JP5092419B2 - ＧａＮ系発光ダイオード素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子構造の主要部をＧａＮ系半導体で構成したＧａＮ系発光ダイオード素子に関する。

ＧａＮ系半導体は、化学式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、３族窒化物半導体、窒化物半導体などとも呼ばれる。上記化学式において、３族元素の一部をホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）などで置換したもの、また、窒素（Ｎ）の一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などで置換したものも、ＧａＮ系半導体に含まれる。

図７に、従来のＧａＮ系発光ダイオード素子の断面図を示す。図７に示すＧａＮ系発光ダイオード１００は、基板１０１上に形成されたＧａＮ系半導体層１０２を有している。ＧａＮ系半導体層１０２は、互いに導電型の異なる第１の層１０２−１と第２の層１０２−２とを備えた積層体である。一般的には、第１の層１０２−１がｎ型層、第２の層１０２−２がｐ型層とされる。部分的に露出した第１の層１０２−１の表面上には、該第１の層と電気的に接続する下部電極１０３が形成されている。第２の層１０２−２上の略全面には、第２の層１０２−２とオーミック接触する透光性導電膜１０４が形成されており、該透光性導電膜１０４上の一部に、上部電極として、該透光性導電膜１０４と電気的に接続する金属製のパッド電極１０５が形成されている。透光性導電膜１０４は、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫などからなる導電性酸化物膜、あるいは、透光性を示す程度に薄く形成された金属膜、あるいは、これらの複合体である。透光性導電膜１０４上の、パッド電極１０５が形成された領域を除く領域には、絶縁保護膜１０６が形成されている（特許文献１）。
特開２００５−２４４１２８号公報

しかしながら、図７に示すＧａＮ系発光ダイオード素子１００では、絶縁保護膜１０６のパッド電極１０５に対する密着性が比較的小さいことから、絶縁保護膜１０６がパッド電極１０５の表面を覆った部分にて剥離し易く、信頼性が低下するという問題がある。この問題は、とりわけ、パッド電極１０５を、表面に酸化膜を形成し難い金属（Ａｕ、白金族元素など）で形成した場合や、パッド電極１０５の膜厚を大きくした場合（例えば、１μｍ以上とした場合）などに、顕著となる。

そこで、本発明は、透光性導電膜と、その上に形成されたパッド電極および絶縁保護膜を有する、信頼性の高いＧａＮ系発光ダイオード素子を提供することを、主な目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、次の特徴を有するＧａＮ系発光ダイオード素子を提供する。
（１）ＧａＮ系半導体層と、該ＧａＮ系半導体層上に形成された透光性導電膜と、該透光性導電膜上に形成されたパッド電極および絶縁保護膜と、を有するＧａＮ系発光ダイオード素子であって、前記パッド電極は、前記透光性導電膜に接する第１パッド電極膜と、該第１パッド電極膜上に形成された第２パッド電極膜とを有しており、前記絶縁保護膜は、前記透光性導電膜上から前記第１パッド電極膜上にかけて連続するように形成されているとともに、その一部が、前記第１パッド電極膜と前記第２パッド電極膜との間に挟まれていることを特徴とする、ＧａＮ系発光ダイオード素子。
（２）前記第１パッド電極膜の厚さが前記第２パッド電極膜の厚さよりも小さい、前記（１）に記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（３）前記第１パッド電極膜の厚さが０．５μｍ以下である、前記（１）または（２）に記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（４）前記パッド電極の厚さが１μｍ以上である、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（５）素子を平面視したとき、前記第１パッド電極膜の面積が前記第２パッド電極膜の面積よりも小さい、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（６）前記パッド電極が、前記透光性導電膜に接する透光性の密着層と、その上に形成された反射層とを有する、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（７）前記第１パッド電極膜が、前記絶縁保護膜に接する密着層と、その下に形成された反射層とを有する、前記（１）〜（６）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（８）前記第２パッド電極膜が、前記絶縁保護膜に接する密着層と、その上に形成されたボンディング層とを有する、前記（１）〜（７）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（９）前記第１パッド電極膜の直下において前記透光性導電膜の一部が除去され、該第１パッド電極膜の下面の一部が前記ＧａＮ系半導体層に接している、前記（１）〜（８）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（１０）前記第１パッド電極膜が電流拡散のためのアーム部を有する、前記（１）〜（９）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（１１）前記ＧａＮ系半導体層は、ｎ電極が形成されたｎ型層と、該ｎ型層に積層されたｐ型層とを含んでおり、前記透光性導電膜は該ｐ型層上に、かつ、該ｎ電極と同一面側に形成されており、前記第１パッド電極膜が帯状に形成されている、前記（１）〜（９）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（１２）前記ｎ電極と前記ｎ型層とがオーミック接触する領域が帯状とされており、該帯状の領域と前記帯状の第１パッド電極膜とが略平行である、前記（１１）に記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（１３）前記透光性導電膜が導電性酸化物膜を含む、前記（１）〜（１２）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
（１４）前記透光性導電膜がＩＴＯ膜を含む、前記（１３）に記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。

本発明の好適な実施形態にかかるＧａＮ系発光ダイオード素子は、透光性導電膜上に形成されたパッド電極が、該透光性導電膜に接する第１パッド電極膜と、該第１パッド電極膜上に形成された第２パッド電極膜とを有しており、前記導電性酸化物膜上から前記第１パッド電極膜上にかけて連続するように形成された絶縁保護膜の一部が、前記第１パッド電極膜と前記第２パッド電極膜との間に挟まれていることから、絶縁保護膜の剥離が発生し難い、信頼性の高いものとなる。

図１は、本発明の一実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子（以下「ＧａＮ系ＬＥＤ」ともいう。）の断面図である。図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ１０は、基板１１上に形成されたＧａＮ系半導体層１２を有している。ＧａＮ系半導体層１２は、互いに導電型の異なる第１の層１２−１と第２の層１２−２とを備えた積層体である。好ましくは、第１の層１２−１をｎ型層とし、第２の層１２−２をｐ型層とする。発光効率を高くするには、これらの層の接合部に活性層を設けて、ダブルヘテロ構造が構成されるようにする。好ましくは、該活性層の構造を、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造とする。部分的に露出した第１の層１２−１の表面上には、下部電極１３が形成されている。ＧａＮ系半導体層１２上には、透光性導電膜１４が形成されており、透光性導電膜１４上には、上部電極であるパッド電極１５と、絶縁保護膜１６とが形成されている。パッド電極１５は、透光性導電膜１４に接する第１パッド電極膜１５−１と、該第１パッド電極膜上に形成された、第２パッド電極膜１５−２とを有している。絶縁保護膜１６は、透光性導電膜１４上から第１パッド電極膜１５−１上にかけて連続するように形成されており、その一部は、第１パッド電極膜１５−１と第２パッド電極膜１５−２との間に挟まれている。

透光性導電膜１４は、ＧａＮ系半導体からなる第２の層１２−２とオーミック接触し、かつ、当該ＧａＮ系ＬＥＤ１０の主発光波長において透光性を有する導電膜である。好適な実施形態では、透光性導電膜１４は導電性酸化物膜とされる。特に好ましい導電性酸化物は、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）および亜鉛（Ｚｎ）から選ばれる少なくともひとつの元素を含む。具体的には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などである。透光性導電膜１４を導電性酸化物膜とする場合の、その形成方法に限定はなく、従来公知の方法を任意に使用することができる。具体的には、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法などが例示される。透光性導電膜１４を導電性酸化物膜とする場合には、特許文献１などを参考にして、これを多層膜構造としてもよく、その場合、層毎に異なる方法で形成してもよい。透光性導電膜１４は、また、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）などの金属からなる薄膜であってもよいし、導電性酸化物膜と金属薄膜との積層体であってもよい。。

パッド電極１５を構成する第１パッド電極膜１５−１および第２パッド電極膜１５−２の材料は、特に限定されるものではなく、通常、電極として用いられる金属を使用することができる。具体的には、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）などの単体、または、これらから選ばれるひとつ以上を含む合金が挙げられる。第１パッド電極膜１５−１および第２パッド電極膜１５−２のそれぞれは、単層膜であってもよいし、多層膜であってもよい。第１パッド電極膜１５−１および第２パッド電極膜１５−２の形成は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなど、金属膜の形成方法として周知の方法を用いて行うことができる。

好ましくは、第１パッド電極１５−１の少なくとも透光性導電膜１４と接する部分を、透光性導電膜１４との密着性が良好となる金属で形成するとともに、第２パッド電極１５−２の少なくとも表面部分を、ボンディング材料との接合に適した金属で形成する。具体的には、第１パッド電極１５−１の透光性導電膜１４と接する部分は、Ｔｉ、ＷまたはＮｉの単体もしくは合金で形成することが好ましく、特に好ましい実施形態では、該部分をＴｉとＷからなる２元合金で形成する。また、第２パッド電極１５−２の少なくとも表面部分は、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）または白金族元素（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ）から選ばれる金属の単体、または、該金属を主成分とする合金で形成する。

絶縁保護膜１６の材料は特に限定されるものではなく、通常、絶縁保護膜として用いられる無機絶縁体を使用することができる。具体的には、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム(Ｍｇ)、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などの金属の、酸化物、窒化物または酸窒化物が例示される。絶縁保護膜１６は多層膜としてもよい。絶縁保護膜１６の形成は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、スピンコーティングなど、無機絶縁膜の形成方法として周知の方法を適宜用いて行うことができる。

第１パッド電極膜１５−１と第２パッド電極膜１５−２の膜厚は特に限定されないが、絶縁保護膜１７の剥離防止のためには、絶縁保護膜と金属製のパッド電極との接触面積を小さくした方がよいと考えられることから、第１パッド電極膜１５−１の厚さを第２パッド電極膜１５−２の厚さよりも小さくすることが好ましい。また、第１パッド電極膜１５−１の膜厚は、例えば、０．００１μｍ〜５μｍとすることができるが、好ましくは０．５μｍ以下であり、より好ましくは０．３μｍ以下であり、更に好ましくは０．１μｍ以下である。第２パッド電極膜１５−２の膜厚は、例えば、０．１μｍ〜２０μｍとすることができる。ボンディング時に透光性導電膜１４やその下のＧａＮ系半導体層１２が受ける機械的または熱的なダメージを緩和するには、第１パッド電極膜１５−１の厚さと第２パッド電極膜１５−２の厚さの合計を、１μｍ以上とすることが好ましく、２μｍ以上とすることがより好ましい。好ましい構成例では、第１パッド電極膜１５−１の厚さを０．５μｍ以下とし、第２パッド電極膜１５−２の厚さを１μｍ以上とする。

素子を平面視したときの、第１パッド電極膜１５−１と第２パッド電極膜１５−２の形状およびサイズは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２パッド電極膜１５−２の形状およびサイズは、ボンディングが可能となるように設定する必要がある。ワイヤボンディング用とする場合、第２パッド電極膜１５−２は、円形、正方形またはこれらに類した形状とし、直径６０μｍの円を包含するサイズとすることが望ましい。一方、第１パッド電極膜１５−１のサイズは、該第１パッド電極膜と透光性導電膜１４との接触抵抗がＬＥＤの駆動電圧に実質的な影響を与えない範囲で、できるだけ小さくすることが好ましい。そのようにすることで、ＧａＮ系半導体層１２の内部で発生する光を第１パッド電極膜１５−１が吸収することによる損失を抑えることができる。従って、好適な実施形態においては、素子を平面視したときの、第１パッド電極膜１５−１の面積を、第２パッド電極膜１５−２の面積よりも小さくする。

図７に示す従来のＧａＮ系ＬＥＤ１００と比較した場合、ＧａＮ系ＬＥＤ１０の第２パッド電極膜１５−２は、ＧａＮ系ＬＥＤ１００のパッド電極１０５よりも、サイズを小さくできるという利点がある。ＧａＮ系ＬＥＤ１００では、パッド電極１０５の上面の一部（縁部）を覆うように絶縁保護膜１０６を形成することから、ボンディングに使用できるパッド電極上面の領域が狭くなるので、その分だけ、パッド電極１０５を大きく形成する必要がある。これに対して、ＧａＮ系ＬＥＤ１０では、第２パッド電極膜１５−２の上面全体をボンディングに使用できることから、そのサイズを必要最小限に抑えることが可能となる。そのため、ＧａＮ系ＬＥＤ１０では、ＧａＮ系ＬＥＤ１００に比べて、パッド電極の光吸収による損失を低減することが可能となる。

好適な実施形態では、第１パッド電極膜１５−１の、透光性導電膜１４と接する部分に、透光性導電膜１４との密着性が良好な金属からなる透光性の密着層（以下「第１密着層」という。）を設けるとともに、その上に、第１密着層よりも良好な光反射性を有する反射層を形成してもよい。この反射層は、第１パッド電極膜１５−１に含まれてもよいし、第２パッド電極膜１５−２に含まれてもよい。かかる構成とすることによって、パッド電極１５を透光性導電膜１４から剥離し難くすると同時に、パッド電極１５の光吸収による損失を低減することができる。第１密着層の好ましい材料としては、Ｔｉ、ＷまたはＮｉの単体、または、このうちのひとつ以上の金属を含む合金が挙げられる。ＴｉとＷからなる２元合金は、第１密着層の特に好適な材料である。第１密着層を透光性とするには、その膜厚を十分に薄くすればよく、好ましくは０．０１μｍ以下、より好ましくは０．００５μｍ以下とする。第１密着層には、微小な開口部を多数形成することによって、透光性を与えることもできる。反射層の好適な材料としては、Ａｇ、Ａｌ、白金族元素から選ばれる金属の単体、または、該金属を主成分とする合金が例示される。

好適な実施形態では、第１パッド電極膜１５−１の、絶縁保護膜１６と接する部分に、絶縁保護膜１６との密着性が良好な金属からなる密着層（以下「第２密着層」という。）を設けるとともに、その下側（ＧａＮ系半導体層１２側）に、この第２密着層よりも良好な光反射性を有する反射層を設けてもよい。第２密着層の好ましい材料は、前述の第１密着層の好ましい材料と同じである。

好適な実施形態では、第２パッド電極膜１５−２の、絶縁保護膜１６と接する部分に、絶縁保護膜１６との密着性が良好な金属からなる密着層（以下「第３密着層」という。）を設けるとともに、その上に、表面層として、該第３密着層よりもボンディング材料との接合に適したボンディング層を設けてもよい。ボンディング層は、例えば、Ａｕ層またはＡｌ層である。Ａｕ層やＡｌ層には、Ａｕワイヤが強固に接合される。また、Ａｕ層には、Ａｕを主要成分として含む共晶ハンダが強固に接合される。ボンディング層は、Ｓｎ層やＳｎ合金層であってもよい。Ｓｎ層やＳｎ合金層には、Ｓｎを主要成分として含む共晶ハンダが強固に接合される。ボンディング層は、白金族元素からなる層であってもよい。白金族元素からなる層の表面には酸化膜が形成され難いので、ハンダが強固に接合される。第３密着層の好ましい材料は、前述の第１密着層の好ましい材料と同じである。

本発明のＧａＮ系ＬＥＤは、第１パッド電極膜の直下において透光性導電膜の一部を除去し、第１パッド電極膜の下面の一部がＧａＮ系半導体層に接するように構成したものであってもよい。図２はそのように構成したＧａＮ系ＬＥＤの一例を示す断面図であり、この図に示すＧａＮ系ＬＥＤ２０では、パッド電極２５を構成する第１パッド電極膜２５−１の直下において、透光性導電膜２４が部分的に除去されており、その透光性導電膜２４が除去された部分では、第１パッド電極膜２５−１の下面が、ＧａＮ系半導体層２２の第２の層２２−２に接している。ＧａＮ系ＬＥＤ２０において、第１パッド電極膜２５−１と第２の層２２−２との接触抵抗が、透光性導電膜２４と第２の層２２−２との接触抵抗よりも高くなるように、第１パッド電極膜２５−１の材料を選択すると、ＬＥＤの発光効率を改善することができる。そのようにすると、第１パッド電極膜２５−１から第２の層２２−２に直接電流が供給されないために、第１パッド電極膜２５−１の直下での発光が抑制されるが、第１パッド電極膜２５−１の直下での発光の多くの部分は、第１パッド電極膜２５−１に吸収されて損失となることから、この発光を抑制した方が、損失を低減できるからである。同様の効果は、第１パッド電極膜２５−１と第２の層２２−２との間に絶縁体を介在させることによっても得ることができる。

本発明のＧａＮ系ＬＥＤは、第１パッド電極膜が電流拡散のためのアーム部を有していてもよい。そのように構成したＧａＮ系ＬＥＤの構造例を図３に示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。この図に示すＧａＮ系ＬＥＤ３０は、基板３１上に形成されたＧａＮ系半導体層３２を有している。ＧａＮ系半導体層３２は、互いに導電型の異なる第１の層３２−１と第２の層３２−２とを備えた積層体である。第１の層３２−１と第２の層３２−２は、いずれ一方の層がｎ型層であり、他方の層がｐ型層であればよい。基板３１は導電性を有しており、その裏面上に下部電極３３が形成されている。ＧａＮ系半導体層３２上には、透光性導電膜３４が形成されており、透光性導電膜３４上には、上部電極であるパッド電極３５と、絶縁保護膜３６とが形成されている。ただし、図３（ａ）では絶縁保護膜３６の図示を省略している。パッド電極３５は、透光性導電膜３４に接する第１パッド電極膜３５−１と、該第１パッド電極膜上に形成された、第２パッド電極膜３５−２とを有している。絶縁保護膜３６は、透光性導電膜３４上から第１パッド電極膜３５−１上にかけて連続するように形成されており、その一部は、第１パッド電極膜３５−１と第２パッド電極膜３５−２との間に挟まれている。図３（ａ）に示すように、第１パッド電極膜３５−１は、第２パッド電極３５−２の下になった部分から伸びるアーム部３５−１ａを４つ有している（破線は、第２パッド電極膜３５−２の下に隠れた第１パッド電極膜３５−１の輪郭線を示している）。このアーム部３５−１ａによって、パッド電極３５に供給される電流がＬＥＤの面方向（ＧａＮ系半導体層３２の層方向）に広げられるので、ＧａＮ系半導体層３２内で均一な発光が生じる。

第１パッド電極膜に設けるアーム部は、電流拡散を促進し得るものであればよく、その形状は特に限定されない。このアーム部は、曲線状であってもよいし、分岐を有するものであってもよい。第２パッド電極膜の下になった部分から、複数のアーム部が伸びている場合、途中で結合したり、あるいは、交差しているアーム部があってもよい。また、ＧａＮ系ＬＥＤ３０では、４本のアーム部３５−１ａが第２パッド電極膜３５−２の下で結合し、一体となっているが、かかる構成は必須ではない。言い換えれば、第１パッド電極膜は、離間した複数の金属膜の集合体であってもよい。

本発明のＧａＮ系ＬＥＤは、ＧａＮ系半導体層が、ｎ電極が形成されたｎ型層と、該ｎ型層に積層されたｐ型層とを含んでおり、透光性導電膜がｐ型層上に、かつ、ｎ電極と同一面側に形成されており、第１パッド電極膜が帯状に形成されたものであってもよい。そのように構成したＧａＮ系ＬＥＤの構造例を図４に示す。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。この図に示すＧａＮ系ＬＥＤ４０は、基板４１上に形成されたＧａＮ系半導体層４２を有している。ＧａＮ系半導体層４２は、ｎ型層である第１の層４２−１と、ｐ型層である第２の層４２−２とを備えた積層体である。部分的に露出した第１の層４２−１の表面上には、ｎ電極である下部電極４３が形成されている。第２の層４２−２上には透光性導電膜４４が形成されており、透光性導電膜４４上には、上部電極であるパッド電極４５と、絶縁保護膜４６とが形成されている。ただし、図４（ａ）では絶縁保護膜４６の図示を省略している。パッド電極４５は、透光性導電膜４４に接する第１パッド電極膜４５−１と、該第１パッド電極膜上に形成された、第２パッド電極膜４５−２とを有している。絶縁保護膜４６は、透光性導電膜４４上から第１パッド電極膜４５−１上にかけて連続するように形成されており、その一部は、第１パッド電極膜４５−１と第２パッド電極膜４５−２との間に挟まれている。図４（ａ）に示すように、第１パッド電極膜４５−１は帯状（曲がった帯状）に形成されている（破線は、第２パッド電極膜４５−２の下に隠れた第１パッド電極膜４５−１の輪郭線を示している）。それによって、パッド電極４５に供給される電流が、第１パッド電極膜４５−１の伸長方向に広げられるので、ＧａＮ系半導体層４２内で均一な発光が生じる。また、ＧａＮ系ＬＥＤ４０では、帯状の第１パッド電極膜４５−１の長手方向のいずれの位置においても、下部電極４３との間隔が略等しくされているので、下部電極４３とパッド電極４５との間を流れる電流が特定の経路に集中する問題が抑制されている。

好適な実施形態においては、更に、ｎ電極とｎ型層とがオーミック接触する領域が帯状となるように、かつ、該帯状の領域と、帯状の第１パッド電極膜とが略平行となるように構成してもよい。そのように構成したＧａＮ系ＬＥＤの構造例を図５に示す。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。この図に示すＧａＮ系ＬＥＤ５０は、基板５１上に形成されたＧａＮ系半導体層５２を有している。ＧａＮ系半導体層５２は、ｎ型層である第１の層５２−１と、ｐ型層である第２の層５２−２とを備えた積層体である。部分的に露出した第１の層５２−１の表面上には、ｎ電極である下部電極５３が形成されている。下部電極５３は、第１の層５２−１に接する第１下部電極膜５３−１と、その上に形成された第２下部電極膜５３−２とを有している。第１下部電極膜５３−１は、第１の層５２−１とオーミック接触している。第２の層５２−２上には透光性導電膜５４が形成されており、透光性導電膜５４上には、上部電極であるパッド電極５５と、絶縁保護膜５６とが形成されている。ただし、図５（ａ）では絶縁保護膜５６の図示を省略している。パッド電極５５は、透光性導電膜５４に接する第１パッド電極膜５５−１と、該第１パッド電極膜上に形成された、第２パッド電極膜５５−２とを有している。絶縁保護膜５６は、透光性導電膜５４上から第１パッド電極膜５５−１上にかけて連続するように形成されており、その一部は、第１パッド電極膜５５−１と第２パッド電極膜５５−２との間に挟まれている。図５（ａ）に示すように、第１下部電極５３−１は帯状（直線的な帯状）に形成されており（破線は、第２下部電極膜５３−２の下に隠れた第１下部電極膜５３−１の輪郭線を示している）、また、第１パッド電極膜５５−１も帯状（直線的な帯状）に形成されている（破線は、第２パッド電極膜５５−２の下に隠れた第１パッド電極膜５５−１の輪郭線を示している）。下部電極５３に供給される電流が、第１下部電極膜５３−１の伸長方向に広げられ、また、パッド電極５４に供給される電流が第１パッド電極膜５５−１の伸長方向に広げられるので、ＧａＮ系半導体層５２内で均一な発光が生じる。また、ＧａＮ系ＬＥＤ５０では、帯状の第１下部電極膜５３−１および第１パッド電極膜５５−１が略平行であるために、下部電極５３とパッド電極５５との間を流れる電流が特定の経路に集中する問題が抑制されている。

図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ１０を製造するにあたり、基板１１上にＧａＮ系半導体層１２を形成する方法としては、基板１１上にＭＯＶＰＥ法などの気相成長法によってＧａＮ系半導体結晶を成長させて、ＧａＮ系半導体層１２を形成する方法が挙げられる。この方法を用いる場合の基板１１としては、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＺｒＢ_２、ＴｉＢ_２などからなる結晶基板が好適に例示される。他の方法として、基板１１とは異なる結晶基板上にＧａＮ系半導体層１２をＭＯＶＰＥ法などの方法により形成したうえで、ウェハボンディングの技術により、このＧａＮ系半導体層１２を基板１１に接合させる方法が挙げられる。その場合、ウェハ同士を直接接合する方法と、接着剤を用いて接合する方法の、いずれを用いることもできる。接合後、ＧａＮ系半導体層１２の形成に用いた結晶基板を、レーザリフトオフ、研磨、エッチングなどの方法により除去する。更に他の方法では、基板１１を、ＧａＮ系半導体層１２上に電解メッキまたは無電解メッキにより堆積する。この方法は、基板１１を金属材料で形成する場合に適用が可能である。

実施例として作製したＧａＮ系ＬＥＤの断面図を図６に示す。ＧａＮ系ＬＥＤ６０は、サファイア基板６１の上に、ＧａＮバッファ層（図示せず）、不純物無添加のＧａＮ層６２ａ、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層６２ｂ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸からなる活性層６２ｃ、ＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層６２ｄ、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層６２ｅを、この順に積層した構成を有している。部分的に露出したｎ型コンタクト層６２ａの表面には、第１下部電極膜６３−１と第２下部電極膜６３−２とからなる下部電極６３が形成されている。ｐ型コンタクト層６２ｅ上には、その略全面を覆うように、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透光性導電膜６４が形成されている。透光性導電膜６４上の一部には、パッド電極６５と、酸化ケイ素からなる絶縁保護膜６６が形成されている。パッド電極６５は、第１パッド電極膜６５−１と、第２パッド電極膜６５−２とから構成されている。絶縁保護膜６６は、透光性導電膜６４上から第１パッド電極膜６５−１上にかけて連続するように形成されており、その一部は、第１パッド電極膜６５−１と第２パッド電極膜６５−２との間に挟まれている。絶縁保護膜６６は、活性層６２ｃの端面やｎ型コンタクト層６２ｂの露出面も覆うように形成されており、その一部は第１下部電極膜６３−１上に達していて、第１下部電極膜６３−１と第２下部電極膜６３−２との間に挟まれている。

ＧａＮ系ＬＥＤ６０を次のようにして作製した。
（ＧａＮ系半導体層の形成）
直径２インチ、厚さ４００μｍのＣ面サファイア基板６１を準備し、その表面上に、通常のＭＯＶＰＥ法を用いて、ＧａＮ低温バッファ層を２０ｎｍ、ＧａＮ層６２ａを１．５μｍ、ｎ型コンタクト層６２ｂを２μｍ、活性層６２ｃを７２ｎｍ（障壁層１０ｎｍ＋井戸層３ｎｍ＋障壁層１０ｎｍ＋井戸層３ｎｍ＋障壁層１０ｎｍ＋井戸層３ｎｍ＋障壁層１０ｎｍ＋井戸層３ｎｍ＋障壁層２０ｎｍ）、ｐ型クラッド層６２ｄを５０ｎｍ、ｐ型コンタクト層６２ｅを１００ｎｍの膜厚で、この順に成長させて積層し、ウェハを作製した。得られたウェハを、窒素雰囲気中、７００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層６２ｄおよびｐ型コンタクト層６２ｅを低抵抗化した。

（透光性導電膜の形成）
電子ビーム蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層６２ｅ上に透光性導電膜６４とするためのＩＴＯ膜を４００ｎｍの膜厚で形成した。形成後、エッチングにより不要部分を除去することにより、このＩＴＯ膜を所定形状にパターニングした。

（電極の形成）
透光性導電膜６４を形成したウェハの表面に所定形状のマスクを形成し、マスクの上からエッチングを行って、ｎ型コンタクト層６２ｂの一部を露出させた。次に、露出したｎ型コンタクト層６２ｂの表面上および透光性導電膜６４上に、厚さ１００ｎｍのＴｉＷ層と厚さ１００ｎｍのＡｕ層と厚さ３０ｎｍのＴｉ層をこの順に形成して積層し、第１下部電極膜６３−１と第１パッド電極膜６５−１とを同時に形成した。これらの電極膜は、リフトオフ法によって、直径９０μｍの円形に成形した。ＴｉＷ層の成膜に用いた方法はＲＦスパッタ法で、ターゲットには三菱マテリアル株式会社製のＴｉ−Ｗターゲット（品名：Ｗ−１０ｗｔ％Ｔｉターゲット）を用い、スパッタガスにはアルゴン（Ａｒ）を用いた。Ａｕ層とＴｉ層の形成は電子ビーム蒸着法により行ったが、スパッタリング法を用いることも可能である。次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ系半導体層６２を形成した側のウェハ表面全体を覆うように、酸化ケイ素からなる膜厚２００ｎｍの絶縁保護膜６６を形成した。次に、絶縁保護膜６６上に所定形状のマスクを形成したうえで、テトラフルオロメタン（ＣＦ_４）をエッチングガスに用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行って絶縁保護膜６６の一部を除去し、第１下部電極膜６３−１上および第１パッド電極膜６５−１上に直径７０μｍの円形の開口部を形成した。このＲＩＥ工程では、これらの電極膜の最上層として形成したＴｉ層をも除去し、Ｔｉ層の下に形成したＡｕ層を上記円形の開口部に露出させた。次に、第１下部電極膜６３−１上および第１パッド電極膜６５−１上に、Ａｕ層とで絶縁保護膜６６の一部を挟むようにして、膜厚３０ｎｍのＴｉ層と膜厚１．５μｍのＡｕ層をこの順に形成して積層し、第２下部電極膜６３−２と第２パッド電極膜６５−２とを形成した。Ｔｉ層とＡｕ層の形成には電子ビーム蒸着法を用いたが、スパッタリング法を用いることも可能である。

（ウェハの分割）
電極形成の後、サファイア基板６１の裏面を研削および研磨して、その厚さを８０μｍまで落としたうえ、通常のスクライビング法を用いてウェハを分割し、３５０μｍ角のチップ状のＧａＮ系ＬＥＤ６０を得た。

本発明は、上記実施例や、その他本明細書に明示的に示した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

（その他の発明の開示）
本発明者等は、ＩＴＯ膜に接するＴｉＷ層を有するパッド電極が、ＩＴＯ膜に対して極めて良好な密着性を示すことを見い出したことから、更に、次の発明を開示する。
（１ａ）導電性酸化物膜と、該導電性酸化物膜上に形成されたパッド電極とを備える半導体素子において、該パッド電極が該導電性酸化物膜に接するＴｉＷ層を有することを特徴とする、半導体素子。
（２ａ）前記ＴｉＷ層の厚さが０．００１μｍ〜１μｍである、前記（１ａ）に記載の半導体素子。
（３ａ）前記ＴｉＷ層が、Ｗ−Ｔｉターゲットを用いたスパッタリング法により形成されたものである、前記（１ａ）または（２ａ）に記載の半導体素子。
（４ａ）前記Ｗ−ＴｉターゲットのＴｉ含有量が９０ｗｔ％である、前記（３ａ）に記載の半導体素子。
（５ａ）前記パッド電極が前記ＴｉＷ層上に積層された金属層を有する前記（１ａ）〜（４ａ）のいずれかに記載の半導体素子。
（６ａ）前記パッド電極が、前記ＴｉＷ層上に表面層として積層された、Ａｕ層、Ａｌ層、Ｓｎ層、Ｓｎ合金層または白金族元素層を有する、前記（５ａ）に記載の半導体素子。
（７ａ）発光素子である、前記（１ａ）〜（６ａ）のいずれかに記載の半導体素子。
（８ａ）前記ＴｉＷ層が透光性を示す厚さに形成されるとともに、前記パッド電極が、該ＴｉＷ層上に形成された、該ＴｉＷ層よりも光反射性に優れた金属層を有する、前記（７ａ）に記載の半導体素子。
（９ａ）前記光反射性に優れた金属層が、Ａｇ、Ａｌまたは白金族元素から選ばれる金属、または、該金属を主成分とする合金で形成されている、前記（８ａ）に記載の半導体素子。
（１０ａ）前記導電性酸化物膜が非晶質である、前記（７ａ）〜（９ａ）のいずれかに記載の半導体素子。
（１１ａ）前記導電性酸化物膜が多結晶質であるとともに、研磨により平坦化された表面を有しており、前記パッド電極が該平坦化された表面上に形成されている、前記（７ａ）〜（１０ａ）のいずれかに記載の半導体素子。
（１２ａ）前記導電性酸化物膜がＩＴＯ膜である、前記（１ａ）〜（１１ａ）のいずれかに記載の半導体素子。
（１３ａ）前記導電性酸化物膜がＧａＮ系半導体層上に形成されている、前記（１ａ）〜（１２ａ）のいずれかに記載の半導体素子。
（１４ａ）前記ＧａＮ系半導体層は、オーミック電極が形成されたｎ型層と、該ｎ型層に積層されたｐ型層とを含んでおり、前記導電性酸化物膜が該ｐ型層上に、かつ、該オーミック電極と同一面側に形成されており、該オーミック電極と前記パッド電極の断面構造が同一である、前記（１３ａ）に記載の半導体素子。
なお、上記（１ａ）〜（１４ａ）の発明にいうＴｉＷ層とは、実質的にチタン（Ｔｉ）とタングステン（Ｗ）のみからなる合金（ただし、発明の効果に影響しない限度で不純物を含有するものを含む）で形成された層をいう。

本発明の一実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の断面図である。 本発明の一実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の断面図である。 本発明の一実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の構造図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 本発明の一実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の構造図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 本発明の一実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の構造図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 本発明の一実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオード素子の断面図である。 従来のＧａＮ系発光ダイオード素子の断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０、６０ ＧａＮ系発光ダイオード素子
１１、２１、３１、４１、５１、６１ 基板
１２、２２、３２、４２、５２、６２ ＧａＮ系半導体層
１３、２３、３３、４３、５３、６３ 下部電極
１４、２４、３４、４４、５４、６４ 透光性導電膜
１５、２５、３５、４５、５５、６５ パッド電極
１６、２６、３６、４６、５６、６６ 絶縁保護膜

Claims (11)

1. ＧａＮ系半導体層と、該ＧａＮ系半導体層上に形成された透光性導電膜と、該透光性導電膜上に形成されたパッド電極および絶縁保護膜と、を有するＧａＮ系発光ダイオード素子であって、
   前記ＧａＮ系半導体層は、ｎ電極が形成されたｎ型層と、該ｎ型層に積層されたｐ型層とを含んでおり、
   前記透光性導電膜は該ｐ型層上に、かつ、該ｎ電極と同一面側に形成されており、
   前記パッド電極は、前記透光性導電膜に接する第１パッド電極膜と、該第１パッド電極膜上に形成された第２パッド電極膜とを有しており、
   前記第１パッド電極膜は帯状に形成されており、
   前記絶縁保護膜は、前記透光性導電膜上から前記第１パッド電極膜上にかけて連続するように形成されているとともに、その一部が、前記第１パッド電極膜と前記第２パッド電極膜との間に挟まれており、
   前記第２パッド電極膜と前記透光性導電膜とは前記絶縁保護膜によって接触を妨げられており、
   前記ｎ電極と前記ｎ型層とがオーミック接触する領域は前記絶縁保護膜によって帯状に制限されており、該帯状に制限された領域と前記帯状の第１パッド電極膜とが略平行であることを特徴とする、ＧａＮ系発光ダイオード素子。
2. 前記第１パッド電極膜の厚さが前記第２パッド電極膜の厚さよりも小さい、請求項１に記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
3. 前記第１パッド電極膜の厚さが０．５μｍ以下である、請求項１または２に記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
4. 前記パッド電極の厚さが１μｍ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
5. 素子を平面視したとき、前記第１パッド電極膜の面積が前記第２パッド電極膜の面積よりも小さい、請求項１〜４のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
6. 前記パッド電極が、前記透光性導電膜に接する透光性の密着層と、その上に形成された反射層とを有する、請求項１〜５のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
7. 前記第１パッド電極膜が、前記絶縁保護膜に接する密着層と、その下に形成された反射層とを有する、請求項１〜６のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
8. 前記第２パッド電極膜が、前記絶縁保護膜に接する密着層と、その上に形成されたボンディング層とを有する、請求項１〜７のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
9. 前記第１パッド電極膜の直下において前記透光性導電膜の一部が除去され、該第１パッド電極膜の下面の一部が前記ＧａＮ系半導体層に接している、請求項１〜８のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
10. 前記透光性導電膜が導電性酸化物膜を含む、請求項１〜９のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。
11. 前記透光性導電膜がＩＴＯ膜を含む、請求項１０に記載のＧａＮ系発光ダイオード素子。

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