JP5347219B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子に関し、特に、半導体発光素子の表面に形成する電極構造に関する。

窒化物半導体発光素子では、ｐ型半導体層のシート抵抗が大きいために、ｐ側電極とｎ側電極との距離が比較的短い範囲に電流が偏って流れる傾向が強く現れる。そのため、電流が流れる領域のみが発光し、それ以外の領域が発光しない不均一な発光パターンとなっていた。このような不均一発光を抑制するために、ｐ型半導体層の表面に、透光性の電流拡散層を形成して、ｐ側電極とｎ側電極との離間距離が長い領域にも電流を流れやすくした半導体発光素子が知られている（例えば特許文献１〜５参照）。電流拡散層には、導電性酸化膜や、極めて薄い金属膜が利用されていた。

半導体発光素子が大面積になると、電流拡散層のみでは十分な電流拡散が行えない。そこで、電流拡散をさらに補強するために、透光性の電流拡散層の上に、透光性のない又は透光性の低い電流拡散用配線を形成することが知られている（例えば特許文献６〜８参照）。
特開２００５−３４０７９７号公報 特開２００６−０１３４７４号公報 特開２００６−０１３４７５号公報 特開２００６−０７４０１９号公報 特開２００４−１７９３４７号公報 特開２００５−３１７９３１号公報 特開２００６−０２４９１３号公報 特開２００４−０５６１０９号公報

上記の電流拡散用の配線によって広く電流を拡散して、広い範囲で発光するようになったとしても、その配線が発光を遮ってしまう。発光素子からの光取出し効率を高めるには、配線の幅を狭くして、遮光面積を減らすことが有効であるが、その反面、配線の抵抗が高くなって電流拡散の機能が低下して、活性層に流れる電流が減少し、結果として発光量が低下する問題が生じる。
発光素子からの発光強度を高めるには、活性層での発光量を維持しつつ、光取出し効率を向上しなくてはならない。

そこで、本発明は、発光強度を高めることのできる電流拡散用配線を有する発光素子を提供することを目的とする。

本発明は、基板上に第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを順次積層した半導体積層体と、前記半導体層の一部を切除して前記半導体層の上面側に前記第１導電型半導体層を露出させた露出部と、前記露出部の第１導電型半導体層と電気的に接続した第１電極と、前記第２導電型半導体層と電気的に接続した第２電極と、を備える半導体発光素子であって、前記露出部の上面側又は前記第２導電型半導体の上面側のいずれか一方に、銅よりも反射率の高い金属材料から成る反射層と、銅から成る低抵抗層と、銅よりも耐酸化性に優れた金属材料から成る保護層と、の少なくとも３層を積層して成る第１電流拡散用配線が形成されており、前記第１電流拡散用配線は、前記第１電極又は前記第２電極のいずれか一方と電気的に接続されており、前記低抵抗層の側面は、前記保護層によって被覆されていることを特徴とする。

本発明によれば、電流拡散用配線が銅から成る低抵抗層を含むので、電流拡散用配線のシート抵抗を効果的に下げることができる。よって、電気抵抗の増加を抑えつつ、電流拡散用配線の幅を従来よりも狭くすることができる。また、本発明では、低抵抗層の側面を保護層で覆うことにより、低抵抗層の銅が酸化やマイグレーションを起こさず、これにより、導電率の高い銅の電気的特性を生かしつつ、酸化やマイグレーションの問題を起こさずに使用することを可能にした。

本発明の電流拡散用配線を有する発光素子は、活性層での発光量を維持しつつ、光取出し効率を向上できるので、発光素子からの発光強度を高めることができる。

＜実施の形態１＞
図１及び図２に示す半導体発光素子１０では、基板１２上に、任意にバッファ層等の１層又は複数層（図示せず）を介して、ｎ型半導体層１４、活性層１６及びｐ型半導体層１８をこの順に積層した半導体積層体１３が形成されている。半導体積層体１３は、部分的に除去されて、そこからｎ型半導体層１４が露出している。このような露出部２８は、任意の位置に任意の数で形成することができるが、図１の例では、発光素子１０の縁部から離れた内側の位置に、２つの露出部２８が形成されている。

本実施の形態の発光素子１０は、ｐ型半導体層１８の主面のほぼ全面にわたって透光性電極２４が形成されている。透光性電極２４の上には、ｐ側電極３２と、ｐ側の電流拡散用配線２６（以下ｐ側配線２６と称する）とが形成されている。本実施の形態では、ｐ側配線２６が、発光素子１０の３つの縁部に沿って３本と、発光素子１０の中心線を通る１本との、合計４本が形成されている。全てのｐ側配線２６は電気的に接続しており、一箇所に通電すれば、全体に電流が流れるようになっている。このように、発光素子１０の縁部のみならず、発光素子の内部に延設されたｐ側配線２６を備える形態は、寸法の大きい（例えば１辺６００〜１０００μｍの）発光素子１０に適した構成である。
本実施の形態では、ｐ型半導体層１８とｐ側配線２６との間に、電流拡散を補助する透光性電極２４を備えることにより、ｐ側配線のみを備えた発光素子に比べて電流拡散性を高めることができる。なお、透光性電極２４とｐ側配線２６との密着性が低い場合には、接着層を介在させて密着性を高めることができる。

ｐ側配線２６は、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、３層の金属膜の積層体から構成されている。透光性電極２４の上側に、反射率の高い金属材料から成る反射層３４と、電気抵抗の小さい銅から成る低抵抗層３６と、耐酸化性に優れた金属材料から成る保護層３８とが順に積層されている。

反射層３４は、活性層１６からの発光がｐ側配線２６によって遮られるときに、その光を吸収せずに半導体層に反射することにより、発光素子１０の光取出し効率を向上させるために形成される。この反射層を形成する材料の反射率は、少なくとも銅よりも高いことが要求される。また、反射層３４は、透光性電極２４の上面に直接形成されるので、透光性電極２４との密着性が良好な材料から形成するのが好ましい。さらに、反射層３４の上側に積層される低抵抗層３６が銅薄膜であることから、銅との密着性も考慮して材料を選択すると、より好ましい。透光性電極と密着性の良い材料としては、Ｔｉ、Ｒｈが挙げられ、また銅との密着性の良い材料としてはＴａ、ＴｉＮ、Ｔｉが挙げられる。

低抵抗層３６は、銅の薄膜から形成される。この低抵抗層３６を備えることにより、ｐ側配線２６のシート抵抗が下がるので、ｐ側配線２６の抵抗を抑えつつ、ｐ側配線２６の幅を従来よりも狭くすることができる。特に、銅は金属材料の中でも導電率が高い材料であるので、薄膜にしてもにしてもシート抵抗を低く抑えることができる利点がある。よって、ｐ側配線２６の抵抗を下げつつ、配線全体の厚みを抑えることができるので、配線のパターニング等においても有利である。また、銅は、他の高導電率材料（例えば金や銀など）に比べて価格が安く、発光素子のコストダウンを図ることができる。
上記のように、銅は低抵抗層３６に適した材料であるが、空気中の酸素によって酸化することにより電気的特性が劣化し、また、電界の影響によりマイグレーションを生じやすい、という欠点がある。そのため、発光素子の電極に銅を使用できるという思想があったとしても、実際に使用される例はなかった。本発明では、低抵抗層３６に銅薄膜を使用しても、酸化やマイグレーションを起こさずに済むように、低抵抗層３６の下面側を反射層３４により、また上面側を保護膜３８により保護し、さらに側面も保護膜３８によって完全に被覆している。これにより、導電率の高い銅の電気的特性を生かしつつ、酸化やマイグレーションの問題を起こさずに使用することを可能にした。

保護層３８は、銅薄膜から成る低抵抗層３６を外部環境から完全に遮断して、酸化やマイグレーションを防止するものであるので、少なくとも銅よりも耐酸化性に優れた材料から形成する必要がある。また、低抵抗層３６に密着する必要があるので、銅との密着性に優れた材料を選択するのが好ましい。

図３Ａ〜図３Ｃは、ｐ側配線２６の積層構造の変形例を示している。いずれも、低抵抗層３６の側面まで被覆されて、外部から完全に保護されていることがわかる。
図３Ａのｐ側配線２６は、反射層３４の上に、低抵抗層３６及び保護層３８の積層構造であり、反射層３４の側面は露出している。この形態は、反射層３６に用いた金属材料が、耐酸化性に優れ、且つマイグレーションを起こしにくい場合に適しており、保護膜３８に用いた金属材料の反射率が低くても、光取出し効率に影響を与えない利点がある。
図３Ｂのｐ側配線２６は、反射層３４と低抵抗層３６とを積層し、その両方の層の側面まで保護層３８で被覆する構造である。この形態は、反射層３６に用いた金属材料が、酸化やマイグレーションしやすい場合に適している。
図３Ｃのｐ側配線２６は、反射層３４の上面及び側面を低抵抗層３６で覆い、さらにその低抵抗層２６の上面及び側面を保護層３８で覆う構造である。この形態は、極めて幅の狭い配線２６を形成するときに、低抵抗層３６の断面積の占有率を高くできるので、ｐ側配線２６の低抵抗化に最も適している。

図３Ａ〜図３Ｃのような構成を有するｐ側配線２６を形成するには、従来から知られた薄膜形成法を用いることができ、例えばスパッタ法などが適している。スパッタ法により形成する場合には、マスクを用いて所望形状の金属膜を形成することができる。よって、反射層３４、低抵抗層３６及び保護層３８の形状に適したマスクを使用して、所望の構造のｐ側配線２６を形成することができる。

図１に示した本実施の形態の発光素子１０では、ｐ側電極３２が隅部に２つ形成されており、ｐ側配線２６の一部と電気的に接続している。ｐ側電極３２とｐ側配線２６とは、別体に形成して後で接続してもよいが、同時に一体で形成すれば、別体に形成するよりも製造工程を減らすことができるので好ましい。
なお、ｐ側電極３２は、ワイヤボンディングの際の衝撃に耐えるだけの厚さ設定と、ワイヤボンディングに使用する導電性ワイヤとの密着性を考慮した表面層（本実施の形態における保護層３８に相当する）の材料決定と、を行う必要がある。よって、ｐ側電極３２とｐ側配線２６とを同時に形成する場合には、ｐ側配線２６の厚さと、保護層３８の材料とを適切に選択するのが好ましい。

本実施の形態では、露出部２８から露出したｎ側半導体層１４の上面にも、ｎ側の電流拡散用配線２２（以下ｎ側配線２２と称する）が形成されている。ｎ側配線２２は、寸法の大きい発光素子１０に適しており、ｐ側配線２６による電流拡散を補助して、広い範囲での発光を可能にする。これに対して、小面積の発光素子１０にｎ側配線２２を適用すると、電流拡散による発光面積の増加量に比べて、露出部２８の面積増加による活性層の面積減少と、ｎ側配線２２による遮光の影響とによる取出し光の減少量が大きくなる場合がある。よって、ｎ側配線２２は、発光素子１０の面積との関係で、発光量が増加する場合に適用するのが好ましい。

ｐ側配線２６及びｎ側配線２２は、電流の拡散を促進するために形成されている。よって、局所的な電流集中が起こらないように、形状や配置を決定すべきである。例えば、図１のように、ｐ側配線２６とｎ側配線２２とを平行に形成すれば、離間距離が局所的に短くなるのを防止できる。また、ｐ側電極３２やｎ側電極３０が、ｐ側配線２６やｎ側配線２２と隣接する場合には、電極と配線との距離も考慮して、ｐ側配線２６とｎ側配線２２との配置を決定するのが好ましい。

ｎ側電極３０とｎ側配線２２とを形成する場合には、ｎ型半導体層１４を露出させる露出部２８は、図１のように、ｎ側電極３０を形成するための円形部分と、ｎ側配線２２を形成するための線状部分とを組み合わせたような平面形状に成形される。
ｎ側半導体層１４とｎ側配線２２とは、直接接触させて形成することもできる。直接接触させるには、ｎ側配線２２の反射層３４は、ｎ側半導体層１４とオーミック接触可能で、且つ反射層３４に求められる高反射率の金属材料から形成する必要がある。しかしながら、反射層３４に使用する材料は、オーミック接触の可否よりも、高反射率であることを優先して選択するのが好ましい。そして、反射層３４がｎ型半導体層１４とオーミック接触できない場合には、ｎ型半導体層１４と反射層３４との間にオーミック接触層２０を形成して対応すれば十分である。オーミック接触層２０は、ｎ型半導体層１４とオーミック接触できるだけでなく、さらに、反射層３４と密着性が良好であるのが好ましく、ｎ側配線２２の剥離を防止できる効果が期待できる。
なお、オーミック接触層２０とｎ側配線２２との密着性が低い場合には、接着層を介在させて密着性を高めることができる。

ｎ側電極３０とｎ側配線２２とは、同時に一体で形成するのが好ましく、製造工程を減らすことができるので好ましい。
なお、ｎ側電極３０は、ワイヤボンディングの際の衝撃に耐えるだけの厚さ設定と、ワイヤボンディングに使用する導電性ワイヤとの密着性を考慮した表面層（本実施の形態における保護層３８に相当する）の材料決定と、を行う必要がある。よって、ｎ側電極３０とｎ側配線２２とを同時に形成する場合には、ｎ側配線２２の厚さと、保護層３８の材料とを適切に選択するのが好ましい。

本発明の発光素子１０では、ｐ側配線２６とｎ側配線２２とは、低抵抗層３６が銅薄膜である点で共通しているが、反射層３４や保護層３８については異なる材料を使用することができる。しかしながら、同一材料から成る反射層３４及び同一材料から成る保護層３８として、同じ構成から成る配線にすれば、それらの配線２２、２６を同時に形成できるだけでなく、２つの配線２２、２６の電気抵抗のバランスを等しくできるので好ましい。

なお、本実施の形態では、ｐ型半導体層１８の上面にｐ側配線２６が、露出部２８（すなわちｎ側半導体層１４）の上面にｎ側配線２２が形成された形態を示しているが、本発明では、そのいずれか一方の配線のみが形成された形態も含有している。
また、本実施の形態の半導体積層体１３は、基板１２側からｎ型半導体層１４、活性層１６及びｐ型半導体層１８の順に積層されているが、本発明はこれに限定されず、基板１２側からｐ型半導体層１８、活性層１６、及びｎ型半導体層１４の順に積層された形態も好ましく利用できる。その場合には、ｐ側電極３２及びｐ側配線２６と、ｎ側電極３０及びｎ側配線２２との形成位置が交換されることになる。

以下に、各構成部材について詳述する。
（ｐ側配線２６、ｎ側配線２２）
ｐ側配線２６及びｎ側配線２２は、電流をより効率的に拡散して、半導体発光素子１０の発光プロファイルの均一化や発光強度の増加を促進するために形成されているので、配線２２、２６の形状は、半導体発光素子１０の寸法形状に合わせて、様々に変更されるべきである。図１では、直線形状にされているが、曲線にすることもできる。また、図１のｎ側配線２２のように１本の線状配線から形成する形態や、ｐ側配線２６のように枝分かれした線状配線から形成する形態の他に、様々な線状配線を組み合わせて形成することができる。
本発明のｐ側配線２６及びｎ側配線２２は、発光を遮光しないように狭幅の線状に形成されるのが好ましい。本発明の発光素子は、シート抵抗の低い配線を備えているので、狭幅にしても電流が流れやすく、発光強度を維持しやすい。

（反射層３４、低抵抗層３６、及び保護層３８）
ｐ側配線２６及びｎ側配線２２を構成するのに適した反射層３４、低抵抗層３６、及び保護層３８について説明する。
反射層３４は、光の反射率が高いロジウム（Ｒｈ）、アルミ（Ａｌ）及び銀（Ａｇ）から成る群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。第２の金属がこれらの金属であると、電極での光の吸収を防止し、光を効率よく取り出すことが可能となる。特に、マイグレーションの防止等を考慮するならば、Ｒｈが好ましい。
なお、反射層３４がｐ型半導体層１８の上に直接形成される場合には、反射層３４の材料には、ｐ型半導体層１８とオーミック接触可能なＡｇ又はＲｈを選択するのが好ましい。また、反射層３４がｎ型半導体層１４の上に直接形成される場合には、反射層３４の材料には、ｎ型半導体層１４とオーミック接触可能なＡｌ又はＲｈを選択するのが好ましい。
低抵抗層３６は、銅から形成する。銅は、導電率が高く、価格が安価で、短時間であれば化学的に安定しているので取扱いやすい、という利点がある。また、反射層に用いられるＲｈや、保護層３８に用いられるＡｕとの密着性も良好であるので、ｐ側配線２６及びｎ側配線２６を狭幅に形成した場合でも層間剥離を防止できる利点がある。
保護層３８は、耐酸化性に優れた金（Ａｕ）、Ｔａ、又はＴｉＮから成るのが好ましく、特に、電極と共通の構造にする場合には、導電性ワイヤや共晶層との密着性が良好なＡｕが好ましい。

（ｐ側電極３２、ｎ側電極３０）
ｐ側電極３２及びｎ側電極３０の形状は、任意に選択でき、例えば、円形、三角形、四角形等の多角形などの種々の形状とすることができる。また、ｐ側電極３２及びｎ側電極３０の大きさは特に限定されるものではないが、ワイヤボンディングやバンプや共晶層との接合に適した大きさにするとよい。
ｐ側電極３２及びｎ側電極３０は、ｐ側配線２６及びｎ側配線２２と一体に形成することができ、その場合には、上述のｐ側配線２６及びｎ側配線２２と同じ構成が好ましい。
ｐ側電極３２及びｎ側電極３０を、ｐ側配線２６及びｎ側配線２２と別体に形成する場合には、これらの電極３０は、Ｗ／Ｐｔ／ＡｕやＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ等の積層構造にすることができる。

（透光性電極２４）
透光性電極２４は、金属薄膜や、導電性酸化物から形成することができる。
金属薄膜としては、Ｎｉ／Ａｕなどの金属を厚さ５０〜３００Åの薄膜にしたものが好適である。
また、導電性酸化物膜としては、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物膜が適している。具体的には、ＺｎＯ、ＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎドープＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ₂Ｏ₃）、ＩＦＯ（ＦドープＩｎ₂Ｏ₃）、ＳｎＯ₂、ＡＴＯ（ＳｂドープＳｎＯ₂）、ＦＴＯ（ＦドープＳｎＯ₂）、ＣＴＯ（ＣｄドープＳｎＯ₂）、ＭｇＯ、などが挙げられる。これらの材料は、物理的成膜方法（蒸着、スパッタ、パルスレーザアブレージョン（ＰＬＤ）等）や、化学的成膜方法（ゾルゲル、スプレー等）によって成膜することができる。

（ｎ側オーミック接触層２０）
ｎ側オーミック接触層２０には、ｎ側半導体層１４とオーミック接触が可能な材料を使用する。例えば、Ｔｉ等の金属材料や、導電性酸化物が好適である。ｎ側オーミック接触層２０に適した導電性酸化物は、透光性電極２４と同様にＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯが挙げられる。また、ｎ側オーミック接触層２０と透光性電極２４とを同じ材料から形成して、同時に成膜すれば、工程数を減らすことができる。

（半導体発光素子１０）
本発明の半導体発光素子の構成は、特に窒化物半導体発光素子に好適である。以下に窒化物半導体発光素子の構成について説明する。
（基板１２）
窒化物半導体発光素子１０を形成する基板１２としては、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、窒化物半導体（例えば、ＧａＮ等）、ＧａＡｓ等の公知の絶縁性基板又は導電性基板を用いることができる。絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ側電極３２及びｎ側電極３０はいずれも半導体積層体１３の同一面側に形成されることになる。また、最終的に絶縁性基板を除去する場合又は導電性基板を用いる場合、ｐ側電極３２及びｎ側電極３０はいずれも半導体積層体１３の同一面側に形成してもよいし、異なる面にそれぞれ形成してもよい。

（半導体積層体１３）
半導体積層体１３を構成するｎ型半導体層１４、活性層１６及びｐ型半導体層１８としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。これらの窒化物半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、活性層は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。

また、通常、このような半導体積層体１３は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等として構成されてもよい。半導体積層体１３は、例えば、ＭＯＶＰＥ、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。また、窒化物半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。

なお、半導体積層体１３の積層構造としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の活性層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層、等が挙げられる。

＜実施の形態２＞
図４Ａ及び図４Ｂに示す半導体発光素子１０は、露出部２８、ｎ側電極３０、ｐ側電極３２、及びｎ側配線２２の形態が異なり、またｐ側配線がｐ側電極３２と一体に形成されており、ｎ側電極及びｐ側電極に、それぞれｎ側バンプ３０及びｐ側バンプ４０が形成されている点で実施の形態１と異なっている。それ以外については、実施の形態１とほぼ同様である。

基板１２上に形成された半導体積層体１３は部分的に除去されて、ｎ型半導体層１４が露出されている。このような露出部２８は、任意の位置、任意の形状に任意の個数だけ形成することができる。図４Ａの例では、発光素子１０の縁部から離れた内側の位置に、ほぼ円形の露出部２８が縦３個×横３個の合計９個形成されている。
露出部２８の内部にはｎ側導電部４４が充填されている。ｎ側導電部４４の下端は露出部２８のｎ型半導体層１４と電気的に接続し、上端は半導体積層体１３の表面に露出している。

本実施の形態では、ｎ側配線２２はｐ型半導体層１８の上面側に形成され、ｎ側導電部４４と接続できるように配線されている。図４Ａの例では、ｎ側配線２２は、横方向に並んだ３つのｎ側導電部４４と接続するように、横方向に伸びて形成されている。そして、ｎ側配線２２の端部（図４Ａでは右端部）に、ｎ側電極３０が形成されている。ｎ側導電部４４とｎ側配線２２とは、別体として形成しても良いが、好ましくは一体で形成すると、導電性及び光特性に優れ好ましい。
なお、図４Ｂに示すように、露出部２８の側面、半導体積層体１３の上面、及びｐ側電極には絶縁膜４２が形成されており、ｎ側導電部４４、ｎ側配線２２、及びｎ側電極と、半導体積層体１３との間を絶縁している。

本実施の形態の発光素子１０は、ｐ型半導体層１８の主面のほぼ全面にわたってｐ側電極３２が形成されている。ｐ側電極３２の上には、ｐ側バンプ４０が複数（この例では縦３個×横４個の合計１２個）形成されている。本実施の形態の発光素子１０はフリップチップ実装に適しており、実装時には複数のｐ側バンプ４０により発光素子１０を支持すると共に、各ｐ側バンプ４０からｐ側電極３２に電流を通電することができる。よって、本実施の形態の発光素子１０は、ｐ側配線を別体で備えずともｐ型半導体層１８全体に電流を広げることができる。また、本実施の形態では、ｎ側配線２２は、複数のｎ側導電部４４を介して広い範囲で、互いに分離したｎ型半導体層１４と接続しているので、実施の形態１と同様の効果、すなわちｐ型半導体層１８への電流拡散を補助して広い範囲での発光を可能にする効果を有する。また、ｎ側配線２２を形成するための露出部２８が不要であり、露出部２８の面積を極めて小さくしているので、活性層１６の面積をより大きくすることができる。よって、本実施の形態により、発光素子１０の発光量を多くする効果も期待される。
本実施の形態のような発光素子１０は、発光出力の点で優れており、寸法の大きい（例えば１辺６００〜１０００μｍの）発光素子１０に好適である。

なお、本実施の形態では、半導体積層体１３が、基板１２側からｎ型半導体層１４、活性層１６及びｐ型半導体層１８の順に積層されて、ｐ型半導体層１８の上面にｎ側配線２２が形成された形態を示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、基板１２側からｐ型半導体層１８、活性層１６、及びｎ型半導体層１４の順に積層されて、ｎ側半導体層１４の上面にｐ側配線が形成される形態も好ましく利用できる。
また、本実施の形態のように、ｎ側配線の面積が露出部（特に電極形成用の露出部１８）の面積より大きい場合には、配線層の特性が半導体発光素子の発光・電気特性に与える影響が大きくなるが、本発明のような配線構造を特にｎ側配線に適用することにより、好適な発光、素子駆動を実現できる。さらに、本実施形態のように、ｐ側電極及びｐ側配線に重なるようにｎ側配線が形成される形態では、配線層の特性が半導体発光素子の発光・電気特性に与えるはさらに大きくなるが、本発明のような配線構造を採用することにより好適な発光、素子駆動を実現できる。また、ｎ側接触層及び露出部とｎ側配線層とが、立体的に分離されて交叉する構造は、発光面積の増大を可能にする。
また、本実施の形態のように、相互に分離された露出部とする形態の場合には、本発明のｎ側配線、ｐ側配線、及び各層構造により、電位差を小さくして、大面積で均一性に優れた好適な発光、素子駆動を実現できる。

以上の各実施の形態において、各電極が半導体積層体の同一面側に設けられた形態を説明したが、各電極が半導体積層体の異なる面（例えば半導体積層体の表面と基板裏面）に対向して設けられた形態にすることもできる。各電極が半導体積層体を挟んで対向するように設けられる構造は、上記各実施の形態の一方の電極、好ましくは露出部に設けられた電極や、又は基板側の第１導電型半導体層に接続する電極を、対向側に取り出す構造とすることにより達成でき、そのためには、基板にビアホールを形成したり、基板側面を回り込んで配線したり、半導体積層体の対向面側に延設する接続配線を設けたりすることができる。又は、研磨、ＬＬＯ（レーザリフトオフ）などにより基板を除去して、対向面側に電極を設ける構造とすることもできる。
そして、上記の各実施の形態において、主発光側を電極形成面側にすることも、又は電極形成面と対向する半導体積層体側（基板側）にすることもできる。電極形成面側を主発光側とする場合には、電極の少なくとも一方、好ましくは発光層上側の電極に透光性電極を用いる。また、基板側を主発光側とする場合には、電極の少なくとも一方、好ましくは発光層上側の電極に反射性電極を用いる。第１の実施の形態は電極形成面側を主発光側とする形態に好ましく、第２の実施の形態は、基板側を主発光側とする形態に好ましい。なお、電極形成面側を主発光側とする場合は基板側を実装側とし、基板側を主発行側とする場合には電極形成面側を実装側とする。

以下に、ｎ側バンプ３０、ｐ側バンプ４０、絶縁膜４２、及びｎ側導電部４４について詳述する。
（ｎ側バンプ３０、ｐ側バンプ４０）
ｐ側バンプとしては、金バンプ、ハンダバンプ、共晶層・金属接合層のバンプ、マイクロバンプ等が利用できる。バンプは、ワイヤボンダを用いて形成するもの，溶融ハンダへの浸漬、共晶層・金属接合層などのｐ型層１８上への膜形成、マイクロバンプの配置・接着などにより形成することができる。なお、バンプは必須ではなく、バンプを設けずに、例えば異方性導電接着剤などの接着剤を介して、実装基板に接着させることもできる。

（ｎ側導電部４４）
ｎ側導電部４４は、全体を単一の材料から形成することもでき、また複数の材料を積層して形成することもできる。ｎ側導電部４４は、その下端においてｎ型半導体層１４と電気的に接続する必要がある。よって、ｎ側導電部４４の少なくとも下端は、ｎ型半導体層１４とオーミック接触可能な材料から形成する。そのような材料としては、Ａｌ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖが挙げられる。ｎ側導電部４４の下端以外の部分は、導電材料から形成されていればよい。

（絶縁膜４２）
絶縁膜４２は、ｎ側導電部４４、ｎ側配線２２及びｎ側電極３０と、活性層１６及びｐ型半導体層１８との間に介在しており、それらが接触して短絡を起こすのを防止している。絶縁膜４２は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などのケイ素やアルミニウムの酸化物、ＡｌＮなどの窒化物から形成されている。

窒化物半導体発光素子１０を、以下の製造方法により作製した。
（１．半導体積層体１３の形成）
２インチφのサファイア基板１２の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型窒化物半導体層１４として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層を６４０Å、最初に膜厚が３０ÅのＩｎ_０．３Ｇａ_０．７Ｎからなる井戸層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層が、障壁層から繰り返し交互に６層ずつ積層され、最後に障壁層が積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層１６（総膜厚１２３０Å）、ｐ型窒化物半導体層１８として、ＭｇドープＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製する。
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化する。

（２．露出部２８の形成）
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、ｎ型コンタクト層の一部を露出させる。すなわち、形成された露出部２８にはｎ側半導体層１４が露出している。

（３．透光性電極２４、ｎ側オーミック接触層２０の形成）
マスクを除去した後、スパッタリング装置にウェハを設置し、ＩＴＯの透光性電極２４及びｎ側オーミック接触層２０をスパッタリングにより、膜厚２０００Åに成膜する。

（４．接着層、ｐ側配線２６、ｎ側配線２２、ｐ側電極３２及びｎ側電極３０の形成）
透光性電極２４及びｎ側オーミック接触層２０の上に、所定のパターンを有するマスク使用して、スパッタリングにより、接着層としてＴｉ膜を膜厚１５Å、反射層１４としてＲｈ膜を膜厚２０００Å、低抵抗層１６としてＣｕ膜を膜厚２０００〜１５０００Å、そして保護層１８としてＡｕ膜を膜厚３００〜４０００Åで成膜した。

マスクを用いたスパッタリングでは、スパッタ粒子が、マスクのパターン形状からわずかに回り込む現象が確認される。この回り込みの程度は、スパッタ粒子の種類によるが、例えばＲｈとＣｕとＡｕとでは、Ｒｈが最も回り込みにくく、次いでＣｕ、そしてＡｕが最も回り込みやすくなっている。そのため、同じマスクを使用してＲｈの反射層１４、Ｃｕの低抵抗層１６、及びＡｕの保護層１８を順次形成すると、図５のような積層状態が形成可能である。この構成は、図３と同様の機能を有するため、本発明に適用することができる。回り込む距離は極めて短いが、本発明では配線の幅が狭いので回り込み距離が無視できない。よって、反射層１４、低抵抗層１６、及び保護層１８に利用する材料の回り込み距離を考慮して、マスクのパターンの選択・変更を行い、図３Ａ〜図３Ｃのような層構成を形成するのが好ましい。

最後にアニール装置にて３００℃以上で熱処理を施し、得られるウェハを所定の箇所で分割することにより、窒化物半導体発光素子１０を得る。

（本発明の発光素子１０：試料１〜７）
実施例１の工程により、本発明の発光素子１０の試料を形成した。配線２２、２６の低抵抗層１６（Ｃｕ膜）の膜厚と、保護層１８（Ａｕ膜）の膜厚は、表１の通りである。
なお、総膜厚は、接着層（Ｔｉ膜）１５Å及び反射層１４（Ｒｈ膜）２０００Åを含めた配線２２、２６の全体の膜厚である。

（比較例１）
比較例１には、低抵抗層１６を含まない配線２２、２６を備えた発光素子を作製した。表１のとおり、保護層１８（Ａｕ膜）の膜厚は５０００Åとした。
（比較例２）
比較例２には、低抵抗層１６を、Ｃｕ膜に代えてＡｌ膜から形成した発光素子を作製した。表１のとおり、低抵抗層１６（Ａｌ膜）の膜厚は５０００Å、保護層１８（Ａｕ膜）の膜厚は３００Åとした。

（シート抵抗の測定）
試料１、３、５及び比較例１の配線２２、２６のシート抵抗を測定し、その結果を図６に示す。シート抵抗の測定は、絶縁基板に所定の膜厚を成膜し、四端子法を用いて測定した。
試料１、３及び比較例１の結果から、同じ総膜厚であっても、低抵抗層１６の膜厚が厚いと、シート抵抗が有意に低下することが明らかになった。よって、同じ総膜厚であっても、低抵抗層１６を含むことにより、配線２２、２６の電気抵抗を変更せずに線幅を狭くできることが明らかになった。

（発光パターン、順方向電圧、及び明るさの測定）
試料及び比較例の発光素子１０に実際に通電して発光させ、その発光パターンを、半導体積層体１３側から観察、評価する。
１つのｐ側電極３２及び１つのｎ側電極３０のみに通電を行い、ＣＣＤカメラの画像を発光強度分布図に変換して、比較例１、試料２、４、５、６及び７を観察し、評価する。その結果、比較例１と比べて、試料５及び試料７の発光している領域の面積が増加し、また発光強度も全体に高くなる傾向が観られる。さらに発光素子１０の順方向電圧Ｖｆを測定した結果を図７にまとめ、明るさを測定した結果を図８にまとめた。図８では、比較例１を基準とした相対値を用いてグラフ化している。明るさは、積分球により測定した。

図７に示す順方向電圧Ｖｆは、試料５、７が比較例１に比べて低くなっており、優れたＶｆ低減が実現できることがわかる。また、試料２のＶｆは比較例１とほぼ同等であるが、試料２が比較例１に比べて総膜厚が小さいことから、試料２のような薄膜配線においても比較例１のような厚膜配線と同等のＶｆを実現でき、配線層の薄膜化が実現できることがわかる。そして、厚膜の配線層においては、試料５及び７が、比較例１よりもＶｆを低減させた素子を実現できることがわかる。
図８に示す明るさの評価では、試料１は、比較例１にくらべて暗くなっているが、これはＡｕ保護層１８の膜厚の減少によるシート抵抗の上昇の影響が、Ｃｕ低抵抗層１６の形成によるシート抵抗の低下の効果を上回ったためであると考えられる。

本発明の発光素子１０は、配線２２、２６の反射層１４と保護層１８との間に、Ｃｕから成る低抵抗層１６を形成したので、シート抵抗を効果的に低下させて発光素子の発光効率を高めることができ、また配線２２、２６を狭幅にできるので光取出し効率を向上させることができる。さらに、低抵抗層１６の側面を保護膜１８で覆うことにより、素子に悪影響を及ぼすことなくＣｕを電極材料として使用することを可能にした。

実施の形態１にかかる半導体発光素子の概略上面図である。 実施の形態１にかかる半導体発光素子を、図１のＡ−Ａ線に沿って切断した概略断面図である。 実施の形態１にかかる半導体発光素子を図１のＢ−Ｂ線に沿って切断したときのｐ側配線の一形態を示す部分概略断面図である。 実施の形態１にかかる半導体発光素子を図１のＢ−Ｂ線に沿って切断したときのｐ側配線の一形態を示す部分概略断面図である。 実施の形態１にかかる半導体発光素子を図１のＢ−Ｂ線に沿って切断したときのｐ側配線の一形態を示す部分概略断面図である。 実施の形態２にかかる半導体発光素子の概略上面図である。 実施の形態２にかかる半導体発光素子を、図４ＡのＣ−Ｃ線に沿って切断した概略断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿って切断したｐ側配線の一形態を示す概略断面図である。 実施例２にかかる半導体発光素子に形成した配線のシート抵抗測定の結果を示すグラフである。 実施例２にかかる半導体発光素子の順方向電圧（Ｖｆ）測定の結果を示すグラフである。 実施例２にかかる半導体発光素子の明るさ測定の結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ 発光素子、 １２ 基板、 １３ 半導体積層体、 １４ ｎ型半導体層、 １６ 活性層、 １８ ｐ型半導体層、 ２０ ｎ側オーミック接触層、 ２２ ｎ側電流拡散用配線（ｎ側配線）、 ２４ 透光性電極、 ２６ ｐ側電流拡散用配線（ｐ側配線）、 ２８ 露出部、 ３０ ｎ側電極、 ３２ ｐ側電極、 ３４ 反射層、 ３６ 低抵抗層、 ３８ 保護層。

Claims (6)

1. 基板上に第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを順次積層した半導体積層体と、
   前記半導体層の一部を切除して前記半導体層の上面側に前記第１導電型半導体層を露出させた露出部と、
   前記露出部の第１導電型半導体層と電気的に接続した第１電極と、
   前記第２導電型半導体層と電気的に接続した第２電極と、を備える半導体発光素子であって、
   前記露出部の上面側又は前記第２導電型半導体の上面側のいずれか一方に、
   銅よりも反射率の高い金属材料から成る反射層と、
   銅から成る低抵抗層と、
   銅よりも耐酸化性に優れた金属材料から成る保護層と、の少なくとも３層を積層して成る第１電流拡散用配線が形成されており、
   前記第１電流拡散用配線は、前記第１電極又は前記第２電極のいずれか一方と電気的に接続されており、
   前記低抵抗層の側面は、前記保護層によって被覆されていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記露出部の上面側又は前記第２導電型半導体の上面側のいずれか一方に、
   銅よりも反射率の高い金属材料から成る反射層と、
   銅から成る低抵抗層と、
   銅よりも耐酸化性に優れた金属材料から成る保護層と、の少なくとも３層を積層して成る第２電流拡散用配線が形成されており、
   前記第２電流拡散用配線は、前記第１電極又は前記第２電極の他方と電気的に接続されており、
   前記低抵抗層の側面は、前記保護層によって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 基板上に第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とを順次積層した半導体積層体と、
   前記第１導電型半導体層と電気的に接続された第１電極と、
   前記第２導電型半導体層の上面側に形成された第２電極と、を備える半導体発光素子であって、
   前記第２導電型半導体の上面側には、
   銅よりも反射率の高い金属材料から成る反射層と、
   銅から成る低抵抗層と、
   銅よりも耐酸化性に優れた金属材料から成る保護層と、の少なくとも３層を積層して成る第１電流拡散用配線が形成されており、
   前記第１電流拡散用配線は、前記第２電極と電気的に接続されており、
   前記低抵抗層の側面は、前記保護層によって被覆されていることを特徴とする半導体発光素子。
4. 前記露出部の上面側に、前記第１電極と接続された前記第１電流拡散用配線が形成されており、
   前記露出部と前記第１電流拡散用配線との間に、第１導電型半導体とオーミック接触可能な導電材料から成るオーミック接触層が形成されている請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
5. 前記第２導電型半導体層の上面側に、前記第２電極と接続された前記第１電流拡散用配線が形成されており、
   前記第２導電型半導体層と前記電流拡散用配線との間に、透光性電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
6. 前記第１電極又は前記第２電極の前記いずれか一方は、前記第１電流拡散用配線と一体に形成され且つ前記第１電流拡散用配線と略同一の積層構造を有する請求項１又は２に記載の半導体発光素子。

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