JP4940363B1 - 半導体発光素子及び半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度、高効率、高信頼性を達成する半導体発光素子を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、電極と、を備える。積層構造体は、窒化物系半導体からなる第１導電形の第１半導体層と、窒化物系半導体からなる第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する。電極は、第１金属層、第２金属層及び第３金属層を有する。第１金属層は、第２半導体層の発光層とは反対側に設けられ、銀または銀合金を含む。第２金属層は、第１金属層の第２半導体層とは反対側に設けられ、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの少なくともいずれかの元素を含む。第３金属層は、第２金属層の第１金属層とは反対側に設けられる。第３金属層の第１半導体層から第２半導体層に向かう方向に沿った厚さは、第２金属層の前記方向に沿った厚さ以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光素子の製造方法に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子の光取り出し効率を向上させるために、反射率が高い材料を電極に用いることが望まれる。銀または銀合金は、４００ｎｍ以下の短波長発光光に対しても高い反射特性を示し、オーミック特性やコンタクト抵抗などの電気特性が良好である。一方、銀または銀合金は、マイグレーションや化学反応が生じ易く、さらに、密着性が低い。このような銀または銀合金を電極に用いた半導体発光素子において、さらなる高反射率、高電気特性、高安定性、及び、高密着性のためには、改良の余地がある。

特開２００９−４９２６６号公報

本発明は、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光素子の製造方法を提供する。

実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、電極と、を備える。
積層構造体は、窒化物系半導体からなる第１導電形の第１半導体層と、窒化物系半導体からなる第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する。
電極は、第１金属層、第２金属層、第３金属層及び第４金属層を有する。
第１金属層は、第２半導体層の発光層とは反対側に設けられ、銀または銀合金を含む。
第２金属層は、第１金属層の第２半導体層とは反対側に設けられたロジウムである。
第３金属層は、第２金属層の第１金属層とは反対側に設けられたニッケルである。第３金属層の第１半導体層から第２半導体層に向かう方向に沿った厚さは、第２金属層の前記方向に沿った厚さ以上である。
第４金属層は、第３金属層の第２半導体層とは反対側に設けられる。
第２金属層の前記方向に沿った厚さは５０ナノメートル未満である。
第３金属層の第４金属層に対する拡散係数は、第２金属層の第４金属層に対する拡散係数よりも小さい。

他の実施形態に係る半導体発光装置は、上記の半導体発光素子と、この半導体発光素子から放出された光を吸収し、この光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、を備える。

他の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、窒化物系半導体からなる第１導電形の第１半導体層と、窒化物系半導体からなる第２導電形の第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、第２半導体層の発光層とは反対側に設けられた電極と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、第２半導体層の発光層とは反対側の面の上に銀または銀合金を含む第１金属層を形成し、第１金属層の上に、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの少なくともいずれかの元素を含む第２金属層を形成し、第２金属層の上に、第１半導体層から第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが、第２金属層の前記方向に沿った厚さ以上である第３金属層を形成する工程と、第２半導体層、第１金属層、第２金属層及び第３金属層を、酸素を含有する雰囲気においてシンター処理する工程と、を備える。

本発明によれば、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子及びその製造方法が提供される。

半導体発光素子を示す模式図である。 半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。 半導体発光素子を示す模式的断面図である。 半導体発光素子を示す模式的断面図である。 半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。 半導体発光素子を示す模式的断面図である。 半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。 半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。 半導体発光素子の製造方法を示すフローチャートである。 半導体発光装置を示す模式的断面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ｂ）は模式的平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。

図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、積層構造体１０ｓと、電極ＥＬと、を備える。

積層構造体１０ｓは、窒化物系半導体からなる第１導電形の第１半導体層１０と、窒化物系半導体からなる第２導電形の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光層３０と、を有する。

第１導電形は、例えばｎ形である。第２導電形は、例えばｐ形である。ただし、第１導電形がｐ形で、第２導電形がｎ形でも良い。以下では、第１導電形がｎ形で、第２導電形がｐ形である場合として説明する。

電極ＥＬは、第１金属層５１と、第２金属層５２と、第３金属層５３と、を有する。
第１金属層５１は、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側に設けられ、銀（Ａｇ）または銀合金を含む。
第２金属層５２は、第１金属層５１の第２半導体層２０とは反対側に設けられ、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）の少なくともいずれかの元素を含む。ここで、本願明細書において、上記の「白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）の少なくともいずれかの元素」を、単に「白金属金属元素」ということにする。
第３金属層５３は、第２金属層５２の第１金属層５１とは反対側に設けられる。ここで、第１半導体層１０から第２半導体層２０に向かう方向をＺ軸方向ということにする。第３金属層５３のＺ軸方向に沿った厚さｔ３は、第２金属層５２のＺ軸方向に沿った厚さｔ２以上である。

第１金属層５１と第２金属層５２とは互いに接触している。第１金属層５１は、第２半導体層２０に接触している。第２金属層５２と第３金属層５３とは互いに接触している。

第１金属層５１は、例えばＡｇ層であり、その厚さは例えば１８０ｎｍ（ナノメートル）である。第２金属層５２は、例えばＲｈ層（ロジウム層）であり、その厚さは例えば１０ｎｍである。第３金属層５３は、例えばＮｉ層（ニッケル層）であり、その厚さは例えば５０ｎｍである。
そして、上記のＡｇ層、Ｐｔ層及びＮｉ層は、例えば、連続して形成され、例えば酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で１分間のシンター処理（熱処理）することで形成される。

第１金属層５１と第２半導体層２０との界面を含む領域における、白金属金属元素の含有率は、第１金属層５１のうちの上記界面から離れた領域における前記白金属金属元素の含有率よりも高い。

このような構成により、銀または銀合金を含む第１金属層５１の反射性を高く維持し、オーミック特性やコンタクト抵抗などの電気特性が良好で、銀のマイグレーションや化学反応を抑制し安定性が高く、密着性を向上できる。これにより、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子が提供される。

発明者は、第２半導体層２０の上に、電極ＥＬとして、銀または銀合金を含む第１金属層５１を設け、その上に、白金属金属元素を含む第２金属層５２を設け、さらにその上に、第３金属層５３を設けた構造において、各種の条件のシンター処理を行う実験の結果、第３金属層５３のＺ軸方向に沿った厚さを第２金属層５２のＺ軸方向に沿った厚さ以上にすることで、良好な特性が発揮されることを見出した。

本発明は、上記の新たに見出された知見に基づいてなされたものである。上記の実験結果については詳しく後述する。

以下では、半導体発光素子１１０の構成の具体例、及び、その製造方法の例について説明する。
図１に例示したように、第１半導体層１０に接して第１電極４０が設けられ、第２半導体層２０に接して第２電極５０が設けられる。

そして、本具体例では、第２電極５０が、上記の第１金属層５１と、上記の第２金属層５２と、上記の第３金属層５３と、を有する。すなわち、第２電極５０が、上記の電極ＥＬとなる。

第２半導体層２０は、後述する複数の層を有することができ、複数の層のうちの発光層３０とは反対側に配置される層（後述のコンタクト層）が、第２電極５０（具体的には第１金属層５１）と接している。

本具体例では、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの側の第２半導体層２０及び発光層３０の一部が、例えばエッチングにより除去された領域において、第１半導体層１０が露出され、その領域の第１半導体層１０の上に、第１電極４０が設けられる。そして、第１主面１０ａの第２半導体層２０の上に第２電極５０が設けられる。

さらに、本具体例では、第１半導体層１０の発光層３０とは反対の側に基板５が設けられる。すなわち、例えば、サファイアからなる基板５の上に、例えば単結晶ＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を設け、その上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０がこの順に積層され、積層構造体１０ｓが形成される。

例えば、第１半導体層１０、発光層３０、及び、第２半導体層２０のそれぞれに含まれる層として、窒化物系半導体を用いることができる。

具体的には、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０には、例えば、Ａｌ_ｘＧ_{１−ｘ−ｙ}Ｉｎ_ｙＮ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。第１半導体層１０、発光層３０、及び、第２半導体層２０の形成方法は、任意であり、例えば、有機金属気相成長法及び分子線エピタキシャル成長法等の方法を用いることができる。

以下、積層構造体１０ｓの形成方法の例について説明する。
まず、基板５の上に、バッファ層として、高炭素濃度のＡｌＮによる第１バッファ層(例えば、炭素濃度が３×１０^１８ｃｍ^−３〜５×１０^２０ｃｍ^−３で、厚さが３ｎｍ〜２０ｎｍ）、高純度のＡｌＮによる第２バッファ層(例えば、炭素濃度が１×１０^１６ｃｍ^−３〜３×１０^１８ｃｍ^−３で、厚さが２μｍ（マイクロメートル））、及び、ノンドープのＧａＮによる第３バッファ層（例えば厚さが３μｍ）が、この順で順次形成される。上記の第１バッファ層、及び、第２バッファ層は、単結晶の窒化アルミニウム層である。

その上に、第１半導体層１０として、Ｓｉドープによるｎ形のＧａＮ層(例えば、Ｓｉ濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３〜５×１０^１８ｃｍ^−３で、厚さが４μｍ）、Ｓｉドープによるｎ形のＧａＮであるコンタクト層（例えば、Ｓｉ濃度が５×１０^１８ｃｍ⁻３〜１×１０^２０ｃｍ^−３で、厚さが０．２μｍ）、及び、Ｓｉドープによるｎ形のＡｌ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎであるクラッド層（例えば、Ｓｉ濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３で、厚さが０．０２μｍ）が、この順番で順次形成される。

その上に、発光層３０として、Ｓｉドープによるｎ形のＡｌ_０．１１Ｇａ_０．８９Ｎであるバリア層と、ＧａＩｎＮである井戸層と、が交互に３周期積層され、さらに、多重量子井戸の最終のＡｌ_０．１１Ｇａ_０．８９Ｎであるバリア層がさらに積層される。バリア層においては、例えばＳｉ濃度が１．１×１０^１９ｃｍ^−３〜１．５×１０^１９ｃｍ^−３とされる。バリア層の厚さは、例えば０．０７５μｍである。この後、Ｓｉドープによるｎ形のＡｌ_０．１１Ｇａ_０．８９Ｎ層（例えば、Ｓｉ濃度が０．８×１０^１９ｃｍ^−３〜１．０×１０^１９ｃｍ^−３で、厚さがを０．０１μｍ）を形成する。なお、発光層３０における発光光の波長は、例えば３７０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下である。さらに具体的には、例えば３７０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。

さらに、第２半導体層２０として、ノンドープのＡｌ_０．１１Ｇａ_０．８９Ｎであるスペーサ層（例えば厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープによるｐ形のＡｌ_０．２８Ｇａ_０．７２Ｎであるクラッド層(例えば、Ｍｇ濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３で、厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープによるｐ形のＧａＮであるコンタクト層(例えば、Ｍｇ濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３で、厚さが０．１μｍ）、及び、高濃度のＭｇドープによるｐ形のＧａＮであるコンタクト層(例えば、Ｍｇ濃度が５×１０^１９ｃｍ^−３〜９×１０^１９ｃｍ^−３で厚さが０．０２μｍ）が、この順で順次形成される。
なお、上記の組成、組成比、不純物の種類、不純物濃度及び厚さは一例であり、種々の変形が可能である。

なお、ｐ形のＧａＮであるコンタクト層のＭｇ濃度を約１×１０^２０ｃｍ^−３と高めに設定することで、第２電極５０とのオーミック特性を向上させることができる。ただし、半導体発光ダイオードの場合、半導体レーザダイオードとは異なり、ｐ形のコンタクト層と発光層３０との距離が近いため、Ｍｇ拡散による特性の劣化が懸念される。そこで、第２電極５０とｐ形のコンタクト層との接触面積が広く、動作時の電流密度が低いことを利用して、電気特性を大きく損ねることなくｐ形のコンタクト層のＭｇ濃度を１×１０^１９ｃｍ^−３に抑えることで、Ｍｇの拡散を防ぐことができ、発光特性を改善させることができる。
また、第２電極５０として、上記の第１金属層５１及び第２金属層５２を用いることで、ｐ形のコンタクト層のＭｇ濃度を１×１０^１９ｃｍ^−３に抑えても良好なオーミック特性を得ることが可能となる。

第１バッファ層は、基板５との結晶型の差異を緩和する働きをし、特に螺旋転位を低減する。

第２バッファ層は、その表面が原子レベルで平坦化する。これにより、この上に成長するノンドープのＧａＮである第３バッファ層の結晶欠陥が低減される。そのためには、第２バッファ層の膜厚は、１μｍよりも厚いことが好ましい。また、歪みによるそり防止のためには、第２バッファ層の厚みが４μｍ以下であることが好ましい。第２バッファ層に用いられる材料は、ＡｌＮに限定されず、Ａｌ_xＧａ_１−ｘＮ(０．８≦ｘ≦１）でも良く、これにより、ウェーハのそりを補償することができる。

第３バッファ層は、第２バッファ層上で３次元島状成長をすることにより、結晶欠陥低減の役割を果たす。第３バッファ層の平均膜厚が２μｍ以上になると、第３バッファ層の成長表面が平坦化される。再現性とそり低減の観点から、第３バッファ層の厚さは、４μｍ〜１０μｍが適切である。

これらの第３バッファ層を採用することで、低温成長のＡｌＮによるバッファ層と比較して結晶欠陥を約１／１０に低減することができる。この技術によって、ｎ形のＧａＮであるコンタクト層（例えば、上記のｎ形のＧａＮであるコンタクト層）への高濃度Ｓｉドーピングや、紫外帯域発光でありながらも高効率な半導体発光素子を作ることができる。また、バッファ層における結晶欠陥を低減することにより、バッファ層での光の吸収も抑制できる。

サファイアからなる基板５と、その上に形成される積層構造体１０ｓと、の間の結晶型の差異を緩和するために、バッファ層として、非晶質または多結晶の窒化アルミニウム層を設けた場合には、バッファ層自体が光の吸収体となるため、発光素子としての光の取り出し効率が低下してしまう。これに対して、サファイアからなる基板５上に、単結晶窒化アルミニウム層である上記の第１バッファ層及び第２バッファ層を介して、積層構造体１０ｓが形成されることにより、結晶欠陥を大幅に減らして、結晶内における吸収体を大幅に減らすことができる。

このように、半導体発光素子１１０は、発光層３０の第２半導体層２０とは反対側（第１主面１０ａに対向する第２主面１０ｂの側）に設けられ、サファイアからなる基板５をさらに有することができる。そして、発光層３０及び第２半導体層２０（積層構造体１０ｓ）は、単結晶の窒化アルミニウム層（例えば、上記の第１バッファ層及び第２バッファ層）を介して、上記の基板５の上に形成されることが好ましい。なお、基板５、及び、上記のバッファ層の少なくとも一部は、取り除かれても良い。

また、上記の窒化アルミニウム層は、基板５の側に設けられ、基板５とは反対の側よりも炭素の濃度が相対的に高い部分を有することが好ましい。すなわち、基板５の側に上記の第１バッファ層が設けられ、基板５とは反対の側に上記第２バッファ層が設けられることが好ましい。

次に、上記の積層構造体１０ｓへの第１電極４０及び第２電極５０の形成の例について説明する。
まず、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの一部の領域において、ｎ形コンタクト層（例えば上記のｎ形のコンタクト層）が表面に露出するように、例えばマスクを用いたドライエッチングによって、第２半導体層２０及び発光層３０の一部を除去する。

次に、パターニングされたリフトオフ用レジストを、露出したｎ形コンタクト層上に形成し、真空蒸着装置を用いて、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜を形成し、第１電極４０を形成する。Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜の厚さは、例えば３００ｎｍとされる。そして、６５０℃の窒素雰囲気でシンター処理を行う。

次に、第２電極５０を形成するために、パターニングされたリフトオフ用レジストをｐ形コンタクト層（例えば上記のｐ形のコンタクト層）の上に形成する。そして、真空蒸着装置を用いて、例えば、第１金属層５１となるＡｇ層を１８０ｎｍの厚さで形成し、引き続き、第２金属層５２となるＲｈ層を１０ｎｍの厚さで形成する。さらに、第２金属層５２の上に、第３金属層５３となるＮｉ層を５０ｎｍの厚さで形成する。そして、上記のリフトオフ用レジストをリフトオフした後に、酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において３８０℃で１分間のシンター処理を行う。

なお、Ａｇ層を形成する前のｐ形コンタクト層上にわずかな水分やイオン化合物が付着していると、Ａｇ層のマイグレーションやグレイン化が促進され、最適な条件からずれるので、第１金属層５１となるＡｇ層を形成する前に、ｐ形コンタクト層の表面を十分乾燥させる。

そして、第１電極４０と第２電極５０とを覆うように、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を、厚さ５００ｎｍで形成する。

次いで、劈開またはダイヤモンドブレード等により積層構造体１０ｓを切断し、個別の素子とし、半導体発光素子１１０が得られる。

上記のように、第２電極５０は、第２半導体層２０上に、第１金属層５１となる厚さが１８０ｎｍのＡｇ層と、第２金属層５２となる厚さが１０ｎｍのＲｈ層と、第３金属層５３となる厚さが５０ｎｍのＮｉ層と、が連続して形成され、酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で１分間のシンター処理することで形成される。

このようにして形成された第２電極５０は、良好な密着性を有し、さらに、オーミック特性が良好で、コンタクト抵抗が低く、良好な電気特性を有する。

そして、第２電極５０は、シンター温度が例えば３８０℃程度の比較的低温で形成できることから、第１金属層５１のＡｇ層におけるグレイン成長を抑制することができる。これにより、シンター処理前のＡｇ層とほぼ同じ程度の良好な反射特性を示す。
このように、反射率、電気特性、密着性を高度に同時に満足する第２電極５０を得ることができ、高輝度、高効率、高信頼性を高度に同時に満足する半導体発光素子が提供できる。

以下、第２電極５０の成膜条件を変えたときの各種の特性の変化に関する実験結果について説明する。
図２は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、第２電極５０の成膜条件を変えて半導体発光素子を作製し、各条件での光出力を測定した結果を表している。横軸はサンプル番号であり、縦軸は光出力（相対値）である。

第１サンプルＳＰＬ１は、第１金属層５１としてＡｇを厚さ１８０ｎｍで形成し、第２金属層５２としてＲｈを厚さ２ｎｍで形成した。第３金属層５３は形成されていない。
第２サンプルＳＰＬ２は、第１金属層５１としてＡｇを厚さ１８０ｎｍで形成し、第２金属層５２としてＲｈを厚さ１０ｎｍで形成した。第３金属層５３は形成されていない。
第３サンプルＳＰＬ３は、第１金属層５１としてＡｇを厚さ１８０ｎｍで形成し、第２金属層５２としてＲｈを厚さ５０ｎｍで形成した。第３金属層５３は形成されていない。
第４サンプルＳＰＬ４は、第１金属層５１としてＡｇを厚さ１８０ｎｍで形成し、第２金属層５２としてＲｈを厚さ１０ｎｍで形成し、第３金属層５３としてＮｉを厚さ５０ｎｍで形成した。
いずれのサンプルでも、金属層を連続形成し、酸素と窒素を８対２で混合したガス雰囲気中で３８０℃、１分間の熱処理をすることで、第２電極５０を形成した。
第１〜第４の各サンプルＳＰＬ１〜ＳＰＬ４について、それぞれ４つの半導体発光素子を作製し、光出力を測定した。

各サンプルＳＰＬ１、ＳＰＬ２及びＳＰＬ４の半導体発光素子の動作電圧はほぼ同じであった。ただし、第３サンプルＳＰＬ３は、作製途中で第２電極５０が剥がれてしまい、光出力を評価できなかった。
図２に表したように、第１金属層５１の以外の金属層の膜厚が厚くなるほど、光出力は増加することが分かる。

実施形態のような半導体発光素子の光出力を決める重要な要素の１つとして、第２電極５０の反射率が挙げられる。近紫外から青色まで高反射特性を持つ金属としてＡｇが挙げられるが、Ａｇは十分な密着性や耐環境性を得るが困難であり、マイグレーションによるグレイン間への空隙形成やグレインサイズの増大によって反射特性の低下を招くことが数多くの実験によって明らかとなった。これらの特性に加えて、第２半導体層２０との電気接触特性を改善するため、Ａｇの上への保護膜形成やシンター処理を行うが、処理条件によっては、保護膜の拡散によるＡｇの電子状態の変化やＡｇのマイグレーションによって、反射特性がさらに劣化する。この反射特性の劣化をいかに抑えるかが重要となる。
第１金属層５１（Ａｇ）の上に形成した第２金属層５２（Ｒｈ）は、Ａｇのグレインバウンダリ（粒界）などを通ることでＡｇとｐ形のＧａＮであるコンタクト層との界面に拡散し、密着性、オーミック性及びコンタクト抵抗などのコンタクト特性を向上させている。また、Ｒｈは、Ａｇとの界面でわずかな固溶体を作ることでＡｇと強固に密着し、Ａｇのマイグレーションを抑える効果がある。これにより、Ａｇである第１金属層５１の反射率低下を抑えることができ、半導体発光素子の光出力が向上したと考えられる。

ここで、第２金属層５２（Ｒｈ）の膜厚を厚くするほどマイグレーションを抑える効果は増加するが、Ｒｈ自体の内部応力が大きく、Ａｇの剥がれを発生させる原因になる。つまり、熱処理をしていないＡｇでは密着性が悪いことから、Ｒｈを厚く形成し過ぎるとＡｇである第１金属層５１がＲｈの内部応力（引っ張り応力）を受けて、ｐ形のコンタクト層との界面から剥がれてしまう。この実験では、第３サンプルＳＰＬ３のように、Ｒｈを５０ｎｍまで厚膜化すると、Ａｇである第１金属層５１の剥がれが認められた。

第４サンプルＳＰＬ４では、Ｒｈと比較して内部応力の小さいＮｉである第３金属層５３を用いている。また、第３金属層５３の膜厚を、第２金属層５２の膜厚以上にしている。これにより、Ａｇのマイグレーションを抑制し、光出力の最大化を達成することができた。

Ｎｉは、Ａｇと固溶体を作らないため、Ａｇの上に直接形成することによるマイグレーション抑制効果は大きくない。一方、ＲｈとＮｉとの密着性は良好である。したがって、Ｒｈの膜厚を、Ｒｈの内部応力によってＡｇの剥がれが発生しない程度に薄く形成する。Ｒｈを薄くすると、シンター処理の際のＡｇのマイグレーションを十分に抑制することができない。そこで、Ｒｈと密着性の良いＮｉをＲｈ以上の厚さで形成した状態でシンター処理することにより、結果としてＡｇのマイグレーションを効果的に抑えることができる。

このように、第１金属層５１、第２金属層５２及び第３金属層５３を積層した状態でシンター処理することにより、Ａｇのマイグレーションを抑え、Ａｇのグレイン成長を抑制して、第２電極５０の高反射特性を維持することで光取り出し効率を向上させることができる。

また、４００ｎｍ以下の近紫外域を光を発生する半導体発光素子では、積層構造体１０ｓの結晶品質が特性に敏感に影響する。このため、Ａｇのマイグレーションによる結晶へのダメージは無視できない。

すなわち、第１金属層５１に用いられるＡｇは、マイグレーションや酸化、硫化反応などの化学反応を起こしやすいという性質がある。また、Ａｇは、シンター処理をしないと十分な密着性を発揮できない。また、シンター処理をしても、条件によっては十分な密着性を得られないこともある。

そこで、密着性を改善させるために、半導体層とＡｇとの間に透明電極や吸収係数の逆数よりも十分薄い接着層を挟む構造を試した。しかしながら、反射特性がＡｇの単層の場合よりも低下することが分かった。特に４００ｎｍ以下の短波長発光光にとってはその影響が顕著になる。

また、Ａｇは、５００℃以上の高温でシンター処理をすると、密着性は改善されるものの、半導体発光素子の輝度の低下を招く。発明者は、数多くの実験結果から、Ａｇのグレインサイズ（平均粒径）が大きくなると反射特性が低下することを見出した。つまり、熱処理でＡｇのマイグレーションが促進され、グレインサイズが大きくなることによって、反射特性の低下を招いたと考えられる。

また、Ａｇの電極を形成した後にそれを覆うような金属層を形成する場合、その工程途中でＡｇがマイグレーションや化学反応を起こして特性を劣化させる恐れがある。このため、金属層を形成する工程の条件や処理時間などに制約が生じる。その結果、必ずしも最適な工程を選ぶことができず、半導体発光素子の特性を最大化することができないという問題や、コストの増加という問題が懸念される。また、Ａｇの表面を保護する目的でＡｇを形成した後に連続成膜した保護膜を同時にシンター処理する場合も、低温シンター処理では密着性の問題が発生し、高温シンター処理では反射特性の問題が発生することが分かった。

発明者は、高い反射率を持つ銀または銀合金を含む第１金属層５１に第２金属層５２及び第３金属膜５３を積層した電極について、光出力特性と電気特性との両立を達成できる条件を見出した。

すなわち、発明者は、数多くの実験による経験則から、Ａｇのグレインサイズが大きくなるとＡｇの反射特性の低下を招くことを見出した。反射特性低下の影響は、４００ｎｍ以下の近紫外領域で特に顕著に現れる。第２電極５０として、Ａｇ単層（Ａｇによる第１金属層５１のみ）では、３８０℃以下の熱処理でもグレインサイズが熱処理前よりも５倍以上大きくなる。これに対し、第２電極５０として、Ａｇ層（第１金属層５１）の表面をＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの白金属金属元素を含む金属（第２金属層５２）で覆うことで４００℃以上の比較的高温でも熱処理前とほぼ同じグレインサイズを維持できることが分かった。

例えば、第２金属層５２としてＰｔを用いた場合、４７０℃までグレインサイズはほとんど変化せず、５６０℃ではシンター処理前と比較して６倍以上に大きくなった。第２金属層５２がＰｄの場合も似たような傾向を示し、３８０℃まではシンター処理前の２．５倍程度だったグレインサイズが、４６０℃以降は６倍以上に大きくなった。グレインサイズ増大による反射特性の低下を防ぐため、グレインサイズが急激に増大しない条件を採用することが好ましい。すなわち、シンター処理後のＡｇのグレインサイズは、シンター処理前のＡｇのグレインサイズと同程度（１倍）以上、３倍以下であることが好ましい。

先に説明したように、Ａｇのグレインサイズの増大及びマイグレーションによる第２電極５０の反射特性の劣化は、光出力を決める重要な要素の１つである。このように、第２金属層５２は、第１金属層５１に含まれるＡｇのマイグレーションを抑制し、Ａｇのグレインの成長を抑制し、さらに、Ａｇ層を保護する。これらの効果により、半導体発光素子の高輝度化高効率化、長寿命化を図ると同時に、工程への制約がなくなることから、特性の最大化やコスト削減が可能となる。

本実施形態に係る半導体発光素子において、基板５に用いる材料は任意であり、基板５には、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの材料を用いることができる。

第１金属層５１は、少なくとも、Ａｇ、または、Ａｇを含む合金を含む。
Ａｇ及びＡｌ以外の金属の単層膜の可視光帯域に対する反射率は、４００ｎｍ以下の紫外域では波長が短くなるほど低下する傾向にあるが、Ａｇは３７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外帯域の光に対しても高い反射特性を有する。そのため、紫外発光の半導体発光素子で、第１金属層５１がＡｇ合金の場合、第１金属層５１の界面２５の側の領域におけるＡｇの成分比が高い方が好ましい。第１金属層５１の厚さは、光に対する反射率を確保するため、１００ｎｍ以上であることが好ましい。

ＡｇとＰｔは固溶関係にあり、シンター処理によってＡｇとの界面付近におけるＰｔがその界面付近の数ｎｍ以下の領域のＡｇと混ざることにより、Ａｇのマイグレーションを抑えることができると考えている。特にＰｄはＡｇと全固溶体であるため、第２金属層５２としてＰｄを用いることで、Ａｇのマイグレーションをより有効に抑えることができる。Ａｇを含む第１金属層５１と、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈ等の白金属金属元素を含む第２金属層５２と、の組み合わせを第２電極５０に採用することで、高電流注入時においても高い信頼性を得ることができる。

第２金属層５２は、Ａｇと固溶体を作り易い金属であればよく、Ａｇのマイグレーションやグレイン成長を抑制する役割を果たしている。特に、第１金属層５１とｐ形のＧａＮであるコンタクト層との界面にごくわずか拡散することでコンタクト特性を向上させる白金族金属（例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ）であるほうが好ましい。

第３金属層５３は、第２金属層５２よりも内部応力が小さければよい。また、第１金属層５１とｐ形のＧａＮであるコンタクト層との界面に第３金属層５３の金属元素が拡散してもいいように、第３金属層５３の仕事関数は大きいほうが好ましい。例えば、第３金属層５３の仕事関数は、Ａｌ及びＴｉの仕事関数よりも高い。

また、第３金属層５３のＡｇに対する拡散係数は、第２金属５２のＡｇに対する拡散係数よりも小さいほうが好ましい。これにより、第３金属層５３の金属元素が第１金属層５１（Ａｇ）に拡散しにくくなる。

第３金属層５３に用いられる材料としては、例えば、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）などの高融点金属を含む単層膜または積層膜が挙げられる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る半導体発光素子１２０の構成を例示しており、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面に相当する断面図である。

図３に表したように、半導体発光素子１２０においては、第１半導体層１０及び第２半導体層２０の第１主面１０ａの側の面の、第１電極４０及び第２電極５０の周縁領域に、誘電体膜６０が設けられている。さらに、第１電極４０の上に第１パッド層４５が設けられている。そして、第２電極５０の上には第２パッド層５５が設けられている。

このような構成を有する半導体発光素子１２０は、例えば以下のようにして作製される。
半導体発光素子１１０と同様にして積層構造体１０ｓを形成した後、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの一部の領域において、ｎ形コンタクト層（例えば上記のｎ形のコンタクト層）が表面に露出するように、第２半導体層２０及び発光層３０の一部を除去する。

次に、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａに、熱ＣＶＤ装置を用いて誘電体膜６０となるＳｉＯ_２膜を、４００ｎｍの厚さで形成する。

次に、第１電極４０を形成するために、パターニングされたリフトオフ用レジストをｎ形コンタクト層の上に形成し、露出したｎ形コンタクト層上の上記のＳｉＯ_２膜の一部をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ_２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ積層膜を、例えば３００ｎｍの厚さで形成し、リフトオフ後に、６５０℃の窒素雰囲気でシンター処理を行う。

次に、第２電極５０を形成するために、第１電極４０と同様に、パターニングされたリフトオフ用レジストをｐ形のコンタクト層（例えば上記のｐ形のＧａＮのコンタクト層）の上に形成し、フッ化アンモン処理でｐ形のコンタクト層を露出させる。その際、第２電極５０と、誘電体膜６０となるＳｉＯ_２膜と、の間に、ｐ形のコンタクト層が露出するように、フッ化アンモンの処理時間を調整する。具体的な例として、エッチングレートが４００ｎｍ／分の場合、第２電極５０を形成する領域のＳｉＯ_２膜を取り除くための時間と、上記領域に近接するｐ形のコンタクト層を１μｍの幅で露出させるオーバーエッチングの時間と、の合計は、３分程度となる。

ＳｉＯ_２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて、例えば、Ａｇ層を１８０ｎｍの厚さで形成し、その形成と連続して、Ｒｈ層を１０ｎｍの厚さで形成し、引き続き、Ｎｉ層を５０ｎｍの厚さで形成する。そして、リフトオフ後に、酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で、１分間のシンター処理を行う。

次に、第１パッド層４５及び第２パッド層５５として、それぞれ第１電極４０及び第２電極５０を覆いつつ、誘電体膜６０の一部を覆うように、リフトオフ法で、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を１０００ｎｍの厚さで形成する。なお、明細書において、第３金属層５３の上に形成される第２パッド層５５の金属（例えば、上記Ｔｉ）を第４金属層５４ということにする。

なお、上記のように、オーミックメタルである第２電極５０（第１金属層５１、第２金属層５２及び第３金属層５３）と、第１電極４０と、を形成する前に、誘電体膜６０を積層構造体１０ｓに形成することで、これらの電極形成工程において、電極と積層構造体１０ｓとの界面に付着するコンタミネーションを大幅に抑制できるため、信頼性や歩留まり、電気特性、光学特性を向上させることができる。

また、誘電体膜６０を形成した後に第２電極５０の酸素シンター処理を行うことで、熱ＣＶＤ装置で成膜したＳｉＯ_２膜の酸素欠損を補填することができる。

誘電体膜６０として、熱ＣＶＤではなく、スパッタ法などによる酸素欠損の少ない良好な膜を採用すると、誘電体膜６０の残留応力によって半導体発光素子の特性が劣化する場合がある。特に、積層構造体１０ｓの結晶の品質が悪い場合はこの現象が顕著となる。従って、酸素欠損が多く、品質の多少劣る熱ＣＶＤ膜を形成して、その後から、酸素欠損を補填する方法の方が、半導体発光素子の特性が良好になり易い。

第２電極５０が第２パッド層５５によって覆われることで、第２電極５０が外気から隔離されるため、第２電極５０が水分やイオン不純物に晒されに難くなり、第２電極５０のマイグレーションや酸化、硫化反応を抑えることができる。

また、第２電極５０と第１電極４０とが互いに対向する側の第２電極５０の端部に近接した領域に第２パッド層５５が形成され、この領域に電流経路が形成されるため、第２電極５０への電流集中が緩和される。それ同時に、第２電極５０と第１電極４０とが互いに対向する領域の誘電体膜６０（または誘電体積層膜）の端部付近に、第２半導体層２０と第２パッド層５５で挟まれた誘電体膜６０の領域が形成されるため、誘電体膜６０（または誘電体積層膜）を挟んで第２半導体層２０と第２パッド層５５との間に弱い電界が印加される。その結果、第２電極５０から誘電体膜６０（または誘電体積層膜）にかけて電界が徐々に弱くなる構造を作ることができるため、この領域における電界集中を緩和することができる。

さらに、半導体発光素子１２０の製造工程においては、新たな特別な工夫の必要はなく、従来と同じ工程、工程数で形成できる。
これにより、半導体発光素子１２０においては、リーク電流低減、絶縁特性向上、耐圧特性向上、発光強度の向上、寿命の増大、高いスループット、低コストを実現することができる。

パッド（第１パッド層４５及び第２パッド層５５）が誘電体膜６０（または誘電体積層膜）を被覆する長さが長い場合は、誘電体膜６０（または誘電体積層膜）を介した電界の緩和構造を得る上で有利であるが、第２電極５０と第１電極４０とがショートする危険性は高くなる。一方、短い場合は、第２電極５０と第１電極４０がショートする危険性は低くなる。

半導体発光素子１２０において、第３金属層５３の第４金属層に対する拡散係数は、第２金属層５２の第４金属層に対する拡散係数よりも小さいことが好ましい。例えば、ＮｉはＲｈと比較してＴｉに対する拡散係数が小さい。これにより、第３金属層５３を、第４金属層と第１金属層５１との間の障壁金属として機能させることができる。すなわち、第３金属層５３によって、第２パッド層５５の第１層であるＴｉ（第４金属層５４）が、Ａｇ（第１金属層５１）へ拡散することを抑制することができる。

また、第４金属層５４の第１金属層５１に対する拡散係数は、第２金属層５２の第１金属層５１に対する拡散係数よりも小さいほうが好ましい。これにより、第４金属層５４が第１金属層５１に拡散しないようにすることができる。

（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子１３０の積層構造体１０ｓの積層方向で半導体発光素子１３０を切断したときの断面図である。

図４に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１３０においては、第２電極５０が、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａの側に設けられ、第１電極４０が第１主面１０ａに対向する第２主面１０ｂの側に設けられている。そして、この場合には、例えばサファイアからなる基板５の上に、積層構造体１０ｓの結晶成長を行った後に、基板５が除去されている。

そして、第１電極４０が設けられていない領域の、積層構造体１０ｓの第２主面１０ｂには、凹凸部ＰＰが設けられている。この凹凸部ＰＰにより、発光層３０からの発光光を反射させ、光取り出し効率を高めることができる。

このような構成を有する半導体発光素子１３０は、例えば以下のようにして製造できる。
図５は、第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
まず、図５（ａ）に表したように、第１及び第２の実施形態と同様にして、基板５の上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０の結晶成長を行い、積層構造体１０ｓを形成する。

このとき、図５（ａ）に例示したように、基板５の上にバッファ層５ｂを設け、その上に、積層構造体１０ｓを形成する。具体的には、バッファ層５ｂとして、サファイアからなる基板５の上に、上記の、ＡｌＮである第１バッファ層５ｂ１、ＡｌＮである第２バッファ層５ｂ２、及び、ノンドープＧａＮである第３バッファ層５ｂ３を形成する。

この後、上記と同様に、積層構造体１０ｓの第１主面１０ａ（第２半導体層２０の側）のｐ形コンタクト層（例えば上記のｐ形のＧａＮであるコンタクト層）の上に、パターニングされたリフトオフ用レジストを形成し、第１金属層５１となるＡｇ層（厚さ１８０ｎｍ）と、第２金属層５２となるＲｈ層（厚さ１０ｎｍ）と、第３金属層５３となるＮｉ層（厚さ５０ｎｍ）と、を連続して形成し、リフトオフ後に、酸素と窒素とを８対２の比率で混合したガス雰囲気において、３８０℃で１分間のシンター処理を行う。これにより、第２電極５０が形成される。

そして、第２電極５０を覆うように、例えば、第２パッド層５５となるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を、例えば５００ｎｍの厚さで形成する。

その後、図５（ｂ）に表したように、対向パッド層６ｐとして、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜が例えば５００ｎｍの厚さで設けられたシリコンからなる支持基材６と、上記の積層構造体１０ｓとを対向させて設置する。このとき、第２パッド層５５のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜のＡｕ層と、対向パッド層６ｐのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜のＡｕ層と、が互いに対向するように設置される。そして、積層構造体１０ｓと支持基材６とを、加熱しつつ圧着して、第２パッド層５５と対向パッド層６ｐとを接着する。

そして、サファイアからなる基板５の側から、例えばＹＶＯ_４の固体レーザの三倍高調波（３５５ｎｍ）または四倍高調波（２６６ｎｍ）のレーザ光ＬＬを照射する。レーザ光ＬＬは、ＧａＮバッファ層（例えば、上記のノンドープＧａＮバッファ層５ｂ３）のＧａＮの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有する。すなわち、レーザ光ＬＬは、ＧａＮの禁制帯幅よりも高いエネルギーを有する。

このレーザ光ＬＬは、ＧａＮバッファ層（第３バッファ層５ｂ３）のうち、単結晶ＡｌＮバッファ層（この例では第２バッファ層５ｂ２）の側の領域において効率的に吸収される。これにより、ＧａＮバッファ層のうち単結晶ＡｌＮバッファ層の側のＧａＮは、発熱により分解する。

そして、塩酸処理などによって、分解されたＧａＮを除去し、サファイアからなる基板５を積層構造体１０ｓから剥離して分離する。

さらに、基板５が剥離された積層構造体１０ｓの第２主面１０ｂの側のＧａＮバッファ層（第３バッファ層５ｂ３）を、研磨、ドライエッチング、ウェットエッチングなどの方法で除去し、第１半導体層１０のｎ形コンタクト層（例えば上記のｎ形のＧａＮであるコンタクト層）を露出させる。

この後、ｎ形のコンタクト層の表面にリフトオフ法などで、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を例えば５００ｎｍの厚さで形成し、パターニングして、第１電極４０を形成する。その後、第１電極４０が形成されていないｎ形のコンタクト層（第１半導体層１０）の表面を、アルカリエッチング等により加工して凹凸部ＰＰを形成する。

次いで、劈開またはダイヤモンドブレード等により、積層構造体１０ｓを切断し、個別の素子とし、半導体発光素子１３０が作製される。

このように、半導体発光素子１３０においては、半導体発光素子の積層構造体１０ｓを支持基材６に接着し、結晶成長を行った基板５を剥離し、剥離面を処理した後に第１電極４０が形成される。

基板５上の積層構造体１０ｓと、支持基材６と、を接着させる構成においては、電極（特に第２電極５０）の積層構造体１０ｓの側の面は、発光光に対する反射特性が高い必要があり、密着性も十分高い必要がある。このとき、本発明の実施形態に係る構造を用いれば、密着性と反射特性と電気特性とを高度に同時に満足させることができるため、高輝度で高信頼性の半導体発光素子が実現できる。

基板５上の積層構造体１０ｓと、支持基材６と、を接着させるとき、及び、レーザ光でＧａＮ層を分解して基板５を剥離するときに、積層構造体１０ｓの結晶に結晶欠陥２９が過度に生じ易い。この結晶欠陥２９は、例えば、支持基材６、サファイア及びＧａＮの相互の熱膨張係数の差、局所的に加熱されることによる熱の集中、並びに、ＧａＮが分解することにより発生する生成物などが原因と考えられる。
このように、第２電極５０を形成する際のシンター処理の後に、結晶欠陥２９やダメージが過度に生じると、そこから第２電極５０の第１金属層５１に含まれるＡｇが積層構造体１０ｓへ向かって過度に拡散し、結晶内部でのリークや結晶欠陥の加速度的な著しい増加を招く。

上記の具体例によれば、バッファ層５ｂとして、単結晶ＡｌＮバッファ層（この例では第１バッファ層５ｂ１及び第２バッファ層５ｂ２）を用いることで高品質な半導体層を形成することができるため、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。また、ＧａＮ層をレーザ光で分解する際、高熱伝導特性を有する単結晶ＡｌＮバッファ層がＧａＮに近接して配置されているため、熱が拡散し易く、局所的な加熱による熱ダメージを抑制できる。

基板５上の積層構造体１０ｓと、支持基材６と、を接着させる方法として、ＡｕＳｎなどの半田を用いることもできる。半田は、数μｍの厚膜を形成するのが一般的で、厚いほど反射電極（この例では第２電極５０）に印加される歪みは大きくなる。その際も、反射電極の密着性が高い本実施形態の構成の採用により、半田の使用においても良好な特性が得られる。

（第４の実施の形態）
図６は、第４の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子１４０の積層構造体１０ｓの積層方向で半導体発光素子１４０を切断したときの断面図である。

図６に表したように、半導体発光素子１４０においては、第２半導体層２０のｐ形コンタクト層２８（例えば上記のｐ形のＧａＮであるコンタクト層）が、低電気特性部２８ｃを有している。この低電気特性部２８ｃは、ｐ形コンタクト層２８のうちの第１電極４０に対向する部分２８ｂの、第２電極５０の側の面（第１主面１０ａの側の面）に選択的に設けられている。

この低電気特性部２８ｃは、例えば、ｐ形コンタクト層２８の第１主面１０ａの側の表面に、選択的にアッシング処理が施された部分である。ｐ形コンタクト層２８のうちの第１電極４０に対向しない部分２８ａにおいては、アッシング処理が施されていない。

低電気特性部２８ｃとそれ以外の部分２８ａとでは、表面の状態が異なる。これにより、低電気特性部２８ｃにおいては、例えばアッシング処理が行われることで、それ以外の部分２８ａと比較して、コンタクト抵抗Ｒｃが上昇し、オーミック特性が劣化する。

このように、半導体発光素子１４０は、積層構造体１０ｓ及び電極ＥＬ（この例では第２電極５０）の他に、第１半導体層１０の発光層３０とは反対の側に設けられた第１電極４０（対向電極ＣＥＬ）をさらに備える。

そして、第２半導体層２０（この場合は、特にｐ形コンタクト層２８）は、第２半導体層２０の第２電極５０（電極ＥＬ）の側において、第１電極４０（対向電極ＣＥＬ）に対向する領域（部分２８ｂ）に設けられ、第１電極４０（対向電極ＣＥＬ）とは対向しない領域（部分２８ａ）よりも、第２半導体層２０と第２電極５０（電極ＥＬ）との間におけるコンタクト抵抗が高い、及び、オーミック特性が低い、の少なくともいずれかである低電気特性部２８ｃを有する。

このような構成を有する半導体発光素子１４０は、例えば、以下のようにして作製できる。
積層構造体１０ｓに第２電極５０を形成する前に、第２半導体層２０の第１主面１０ａにおいて、第１電極４０が形成される領域に対向する領域（部分２８ｂ）を露出するようなパターン形状のレジストを形成する。その後、レジストから露出した第２半導体層２０の面に、例えば酸素アッシャ処理を行う。そして、このレジストを除去し、これ以降は、既に説明した手法を用いて、半導体発光素子１４０が形成される。

低電気特性部２８ｃにおいては、アッシャ処理が施されたことにより、例えばコンタクト抵抗Ｒｃが上昇し、非オーミック特性を示すため、電流が流れ難くなる。このため、第１電極４０に対向する領域の発光層３０において、電流が流れ難くなる。これにより、第１電極４０直下の発光層３０に電流が注入されにくくなり、発光層３０における発光光が第１電極４０に吸収されることが抑制でき、効率が向上する。

上記で説明したシンター処理条件によれば、非常に良好なオーミック特性と低いコンタクト抵抗Ｒｃとを実現することができるので、例えばアッシング処理が施される低電気特性部２８ｃによる電流の通電領域の制御と、上記のシンター処理と、を組み合わせて実施することにより、低電気特性部２８ｃにおいては実質的に電流が流れない構成を実現でき、特に好ましい。

なお、第２半導体層２０（特にｐ形コンタクト層２８）のうちの第１電極４０に対向する領域（部分２８ｂ）の第２電極５０の側の表面に、例えば選択的にアッシング処理を行って形成する低電気特性部２８ｃを設け、電流の通電領域を制御す方法は、上記の第１金属層５１と第２金属層５２との組み合わせにおいて、特定の条件のシンター処理を施す構成とは独立して実施することができる。これにより、効率が向上できる。

低電気特性部２８ｃの作製方法はアッシング処理でも良いし、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理でも良い。塩素雰囲気でのＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）−ＲＩＥを用いれば、発光層３０へのダメージを抑えることができる。なお、上記においては、第２電極５０（電極ＥＬ）が、Ａｇを含有する第１金属層５１と、白金属金属元素を含有する第２金属層５２と、第３金属層５３と、を有している構成であるが、第１電極４０（対向電極ＣＥＬ）が、Ａｇを含有する第１金属層と、白金属金属元素を含有する第２金属層と、第３金属層５３と、を有しており、上記の各条件を満たしていても良い。
また、第１電極４０と第２電極５０とのそれぞれが、上記の構成を有していても良い。

（第５の実施の形態）
第５の実施形態は、窒化物系半導体からなる第１導電形の第１半導体層１０と、窒化物系半導体からなる第２導電形の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光層３０と、を有する積層構造体１０ｓと、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側に設けられた電極ＥＬ（例えば第２電極５０）と、を有する半導体発光素子の製造方法である。

図７は、第５の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャートである。
図７に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、第２半導体層２０の発光層３０とは反対側の面（第１主面１０ａ）の上に、銀または銀合金を含む第１金属層５１を形成し、第１金属層５１の上に、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの少なくともいずれかの元素を含む第２金属層５２を形成し、第２金属層５２のＺ軸方向に沿った厚さ以上の厚さを有する第３金属層５３を形成する工程（ステップＳ１２０）と、第２半導体層２０、第１金属層５１及び第２金属層５２を、酸素を含有する雰囲気においてシンター処理する工程（ステップＳ１３０）と、を備える。

そして、シンター処理する工程（ステップＳ１３０）における温度は、シンター処理を実施した後の第１金属層５１に含まれる銀の平均粒径（グレインサイズ）が、シンター処理を施す前の平均粒径の１倍以上、３倍以下である温度である。

例えば、第２金属層５２がＰｔを含む場合は、シンター処理温度は、５６０℃未満が好ましく、特に４７０℃以下が好ましい。また、第２金属層５２がＰｄを含む場合は、シンター処理温度は、４７０℃未満であることが好ましく、特に３８０℃以下が好ましい。また、第２金属層５２がＲｈを含む場合は、シンター処理温度は、５６０℃未満が好ましく、特に、４７０℃以下が好ましい。

これにより、電極ＥＬ（第２電極５０）のコンタクト抵抗Ｒｃを低減し、反射率を向上し、密着性を向上できる。

このとき、シンター処理における雰囲気の酸素濃度は、２０％以上であることが好ましい。これにより、コンタクト抵抗Ｒｃが低減でき、良好なオーミック特性が得られる。

そして、発光層３０の発光光のピーク波長は３７０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下のときに、特に高い効果を発揮することができる。すなわち、この波長範囲においては、Ａｇ以外の金属では、反射率が著しく低下するが、Ａｇの反射率は高く、Ａｇを第１金属層５１に用いることの効果が高く発揮される。

そして、第１金属層５１は、銀を含む単層膜とすることができる。また、第２金属層５２は、白金、パラジウム、及び、白金とパラジウムとを含む合金の少なくともいずれかを含むことができる。

この製造方法によれば、第１金属層５１、第２金属層５２及び第３金属層５３を積層した状態でシンター処理するため、内部応力の大きな第２金属層５２を薄く形成した場合でも、第２金属層５２の厚さ以上の厚さで形成した第３金属層５３によってシンター処理の際のＡｇのマイグレーションを抑制することができるようになる。また、内部応力の大きな第２金属層５２を薄く形成できるため、第２金属層５２の内部応力による第１金属層５１の剥がれを抑制でき、製造歩留まりの高い半導体発光素子を提供できる。

図８は、第５の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャートである。
図８に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、以下の工程をさらに備える。
サファイアからなる基板５の上に、単結晶Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を含み、高濃度で炭素を含む高炭素濃度部バッファ層（例えば、上記の第１バッファ層５ｂ１）を形成する（ステップＳ１０１）。

そして、高炭素濃度部バッファ層の上に、単結晶Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０．８≦ｙ≦１）を含み、炭素濃度が上記の高炭素濃度部バッファ層よりも低い低炭素濃度バッファ層（例えば、上記の第２バッファ層５ｂ２）を形成する（ステップＳ１０２）。

そして、低炭素濃度バッファ層の上に、第１半導体層１０を形成する（ステップＳ１１１）。
そして、第１半導体層１０の上に発光層３０を形成する（ステップＳ１１２）。
そして、発光層３０の上に第２半導体層２０を形成する（ステップＳ１１３）する。

上記のようなバッファ層を用いることで、結晶性が優れた第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０を形成することができる。

そして、既に説明したように、高炭素濃度部バッファ層の炭素濃度は、３×１０^１８ｃｍ^−３以上、５×１０^２０ｃｍ^−３以下が好ましく、厚さは、３ナノメートル以上、２０ナノメートル以下が好ましい。

図９は、本発明の第５の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャートである。
図９に表したように、第５の実施形態に係る別の半導体発光素子の製造方法は、以下の工程をさらに備える。
低炭素濃度バッファ層と第１半導体層１０（第１半導体層１０）との間にＧａＮを含むＧａＮバッファ層（上記の第３バッファ層５ｂ３）を形成する（ステップＳ１０３）。
シンター処理（ステップＳ１３０）の後に、電極ＥＬ（第２電極５０）を支持基材６に対向させて、電極ＥＬを支持基材６に対して固定する（ステップＳ１４０）。
そして、基板５の側から、ＧａＮバッファ層に、ＧａＮの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有するレーザ光ＬＬを照射して、ＧａＮバッファ層の基板５の側の部分の少なくとも一部を変質させて、基板５をＧａＮバッファ層から分離する（ステップＳ１５０）。

すなわち、図５（ｂ）に関して説明した処理を行う。本実施形態の製造方法によれば、第２電極５０の反射特性が高く、密着性も良好なので、支持基材６を設ける構成を有する高輝度で高信頼性の半導体発光素子が製造できる。

（第６の実施の形態）
図１０は、第６の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
本具体例では、第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０が用いられているが、半導体発光装置には上記の実施形態に係る任意の半導体発光素子を用いることができる。
半導体発光装置５００は、半導体発光素子１１０と、蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤである。すなわち、本実施形態に係る半導体発光装置５００は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、を備える。

図１０に表したように、本実施形態に係る半導体発光装置５００では、セラミック等からなる容器７２の内面に反射膜７３が設けられており、反射膜７３は容器７２の内側面と底面に分離して設けられている。反射膜７３は、例えばアルミニウム等からなるものである。このうち容器７２の底部に設けられた反射膜７３の上に、半導体発光素子１１０がサブマウント７４を介して設置されている。

半導体発光素子１１０は、第１電極４０が設けられた主面１５ａ側を上に向け、例えば、低温半田を用いて、サブマウント７４に導電性基板６０の裏面が固定されている。これら半導体発光素子１１０、サブマウント７４及び反射膜７３の固定には、接着剤による接着を用いることも可能である。

サブマウント７４の半導体発光素子側の表面には、半導体発光素子１１０の導電性基板６０がマウントされる電極が形成されており、容器７２側に設けられた図示しない電極に対してボンディングワイヤ７６により接続されている。一方、第１電極４０もボンディングワイヤ７６により、容器７２側に設けられた図示しない電極に接続されている。これらの接続は、内側面の反射膜７３と、底面の反射膜７３と、の間の部分において行われている。

また、半導体発光素子１１０やボンディングワイヤ７６を覆うように赤色蛍光体を含む第１蛍光体層８１が設けられており、この第１蛍光体層８１の上には青色、緑色或いは黄色の蛍光体を含む第２蛍光体層８２が形成されている。この蛍光体層の上にはシリコン樹脂からなる蓋部７７が設けられている。

第１蛍光体層８１は、樹脂及びこの樹脂中に分散された赤色蛍光体を含む。
赤色蛍光体としては、例えばＹ_２Ｏ_３、ＹＶＯ_４、Ｙ_２（Ｐ,Ｖ）Ｏ_４を母材として用いることができ、これに３価のＥｕ（Ｅｕ^３＋）を付活物質として含ませる。すなわち、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、ＹＶＯ_４：Ｅｕ^３＋等を赤色蛍光体として用いることができる。Ｅｕ^３＋の濃度は、モル濃度で１％〜１０％とすることができる。

赤色蛍光体の母材としては、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＶＯ_４の他に、ＬａＯＳやＹ_２（Ｐ, Ｖ）Ｏ_４等を用いることができる。また、Ｅｕ^３＋の他にＭｎ^４＋等を利用することもできる。特に、ＹＶＯ_４母体に、３価のＥｕと共に少量のＢｉを添加することにより、３８０ｎｍの吸収が増大するので、さらに発光効率を高くすることができる。また、樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。

また、第２蛍光体層８２は、樹脂、並びに、この樹脂中に分散された青色、緑色及び黄色の少なくともいずれかの蛍光体、を含む。例えば、青色蛍光体と緑色蛍光体を組み合わせた蛍光体を用いても良く、また、青色蛍光体と黄色蛍光体とを組み合わせた蛍光体を用いても良く、青色蛍光体、緑色蛍光体及び黄色蛍光体を組み合わせた蛍光体を用いても良い。

青色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋やＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋を用いることができる。
緑色蛍光体としては、例えば３価のＴｂを発光中心とするＹ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋を用いることができる。この場合、ＣｅイオンからＴｂイオンへエネルギーが伝達されることにより励起効率が向上する。緑色蛍光体としては、例えば、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ^２＋を用いることができる。

黄色蛍光体としては、例えばＹ_３Ａｌ_５：Ｃｅ^３＋を用いることができる。
また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。特に、３価のＴｂは、視感度が最大となる５５０ｎｍ付近に鋭い発光を示すので、３価のＥｕの鋭い赤色発光と組み合わせると発光効率が著しく向上する。

本実施形態に係る半導体発光装置５００によれば、半導体発光素子１１０から発生した例えば波長３８０ｎｍの紫外光は、半導体発光素子１１０の上方および側方に放出される。さらに、反射膜７３で反射した紫外光によって、各蛍光体層に含まれる上記蛍光体は効率良く励起される。例えば、第１蛍光体層８１に含まれる３価のＥｕを発光中心とする上記蛍光体は、６２０ｎｍ付近の波長分布の狭い光に変換される。これにより、赤色可視光を効率良く得ることが可能である。

また、第２蛍光体層８２に含まれる青色、緑色、黄色の蛍光体が励起されることによって、青色、緑色、黄色の可視光を効率良く得ることができる。さらに、これらの混色として、白色光やその他様々な色の光を、高効率でかつ演色性良く得ることが可能である。
半導体発光装置５００によれば、高効率で所望を色の光を得ることができる。

なお、本明細書において「窒化物系半導体」とは、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ，ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の窒化物系半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものや、導電形などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化物系半導体」に含まれるものとする。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子を構成する、発光層、窒化物系半導体、第１金属層、第２金属層、第３金属層、第１半導体層、第２半導体層、第１電極、第２電極、第１パッド層、第２パッド層、各種のバッファ層、基板、誘電体膜など各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、また結晶成長プロセスなどの製造方法に関して当業者が各種の変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

５…基板、 ５ｂ…バッファ層、 ５ｂ１…第１バッファ層、 ５ｂ２…第２バッファ層、 ５ｂ３…第３バッファ層、 ６…支持基材、 ６ｐ…対向パッド層、 １０…第１半導体層、 １０ａ…第１主面、 １０ｂ…第２主面、 １０ｓ…積層構造体、 ２０…第２半導体層、 ２８…ｐ形コンタクト層、 ２８ａ、２８ｂ…部分、 ２８ｃ…低電気特性部、 ３０…発光層、 ４０…第１電極、 ４５…第１パッド層、 ５０…第２電極、 ５１…第１金属層、 ５２…第２金属層、 ５３…第３金属層、 ５５…第２パッド層、 ６０…誘電体膜、 １１０、１１１、１２０、１３０、１４０…半導体発光素子、５００…半導体発光装置、 ＣＥＬ…対向電極、 ＥＬ…電極、 ＬＬ…レーザ光、 ＰＰ…凹凸部

Claims (10)

1. 窒化物系半導体からなる第１導電形の第１半導体層と、窒化物系半導体からなる第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、
   前記第２半導体層の前記発光層とは反対側に設けられ、銀または銀合金を含む第１金属層と、前記第１金属層の前記第２半導体層とは反対側に設けられ、ロジウムからなる第２金属層と、前記第２金属層の前記第１金属層とは反対側に設けられ、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが、前記第２金属層の前記方向に沿った厚さ以上であるニッケルからなる第３金属層と、前記第３金属層の前記第２半導体層とは反対側に設けられた第４金属層と、を有する電極と、
   を備え、
   前記第２金属層の前記方向に沿った厚さは５０ナノメートル未満であり、
   前記第３金属層の前記第４金属層に対する拡散係数は、前記第２金属層の前記第４金属層に対する拡散係数よりも小さいことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第３金属層は、前記第２金属層の内部応力よりも小さい内部応力を有する請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記第３金属層の仕事関数は、アルミニウム及びチタンの仕事関数よりも高いことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第３金属層の銀に対する拡散係数は、前記第２金属層の銀に対する拡散係数よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
5. 前記第１金属層は、銀を含む単層膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
6. 前記第１金属層と前記第２金属層との界面を含む領域における前記第２金属層に含まれる元素の含有率は、前記第１金属層のうち前記界面から離れた領域における前記元素の含有率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
7. 前記発光層の発光光のピーク波長は、３７０ナノメートル以上、４００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
8. 前記第３金属層の前記半導体とは反対側に設けられた支持基板をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
9. 前記第２金属層の前記方向に沿った厚さは１０ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、
    を備えたことを特徴とする半導体発光装置。

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