含む第１の金属層、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成るとともにＮｄまたはＢｉを含む第２の金属層、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る第３の金属層、及びＡｕを含む第４の金属層が順次積層されて成る電極が形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体。
基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体から成る第１導電型半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層、及び窒化ガリウム系化合物半導体から成る第２導電型半導体層を含むとともにこの順でこれらの層が積層されている半導体層が形成されており、前記第２導電型半導体層上に形成された第２導電型電極と、前記第２導電型半導体層の一部を前記第１導電型半導体層まで除去してなる前記第１導電型半導体層の露出部に形成された第１導電型電極とが設けられている発光素子において、前記第１及び第２導電型電極の少なくとも一方が、Ｔａを含むとともにＩｎまたはＴｌを含む層からなる第１の金属層、Ａｇ，Ａｌ及びＲｈのうちのいずれかから成るとともにＮｄまたはＢｉを含む第２の金属層、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｂ及びＭｏのうちのいずれかから成る第３の金属層、及びＡｕを含む第４の金属層が順次積層されて成ることを特徴とする発光素子。