JP5047482B2 - 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 - 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）。

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、ｐ型半導体側がメッキにより覆われてしまうため、光取り出し効率が低下してしまう。光取り出し効率を向上させるため、メッキ処理の前に、オーミック接触層上に高反射率を持つＡｇなどを成膜する手法が一般的に用いられるが、この方法では、ほとんどの反射光が発光層を通過しなければならないため、発光層での光吸収が問題になる。
この際の反射光の発生を出来る限り防止するため、支持基板に透明性基板を用いた半導体素子が提案されている（例えば、特許文献３）。

しかしながら、支持基板に透明性基板を用いる場合、例えば、ＳＯＧ（スピンオンガラス）では５μｍ程度が厚膜の限界であるので十分な強度を持った基板が作成できないという問題があった。
特許第３５１１９７０号公報 特開２００４−４７７０４号公報 特開２００３−３０９２８６号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、支持基板の強度特性に優れるとともに、該支持基板からの反射光が少なく、光取り出し効率を向上させた半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

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、金属膜層、及びメッキ金属板がｐ型半導体層上に部分的に形成された構成とすることにより、基板強度に優れ、且つ反射光が少ない、即ち光取り出し効率が良い素子を作製することが可能なことを見出し、本発明を完成した。さらに、金属膜層、及びメッキ金属板を格子状にすることにより、本発明の効果はより一層発揮される。
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、メッキ金属板が、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、前記金属膜層及び前記メッキ金属板が前記ｐ型半導体層上に部分的に形成され、且つ、前記金属膜層及びメッキ金属板の面積が、前記ｐ型半導体層上面に対する面積比で１０〜９０％の範囲内であるとともに、前記メッキ金属板が支持基板であり、さらに、前記ｐ型半導体層と前記金属膜層との間に透明電極が備えられていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
（２）前記金属膜層、及び前記メッキ金属板が前記ｐ型半導体層上に平面視交差状態に形成されてい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）前記金属膜層がオーミック接触層を含むことを徴とする（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（３）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（５）前記オーミック接触層の膜厚が０．１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることを特徴とする（３）又は（４）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（６）前記メッキ金属板の膜厚が１０μｍ〜２００μｍの範囲内であ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）前記メッキ金属板が、ＮｉＰ合金、Ｃｕ、またはＣｕ合金からな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）前記金属膜層と前記メッキ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（１）〜（７）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（９）前記メッキ密着層が、前記メッキ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（８）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（１０）前記メッキ密着層が、ＮｉＰ合金またはＣｕ合金からなることを特徴とする（８）または（９）に記載の窒化物系半導体発光素子。

（１１）基板上に少なくともバッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、メッキ金属板を、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、前記積層工程は、前記金属膜層及び前記メッキ金属板を、前記ｐ型半導体層上に部分的に形成するとともに、前記金属膜層及びメッキ金属板の面積が、前記ｐ型半導体層上面に対する面積比で１０〜９０％の範囲内となるように形成し、さらに、前記ｐ型半導体層と前記金属膜層との間に透明電極を形成し、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窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１２）前記積層工程において、前記金属膜層及び前記金属板を、個々に平面視ライン状で交差状態に形成することを特徴とする（１１）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１３）前記基板をレーザによって除去することを特徴とする（１１）又は（１２）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１４）前記メッキ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（１１）〜（１３）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。

本発明の窒化物系半導体発光素子によれば、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、金属膜層、及びメッキ金属板が、ｐ型半導体層上に部分的に形成された構成としている。
これにより、基板強度に優れ、且つ反射光が少ない、即ち光取り出し効率が良い素子を得ることができる。特に、金属膜層、及びメッキ金属板を格子状にすることにより、本発明の効果はより一層発揮される。

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〜図４は、本実施形態の窒化物系半導体発光素子を説明する図であり、図１は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を形成し、その上にオーミック接触層、反射層、メッキ密着層を形成し、その上にメッキ金属板を形成した、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。図２は、窒化物系半導体発光素子の製造方法の一例を説明する図であり、本実施形態では、図１に示すような上下電極配置型の構造とする前に、図２に示すような窒化物系半導体層を形成する。なお、図１及び図２に示す２点鎖線は、平面視交差状態に形成されているオーミック接触層、反射層、メッキ密着層、メッキ金属板、及び正電極（図１の正電極１１１）の一部分を示している。
図３及び図４は、窒化物系半導体発光素子の製造方法を説明する平面図であり、ダイシングラインＤＬ１、ＤＬ２に沿って素子単位に分割することで、本発明の窒化物系半導体発光素子が得られる。

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、透明電極１０６、オーミック接触層１０７（金属膜層）、反射層１０８、メッキ密着層１０９、メッキ金属板１１０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において、透明電極１０６上に、反射層１０８、メッキ密着層１０９、メッキ金属板１１０が、この順序で積層されており、これら各層がｐ型半導体層１０５上において、十字状に交差して部分的に形成されている。すなわち、図３に示す断面線Ａ−Ａの方向から見た場合には、図１に示す例の横幅方向（図１の左右方向）で、オーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ密着層１０９及びメッキ金属板１１０の各幅が、透明電極１０６の幅の約３０％になるように形成されている。また、オーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ密着層１０９及びメッキ金属板１１０の各層の縦幅方向（図１の紙面垂直方向）は、透明電極１０６の幅の１００％になるように形成されている。また、図３に示す断面線Ｂ−Ｂの方向から見た場合も、図１に示すオーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ密着層１０９及びメッキ金属板１１０の横幅及び縦幅が、上述と同様の関係とされている。
そして、本実施形態では、ｎ型半導体層１０３の下面に、透明電極１１２を介して負電極１１３が形成され、メッキ金属板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。

次に、本発明の窒化物系半導体発光素子を作製する際の手順について、図２及び図３に示す例を用いて以下に説明する。
まず、サファイア基板（基板）２０１上にバッファ層２０２を形成し、そのバッファ層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の上（つまり、ｐ型半導体層２０５上）に、透明電極２０６を形成する。これらのｎ型半導体層２０３、発光層２０４、ｐ型半導体層２０５及び透明電極２０６は、横幅を図２に示すように同一サイズに形成し、また、縦幅についても同一サイズに形成する。
次いで、透明電極２０６上に、オーミック接触層２０７及び反射層２０８を、この順序で積層して形成する。本実施形態のオーミック接触層２０７及び反射層２０８は、図３に示す例のように、各素子単位で縦横に交差するようにして、平面視格子状のパターンで透明電極２０６上に部分的に形成する。オーミック接触層２０７及び反射層２０８のパターン形成は、レジスト材料を使用することにより、後述する公知のフォトリソグラフィー技術、又はリフトオフ技術等を用いて行う。
そして、メッキを施すことによってメッキ金属板２１０を形成する。本実施形態のメッキ金属板２１０の形成は、メッキを施すオーミック接触層２０７及び反射層２０８以外の部分に絶縁性の保護膜を形成してメッキを行うか、またはメッキ用の厚膜レジスト材料を使用し、公知のフォトリソグラフィー技術もしくはリフトオフ技術によって、オーミック接触層２０７及び反射層２０８のパターンにのみメッキを行う。なお、メッキ処理前に、メッキ金属板２１０と反射層２０８（金属膜層）との密着性を向上させるため、メッキ密着層２０９を形成することが好ましい。また、メッキ密着層２０９は省略しても良い。
次いで、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。次いで、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を形成する。そして、図３に示すようなダイシングラインＤＬ１、ＤＬ２に沿ってメッキ金属板２１０を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。

本実施形態の窒化物系半導体発光素子は、図１に示すように、ｐ型半導体層１０５上に透明電極１０６を介して積層されているオーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ密着層１０９及びメッキ金属板１１０の各層が、ｐ型半導体層１０５の上面１０５ａに対し、透明電極１０６を介して、十字状に交差するように、部分的に形成されている。
また、オーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ密着層１０９及びメッキ金属板１１０の面積、即ちオーミック接触層１０７の底部１０７ａの面積は、ｐ型半導体層１０５の上面１０５ａの面積に対して、１０〜９０％の範囲内の面積比であることが好ましい。図１の断面図に示す例では、上述したように、オーミック接触層１０７の底部１０７ａが、ｐ型半導体層１０５の上面１０５ａに対して、つまり、該上面１０５ａと同寸に形成された透明電極１０６の上面１０６ａに対して幅方向（図１左右方向）で約３０％の幅に形成されている。また、図３の平面図に示す例では、透明電極２０６（ｐ型半導体層２０５）上において、各素子単位で縦横に交差して平面視格子状に形成されたメッキ金属板２１０、オーミック接触層２０７及び反射層２０８が、各素子上において縦横各約３０％の幅で形成されており、ｐ型半導体層２０５上の各素子単位の面積比で、つまり、透明電極２０６上の面積比で約５０％とされている。
なお、図４に示すように、本発明の窒化物系半導体発光素子は、各素子単位で縦横に交差して平面視格子状に形成されたメッキ金属板３１０及びオーミック接触層３０７の交差部３２０を、交差部分が若干、上面視略円形状に膨らんだ膨出部３１１を有する形状としても良い。

前述の製造工程において用いるサファイア基板２０１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２０２を使用することができなくなるので、サファイア基板２０１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２０１の剥離を行う。

バッファ層２０２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。

オーミック接触層１０７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１０７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。
但し、ｐ型半導体層１０５上に透明電極１０６があらかじめ形成される場合は、透明電極１０６とｐ型半導体層１０５間の接触抵抗が大きく、透明電極１０６とオーミック接触層１０７との接触抵抗は小さくなるので、オーミック接触層１０７としては上記の材料以外にＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗなどを用いること、できる。

オーミック接触層１０７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１０７上には、Ａｇ合金等からなる反射層１０８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１０７を、光が十分に透過するように薄く形成し、Ａｇ合金等からなる反射層１０８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１０７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１０７および反射層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。

反射層１０８にはＡｇ合金を用いることが好ましい。
反射層１０８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。

透明電極１０６には、ＩＴＯ（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ合金）、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ合金）、ＡＺＯ（Ｚｎ−Ａｌ−Ｏ合金）等、公知の材料をなんら制限無く用いることができる。
透明電極１０６の厚さは、低接触抵抗を安定して得るために１００ｎｍ以上とすることが好ましい。透明電極１０６にも光は吸収されるので、厚くなりすぎると出力が低下ししまう。このため、透明電極１０６は１μｍ以下とすることが好ましい。
また、透明電極１０６は、ｐ型半導体層上１０５上の全面に形成されることが電流拡散の点で好ましい。
透明電極１０６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。さらに、成膜後、１００℃〜３００℃の温度でアニールすることが、透過率やシート抵抗の低減に有効である。

なお、密着性向上のため、メッキ金属板１１０の直下、即ちメッキ金属板１１０と反射層１０８との間にメッキ密着層１０９を形成しても良い。メッキ密着層１０９の材料は、メッキ金属板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１０９は、メッキ金属板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、メッキ金属板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、メッキ金属板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１０９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１０９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。

メッキ金属板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。
メッキ金属板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、メッキ金属板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金属板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。

オーミック接触層１０７及び反射層１０８（金属膜層）、メッキ金属板１１０を、ｐ型半導体層１０５（透明電極１０６）上において部分的に形成する方法としては、いくつかの方法が考えられる。
オーミック接触層１０７及び反射層１０８を部分的に形成する方法としては、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ることができる。

メッキ金属板１１０を部分的に形成する方法としては、以下の２つの方法が主として考えられる。
（１）メッキを施すオーミック接触層１０７及び反射層１０８以外の部分に、絶縁性の保護膜を形成する。メッキは絶縁体上には成長しないので、パターン化されたオーミック接触層１０７及び反射層１０８上にのみ形成される。
（２）メッキ用の厚膜レジスト材料を使用して、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る。

オーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ金属板１１０のパターン形状については、これら各層がｐ型半導体層１０５上において占める部分をできるだけ減らすことと、メッキ金属板１１０が基板としての強度を保つこととの相反する性質のバランスをとった形状とすることが必要である。
オーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ金属板１１０のパターンは、図３及び図４に示すような十字状に形成することが、ｐ型半導体層１０５上において占める部分をできるだけ少なくしながら基板強度を保つ点で好ましい。
しかしながら、オーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ金属板１１０のパターンは、図３及び図４に示すような形状に限るものではなく、透明電極１０６上において格子状、あるいは網目状、クロスライン状、櫛歯状、円環状、角環状、Ｌ字状、Ｙ字状等、いずれの形状であっても良く、上述の基板強度や後述する金属パッド取付性を考慮しながら適宜決定することができる。

また、ボンディング用のワイヤーを着けやすくするために、金属パッドが装着される部分の面積を広く形成することが好ましい。例えば、図４に示すように、素子中心部のメッキ金属板３１０の交差部３２０を、膨出部３１１を有した平面視略円形状として大きく形成することが、金属パッド装着のためには好ましい。

メッキ金属板１１０の形成後、サファイア基板（図２のサファイア基板２０１参照）の剥離を行う。サファイア基板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（図２のバッファ層２０２参照）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］
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、サファイア基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層（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、ｐ型半導体層１０５上に、厚さ３００ｎｍのＩＴＯ（ＳｎＯ_２：１０ｗｔ％）からなる透明電極１０６を、蒸着法で成膜して形成した。そして、酸素雰囲気中において、３００℃の温度で１時間のアニールを行った。
次いで、厚さ１．５ｎｍのＰｔ層からなるオーミック接触層１０７と、厚さ３０ｎｍのＡｇ層からなる反射層１０８を、この順序でスパッタ法により成膜した。さらに、厚さ３０ｎｍのＮｉＰ合金（Ｎｉ：８０ａｔ％、Ｐ：２０ａｔ％）からなるメッキ密着層１０９を、スパッタ法により成膜した。なお、オーミック接触層１０７（Ｐｔ層）、反射層１０８（Ａｇ層）、メッキ密着層１０９（ＮｉＰ合金層）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て、図３に示すような十字状にパターン化した。
この際の、パターン幅Ｗは３０μｍとし、透明電極の面積（３００×３００）＝９００００μｍ^２に対する十字状パターン（面積（３０×３００＋３０×２７０）＝１７１００μｍ^２）の面積比は、１７１００／９００００＝１９％とした。

次いで、透明電極１０６上において、オーミック接触層１０７、反射層１０８、メッキ密着層１０９から構成される金属膜層以外の部分に、ＳｉＯ_２からなるレジスト材料を１００ｎｍ成膜した。このレジスト材料は、公知のフォトリソグラフィー技術、及びリフトオフ技術によってパターン化した。
次いで、ＮｉＰ合金からなるメッキ密着層１０９の膜表面を、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、メッキ密着層１０９上に５０μｍのＮｉＰ合金からなる無電解メッキを形成し、メッキ金属板１１０を得た。この際の処理条件は、ｐＨ４．６、温度９０℃、処理時間を３時間とした。次いで、このメッキ金属板１１０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時間のアニールを行った。

次いで、サファイア基板及びバッファ層を、研磨法により剥離しｎ型半導体層１０３を露出させた。
そして、ｎ型半導体層１０３表面に、厚さ４００ｎｍのＩＴＯ（ＳｎＯ_２：１０ｗｔ％）からなる透明電極を、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、本発明の窒化物系半導体素子を得た。
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ところ、発光出力は２０ｍＷであった。

［比較例１］
ＩＴＯからなる透明電極を成膜せず、オーミック接触層、反射層、メッキ金属板をｐ型半導体層上の全面に成膜した以外は、実施例１と同様にして、従来の窒化物系半導体素子を作製した。
作製し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ところ、発光出力は１８ｍＷであった。

［評価結果］
上述のように、ｐ型半導体層上に、オーミック接触層、反射層、メッキ金属板を部分的に形成した本発明の窒化物系半導体発光素子（実施例１）は、２０ｍＷの発光出力が得られたのに対し、オーミック接触層、反射層、メッキ金属板をｐ型半導体層上の全面に形成した従来の窒化物系半導体発光素子（比較例１）は、発光出力が１８ｍＷであり、約１割の出力差が確認された。
これは、実施例１に示す本発明の窒化物系半導体発光素子が上述の構成により、反射層１０８の面積をｐ型半導体層１０５の面積に対して小さくしているので、反射層１０８を介して反射されて再度、発光層１０４に入射した場合に、発光層１０４において光吸収が起こり、発光効率が低下する問題を解消し、素子裏面からの出力が向上しているためと考えられる。
これにより、本発明の窒化物系半導体発光素子が、光取り出し効率に優れていることが明らかである。

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製造方法を説明する図であり、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分割前の状態を示す平面図である。 本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の分割前の状態を示す平面図である。

符号の説明

１…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…透明電極、１０７、２０７…オーミック接触層、１０８、２０８…反射層、１０９、２０９…メッキ密着層、１１０、２１０…メッキ金属板

Claims (14)

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、メッキ金属板が、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、
   前記金属膜層及び前記メッキ金属板が前記ｐ型半導体層上に部分的に形成され、且つ、前記金属膜層及びメッキ金属板の面積が、前記ｐ型半導体層上面に対する面積比で１０〜９０％の範囲内であるとともに、前記メッキ金属板が支持基板であり、
   さらに、前記ｐ型半導体層と前記金属膜層との間に透明電極が備えられていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
2. 前記金属膜層、及び前記メッキ金属板が前記ｐ型半導体層上に平面視交差状態に形成されてい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. 前記金属膜層がオーミック接触層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
4. 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３に記載の窒化物系半導体発光素子。
5. 前記オーミック接触層の膜厚が０．１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項３又は４に記載の窒化物系半導体発光素子。
6. 前記メッキ金属板の膜厚が１０μｍ〜２００μｍの範囲内であ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. 前記メッキ金属板が、ＮｉＰ合金、Ｃｕ、またはＣｕ合金からな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. 前記金属膜層と前記メッキ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１〜７の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
9. 前記メッキ密着層が、前記メッキ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８に記載の窒化物系半導体発光素子。
10. 前記メッキ密着層が、ＮｉＰ合金、またはＣｕ合金からなることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の窒化物系半導体発光素子。
11. 基板上に少なくともバッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、メッキ金属板を、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、
    前記積層工程は、前記金属膜層及び前記メッキ金属板を、前記ｐ型半導体層上に部分的に形成するとともに、前記金属膜層及びメッキ金属板の面積が、前記ｐ型半導体層上面に対する面積比で１０〜９０％の範囲内となるように形成し、さらに、前記ｐ型半導体層と前記金属膜層との間に透明電極を形成し、
    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窒化物系半導体発光素子の製造方法。
12. 前記積層工程において、前記金属膜層及び前記金属板を、個々に平面視ライン状で交差状態に形成することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
13. 前記基板をレーザによって除去することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
14. 前記メッキ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１１〜１３の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。

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