JP5353809B2 - 半導体発光素子及び発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体を含む半導体発光素子に関する。
ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、通常、サファイア等の基板上に、発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体層を形成して構成される。ここで、発光層は、導電性をｐ型に制御したｐ型半導体層とｎ型に制御したｎ型半導体層との間に挟み込まれるようになっている。そして、ｐ型半導体層とｎ型半導体層に通電することにより、発光層からの発光を得る。ここで、ｐ型半導体層の上部にはｐ電極が形成され、ｎ型半導体層の表面にはｎ電極が形成される。なお、ｎ型半導体層の表面にｎ電極が形成される為には、通常ｎ型半導体層のｎ型コンタクト層までｐ型半導体層からエッチングする必要があり、この結果、ｐ型半導体層上のｐ電極形成位置とｎ型半導体層上のｎ電極形成位置に段差が生まれる。たとえ、ｐ電極とｎ電極とが同じ電極材料で形成された場合であっても、ｐ型半導体層からｎ型コンタクト層までのエッチング深さに相当する段差が概ね生じる。この結果、この発光素子のｎ電極とｐ電極にワイア・ボンディングして配線基板に実装作業する場合、それぞれの電極の高さに位置合わせをしなければならず、工程が複雑になるという問題があった。さらに、ｎ電極とｐ電極とが同一平面上に位置しないために、フリップ・チップ実装が困難であった。
一方、公報記載の従来技術として、段差を有さず、ｎ電極とｐ電極とを同一平面上に形成することにより、ウェーハ・プロセスが簡単な半導体発光素子の製造方法が存在する（特許文献１参照）。
しかしながら、ｐ側電極とｎ側電極とを同一平面上になるよう形成した半導体発光素子を、配線基板にフリップチップにて実装して使用する場合、配線基板に対するｎ側電極の接触不良が生じることがある。
本発明は、例えばフリップチップ実装で用いられる半導体発光素子において、配線基板に対する電極の接触不良の発生を低減させることを目的とする。
本発明が適用される半導体発光素子は、第１導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１半導体層と、前記第１半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有するＩＩＩ属窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２半導体層と、前記第２半導体層に積層され、前記発光層から出射される光に対する反射性を有する反射層を備える第１電極と、前記第１半導体層の前記一方の面の露出部位から延伸し、前記第１電極よりも突出する第２電極とを含む。
このような半導体発光素子において、前記第１電極は、前記第２半導体層に積層される透明導電層をさらに含む。
このような半導体発光素子において、前記第１電極は、前記第２半導体層に積層される透明導電層をさらに含む。
また、本発明が適用される発光装置は、第１導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１半導体層と、前記第１半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有するＩＩＩ属窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２半導体層と、前記第２半導体層に積層される第１電極と、前記第１半導体層の前記一方の面の露出部位から延伸し、前記第１電極よりも突出する第２電極と、前記第１電極の前記第２半導体層側とは反対側の端部に備えられた第１接続部と、前記第２電極の前記露出部位側とは反対側の端部に備えられた第２接続部と、前記第１接続部および前記第２接続部と電気的に接続された配線基板とを含む。
このような発光装置において、前記配線基板は、前記第１半導体層と略平行に設けられる。
また、このような発光装置において、前記第１電極は、前記第２半導体層に積層される透明導電層をさらに含む。
このような発光装置において、前記配線基板は、前記第１半導体層と略平行に設けられる。
また、このような発光装置において、前記第１電極は、前記第２半導体層に積層される透明導電層をさらに含む。
本発明によれば、例えばフリップチップ実装で用いられる半導体発光素子において、配線基板に対する電極の接触不良の発生を低減させることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の断面模式図の一例を示しており、図２は半導体発光素子１を構成する積層半導体層１００の断面模式図の一例を示している。
図１は本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の断面模式図の一例を示しており、図２は半導体発光素子１を構成する積層半導体層１００の断面模式図の一例を示している。
＜半導体発光素子＞
図１に示すように、半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。また、積層半導体層１００に、中間層１２０および下地層１３０を含めることもある。
図１に示すように、半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。また、積層半導体層１００に、中間層１２０および下地層１３０を含めることもある。
さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに形成される第１電極１７０と、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに形成される第２電極１８０とを備える。ここで、半導体層露出面１４０ｃは、ｎ型半導体層１４０の周縁を、一周にわたって露出させるように形成されている。その結果、この半導体発光素子１では、基板１１０、中間層１２０、下地層１３０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも下地層１３０側）の側壁面に対し、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）の側壁面が、より内側に位置するようになっている。
さらにまた、半導体発光素子１は、第１電極１７０および第２電極１８０と、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）とに積層される保護層１９０をさらに備える。ただし、保護層１９０は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）の側壁面の全域を覆うように形成される一方、第１電極１７０および第２電極１８０のそれぞれに対しては、図１において上方側となる面の一部を露出させるように形成されている。
このように、本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０とは反対側となる一方の面側に第１電極１７０および第２電極１８０が形成された構造を有している。
このように、本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０とは反対側となる一方の面側に第１電極１７０および第２電極１８０が形成された構造を有している。
この半導体発光素子１においては、第１電極１７０を正極、第２電極１８０を負極とし、両者を介して積層半導体層１００（より具体的にはｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０）に電流を流すことで、発光層１５０が発光するようになっている。
では次に、半導体発光素子１の各構成要素について、より詳細に説明する。
＜基板＞
基板１１０としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。ただし、本実施の形態の半導体発光素子１は、後述するように、基板１１０側から光を取り出すようにフリップチップ実装されることから、発光層１５０から出射される光に対する光透過性を有していることが好ましい。したがって、例えば、サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイアを基板１１０として用いることが好ましい。サファイアを基板１１０として用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
さらに、基板１１０のうち、積層半導体層１００が形成されない側の面については、基板１１０の反りを抑制するために、面を荒らす処理を施しておくことが好ましい。
＜基板＞
基板１１０としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。ただし、本実施の形態の半導体発光素子１は、後述するように、基板１１０側から光を取り出すようにフリップチップ実装されることから、発光層１５０から出射される光に対する光透過性を有していることが好ましい。したがって、例えば、サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイアを基板１１０として用いることが好ましい。サファイアを基板１１０として用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
さらに、基板１１０のうち、積層半導体層１００が形成されない側の面については、基板１１０の反りを抑制するために、面を荒らす処理を施しておくことが好ましい。
＜積層半導体層＞
ＩＩＩ族窒化物半導体層の一例としての積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図１に示すように、基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層が、この順で積層されて構成されている。
また、図２に示すように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０及びｐ型半導体層１６０の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする第１の導電型にて電気伝導を行うものであり、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２の導電型にて電気伝導を行うものである。
なお、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
ＩＩＩ族窒化物半導体層の一例としての積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図１に示すように、基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層が、この順で積層されて構成されている。
また、図２に示すように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０及びｐ型半導体層１６０の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする第１の導電型にて電気伝導を行うものであり、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２の導電型にて電気伝導を行うものである。
なお、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
＜中間層＞
基板１００上に形成する中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
基板１００上に形成する中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、特にＣ面を主面とするサファイアで基板１１０を構成した場合には、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にｃ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０を形成することで、その上により一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明においては、中間層１２０の形成を行うことが好ましいが、必ずしも行わなくても良い。
＜下地層＞
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌxＧａ1-xＮ層が得られやすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌxＧａ1-xＮ層が得られやすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
＜ｎ型半導体層＞
図２に示すように、例えば電子をキャリアとする第１の導電型（ｎ型）を有する第１の半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層１４０ａとｎクラッド層１４０ｂとを備えている。なお、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
ｎコンタクト層１４０ａは、第２電極１８０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、ＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
図２に示すように、例えば電子をキャリアとする第１の導電型（ｎ型）を有する第１の半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層１４０ａとｎクラッド層１４０ｂとを備えている。なお、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
ｎコンタクト層１４０ａは、第２電極１８０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、ＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１４０ａにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、第２電極１８０との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
ｎコンタクト層１４０ａの膜厚は、０．５〜５μｍとされることが好ましく、１〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４０ａの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
ｎクラッド層１４０ｂは、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層であり、本実施の形態では、超格子構造を含む層として構成されている。
より具体的に説明すると、ｎクラッド層１４０ｂは、ＩＩＩ族窒化物半導体からなり、１００Å（１０ｎｍ）以下の膜厚を有するｎ側第１層１４１と、このｎ側第１層１４１とは組成が異なるＩＩＩ族窒化物半導体からなり、１００Å（１０ｎｍ）以下の膜厚を有するｎ側第２層１４２とが交互に積層された構造を有している。そして、ｎクラッド層１４０ｂは、２つのｎ側第１層１４１で１つのｎ側第２層１４２を挟み込む構造を有しており、ｎコンタクト層１４０ａと接する側および発光層１５０と接する側は、それぞれ、ｎ側第１層１４１となっている。
より具体的に説明すると、ｎクラッド層１４０ｂは、ＩＩＩ族窒化物半導体からなり、１００Å（１０ｎｍ）以下の膜厚を有するｎ側第１層１４１と、このｎ側第１層１４１とは組成が異なるＩＩＩ族窒化物半導体からなり、１００Å（１０ｎｍ）以下の膜厚を有するｎ側第２層１４２とが交互に積層された構造を有している。そして、ｎクラッド層１４０ｂは、２つのｎ側第１層１４１で１つのｎ側第２層１４２を挟み込む構造を有しており、ｎコンタクト層１４０ａと接する側および発光層１５０と接する側は、それぞれ、ｎ側第１層１４１となっている。
また、本実施の形態では、ｎ側第１層１４１をＧａＩｎＮで、ｎ側第２層１４２をＧａＮで、それぞれ構成している。ここで、ＧａＩｎＮを含んでｎクラッド層１４０ｂを形成する場合には、ｎ側第１層１４１を構成するＧａＩｎＮを発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きいものとすることが望ましい。ここで、ＧａＩｎＮ層のＩｎ組成は、０．５〜３％の範囲が望ましい。また、上述した構成に代えて、ｎ側第１層１４１をＡｌＧａＮで、ｎ側第２層１４２をＧａＮで、それぞれ構成するようにしてもよい。
なお、本明細書中には、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。
なお、本明細書中には、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。
ｎクラッド層１４０ｂの全体の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型不純物濃度は１．５×１０17〜１．５×１０20／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１．５×１０18〜１．５×１０19／ｃｍ3である。ｎ型不純物濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
＜発光層＞
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することが可能である。本実施の形態では、図２に示すように、発光層１５０を、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層されてなる多重量子井戸構造で構成している。そして、発光層１５０は、ｎクラッド層１４０ｂと接する側およびｐクラッド層１６０ａ（後述）と接する側は、それぞれ障壁層１５０ａとなっている。
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することが可能である。本実施の形態では、図２に示すように、発光層１５０を、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層されてなる多重量子井戸構造で構成している。そして、発光層１５０は、ｎクラッド層１４０ｂと接する側およびｐクラッド層１６０ａ（後述）と接する側は、それぞれ障壁層１５０ａとなっている。
ここで、井戸層１５０ｂとしては、Ｇａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層１５０ｂの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば１〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２〜６ｎｍとすると発光出力の点で好ましい。
また、障壁層１５０ａとしては、井戸層１５０ｂよりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）が用いられる。井戸層１５０ｂおよび障壁層１５０ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
なお、本実施の形態では、発光層１５０が、青色光（発光波長λ＝４００ｎｍ〜４６５ｎｍ程度）を出力するようになっている。
また、障壁層１５０ａとしては、井戸層１５０ｂよりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）が用いられる。井戸層１５０ｂおよび障壁層１５０ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
なお、本実施の形態では、発光層１５０が、青色光（発光波長λ＝４００ｎｍ〜４６５ｎｍ程度）を出力するようになっている。
＜ｐ型半導体層＞
図２に示すように、例えば正孔をキャリアとする第２の導電型（ｐ型）を有する第２の半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０は、通常、ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂから構成される。ただし、ｐコンタクト層１６０ｂがｐクラッド層１６０ａを兼ねることも可能である。
図２に示すように、例えば正孔をキャリアとする第２の導電型（ｐ型）を有する第２の半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０は、通常、ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂから構成される。ただし、ｐコンタクト層１６０ｂがｐクラッド層１６０ａを兼ねることも可能である。
ｐクラッド層１６０ａは、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。ｐクラッド層１６０ａとしては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
ｐクラッド層１６０ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６０ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６０ａにおけるｐ型不純物の濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐ型不純物濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層１６０ａは、上述したｎクラッド層１４０ｂと同様に超格子構造としてもよく、この場合には、組成比が異なるＡｌＧａＮと他のＡｌＧａＮとの交互構造または組成が異なるＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
ｐクラッド層１６０ａにおけるｐ型不純物の濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐ型不純物濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層１６０ａは、上述したｎクラッド層１４０ｂと同様に超格子構造としてもよく、この場合には、組成比が異なるＡｌＧａＮと他のＡｌＧａＮとの交互構造または組成が異なるＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
ｐコンタクト層１６０ｂは、第１電極１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６０ｂは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および第１電極１７０との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐ型不純物を１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3の濃度、好ましくは５×１０19〜５×１０20／ｃｍ3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
ｐ型不純物を１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3の濃度、好ましくは５×１０19〜５×１０20／ｃｍ3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
＜第１電極＞
次に、第１電極１７０の構成について詳細に説明する。
第１電極１７０は、好ましくは、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ上に積層される第１導電層１７１と、この第１導電層１７１上に積層される金属反射層１７２と、この上に積層される第１ボンディング層１７４と、上述した第１ボンディング層１７４の露出部位を除いて第１ボンディング層１７４を覆うように設けられ、第１ボンディング層１７４と反対側の面には保護層１９０が積層される第１密着層１７５とを有している。
なお、金属反射層１７２と第１ボンディング層１７４との間に第１拡散防止層１７３を設けるようにしてもよい。ここで、図１では、好ましい例として第１拡散防止層１７３を設けた場合を例示している。
次に、第１電極１７０の構成について詳細に説明する。
第１電極１７０は、好ましくは、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ上に積層される第１導電層１７１と、この第１導電層１７１上に積層される金属反射層１７２と、この上に積層される第１ボンディング層１７４と、上述した第１ボンディング層１７４の露出部位を除いて第１ボンディング層１７４を覆うように設けられ、第１ボンディング層１７４と反対側の面には保護層１９０が積層される第１密着層１７５とを有している。
なお、金属反射層１７２と第１ボンディング層１７４との間に第１拡散防止層１７３を設けるようにしてもよい。ここで、図１では、好ましい例として第１拡散防止層１７３を設けた場合を例示している。
＜第１導電層＞
図１に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には第１導電層１７１が積層されているのが好ましい。第１導電層１７１（図１参照）は、平面視したときに、第２電極１８０を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの周縁部を除くほぼ全面を覆うように形成されている。そして、第１導電層１７１の中央部は一定の膜厚を有し上面１６０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、第１導電層１７１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。ただし、第１導電層１７１は、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよく、また、矩形状の断面を有していてもよい。
図１に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には第１導電層１７１が積層されているのが好ましい。第１導電層１７１（図１参照）は、平面視したときに、第２電極１８０を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの周縁部を除くほぼ全面を覆うように形成されている。そして、第１導電層１７１の中央部は一定の膜厚を有し上面１６０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、第１導電層１７１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。ただし、第１導電層１７１は、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよく、また、矩形状の断面を有していてもよい。
透明導電層の一例としての第１導電層１７１は、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトがとれ、しかもｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。また、この半導体発光素子１では、発光層１５０からの光を、金属反射層１７２を介して基板１１０側に取り出すことから、第１導電層１７１は光透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、第１導電層１７１は優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。また、本実施の形態では、第１導電層１７１の厚さが５ｎｍ（５０Å）に設定されている。なお、第１導電層１７１の厚さは２ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択することができる。ここで、第１導電層１７１の厚さが２ｎｍよりも薄いと、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトが取れにくい場合があり、また、第１導電層１７１の厚さが５００ｎｍよりも厚いと、発光層１５０からの発光及び金属反射層１７２からの反射光の光透過性の点で好ましくない場合がある。
第１導電層１７１の一例としては透明導電層が挙げられる。例えば、本実施の形態では、第１導電層１７１として、酸化物の導電性材料であって、発光層１５０から出射される波長の光に対する光透過性のよいものが用いられる。特に、Ｉｎを含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ2Ｏ3−ＣｅＯ2））等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などのドーパントが添加されていてもかまわない。また、例えばＩｎを含まない酸化物、例えばキャリアをドープしたＳｎＯ2、ＺｎＯ2、ＴｉＯ2等の導電性材料を用いてもよい。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、第１導電層１７１を形成できる。また、第１導電層１７１を形成した後に、第１導電層１７１の透明化と更なる低抵抗化とを目的とした熱アニールを施す場合もある。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、第１導電層１７１を形成できる。また、第１導電層１７１を形成した後に、第１導電層１７１の透明化と更なる低抵抗化とを目的とした熱アニールを施す場合もある。
本実施の形態において、第１導電層１７１は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶を含む透光性材料（例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等）を好ましく使用することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯを第１導電層１７１として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯを第１導電層１７１として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
また、第１導電層１７１に用いるＩＺＯ膜としては、比抵抗が最も低くなる組成を使用することが好ましい。
例えば、ＩＺＯ中のＺｎＯ濃度は１〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％の範囲であることが更に好ましく、１０質量％であると特に好ましい。
例えば、ＩＺＯ中のＺｎＯ濃度は１〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％の範囲であることが更に好ましく、１０質量％であると特に好ましい。
第１導電層１７１に用いるＩＺＯ膜の熱処理は、Ｏ2を含まない雰囲気で行なうことが望ましく、Ｏ2を含まない雰囲気としては、Ｎ2雰囲気などの不活性ガス雰囲気や、またはＮ2などの不活性ガスとＨ2との混合ガス雰囲気などを挙げることができ、Ｎ2雰囲気、またはＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とすることが望ましい。なお、ＩＺＯ膜の熱処理をＮ2雰囲気、またはＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気中で行なうと、例えば、ＩＺＯ膜を六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含む膜に結晶化させるとともに、ＩＺＯ膜のシート抵抗を効果的に減少させることが可能である。
また、ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００℃〜１０００℃が好ましい。５００℃未満の温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できない恐れが生じ、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合には、ＩＺＯ膜は結晶化されているが、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。また、１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜の下にある半導体層を劣化させる恐れもある。
また、ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００℃〜１０００℃が好ましい。５００℃未満の温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できない恐れが生じ、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合には、ＩＺＯ膜は結晶化されているが、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。また、１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜の下にある半導体層を劣化させる恐れもある。
特に、前述のように、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、ｐ型半導体層１６０との密着性が良いため、本発明の実施形態において大変有効である。また、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、抵抗値が低下することから、半導体発光素子１を構成した際に、順方向電圧ＶFを低減できる点でも好ましい。
＜金属反射層＞
図１に示すように、第１導電層１７１の上には金属反射層１７２が積層されている。
金属反射層１７２（図１参照）は、平面視したときに第１導電層１７１の全域を覆うように形成されている。そして、金属反射層１７２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、金属反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。また、金属反射層１７２は、第１導電層１７１上に形成され、ｐ型半導体層１６０上には形成されないようになっている。すなわち、ｐ型半導体層１６０と金属反射層１７２とが直接接触しないように構成されている。
図１に示すように、第１導電層１７１の上には金属反射層１７２が積層されている。
金属反射層１７２（図１参照）は、平面視したときに第１導電層１７１の全域を覆うように形成されている。そして、金属反射層１７２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、金属反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。また、金属反射層１７２は、第１導電層１７１上に形成され、ｐ型半導体層１６０上には形成されないようになっている。すなわち、ｐ型半導体層１６０と金属反射層１７２とが直接接触しないように構成されている。
金属反射層１７２はＡｇ（銀）で構成されている。金属反射層１７２として銀を用いているのは、発光層１５０から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しているためである。また、後述するように、金属反射層１７２は、第１導電層１７１を介してｐ型半導体層１６０に給電を行う機能も有していることから、その抵抗値が低く、しかも第１導電層１７１との接触抵抗を低く抑える必要があるためである。そして、本実施の形態では、金属反射層１７２の厚さが１５０ｎｍ（１５００Å）に設定されている。この金属反射層１７２の厚さは、好ましくは５０ｎｍ以上の範囲より選択することができる。ここで、金属反射層１７２の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、発光層１５０からの光の反射性能が低下する点で好ましくない場合がある。
なお、本実施の形態では、金属反射層１７２としてＡｇ単体を用いているが、Ａｇを含む合金を使用するようにしてもかまわない。
なお、本実施の形態では、金属反射層１７２としてＡｇ単体を用いているが、Ａｇを含む合金を使用するようにしてもかまわない。
＜第１拡散防止層＞
図１に示すように、金属反射層１７２の上には第１拡散防止層１７３が積層されているのが好ましい。この第１拡散防止層１７３は、接触状態にある金属反射層１７２を構成する金属（この例ではＡｇ（銀））の拡散を抑制するために設けられている。
第１拡散防止層１７３は、平面視したときに、金属反射層１７２の全域を覆うように形成されている。そして、第１拡散防止層１７３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１拡散防止層１７３の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。また、第１拡散防止層１７３は、金属反射層１７２上に形成され、ｐ型半導体層１６０上には形成されないようになっている。すなわち、ｐ型半導体層１６０と第１拡散防止層１７３とが直接接触しないように構成されている。
図１に示すように、金属反射層１７２の上には第１拡散防止層１７３が積層されているのが好ましい。この第１拡散防止層１７３は、接触状態にある金属反射層１７２を構成する金属（この例ではＡｇ（銀））の拡散を抑制するために設けられている。
第１拡散防止層１７３は、平面視したときに、金属反射層１７２の全域を覆うように形成されている。そして、第１拡散防止層１７３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１拡散防止層１７３の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。また、第１拡散防止層１７３は、金属反射層１７２上に形成され、ｐ型半導体層１６０上には形成されないようになっている。すなわち、ｐ型半導体層１６０と第１拡散防止層１７３とが直接接触しないように構成されている。
第１拡散防止層１７３は、金属反射層１７２とオーミックコンタクトがとれ、しかも、金属反射層１７２との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。ただし、後述するように、第１拡散防止層１７３は発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に要しないので、上記第１導電層１７１とは異なり、光透過性を有している必要はない。なお、後述するように発光層１５０からの光の取り出し効率を高めるという観点からすれば、第１拡散防止層１７３として、発光層１５０の発する光の吸収が少ないものを用いることが望ましい。また、後述するように、第１拡散防止層１７３は、金属反射層１７２および第１導電層１７１を介してｐ型半導体層１６０に給電を行う機能も有していることから、優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
そして、本実施の形態では、第１拡散防止層１７３の厚さが、５０ｎｍ（５００Å）に設定されている。本実施の形態においては、第１拡散防止層１７３の厚さが５０ｎｍ以上であれば、金属反射層１７２を構成するＡｇ（銀）のマイグレーションが抑制されやすくなる点で好ましい。これに対し、第１拡散防止層１７３の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、第１拡散防止層１７３上に形成する第１ボンディング層１７４へのＡｇ（銀）のマイグレーション防止の点で好ましくない。また、第１拡散防止層１７３の厚さが５０００ｎｍよりも厚いと、材料のコストアップの点で好ましくない。なお、本実施の形態では、第１導電層１７１の厚さが第１拡散防止層１７３の厚さよりも薄くなるように、それぞれの厚さが設定されている。
本実施の形態では、第１拡散防止層１７３として、第１導電層１７１と同様にＩＺＯが用いられている。ただし、第１拡散防止層１７３を構成するＩＺＯには熱処理が行われないことから、アモルファス状態のままとなっている。
なお、第１拡散防止層１７３としては、ＩＺＯの他、ＩＴＯ、ＩＧＯ、ＩＣＯ等を用いることができる。また、例えばキャリアをドープしたＳｎＯ2、ＺｎＯ2、ＴｉＯ2等の導電性材料を用いてもよい。さらに、Ｎｉ（ニッケル）やＴｉ（チタン）などの金属材料を用いるようにしても差し支えない。
＜第１ボンディング層＞
図１に示すように、第１拡散防止層１７３の上面および側面には、第１拡散防止層１７３を覆うように第１ボンディング層１７４が積層されている。
第１ボンディング層１７４は、平面視したときに、第１拡散防止層１７３の全域を覆うように形成されている。そして、第１ボンディング層１７４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１ボンディング層１７４の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
図１に示すように、第１拡散防止層１７３の上面および側面には、第１拡散防止層１７３を覆うように第１ボンディング層１７４が積層されている。
第１ボンディング層１７４は、平面視したときに、第１拡散防止層１７３の全域を覆うように形成されている。そして、第１ボンディング層１７４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１ボンディング層１７４の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
第１ボンディング層１７４は、少なくとも１層以上の金属層を備え、最も内側の層が第１拡散防止層１７３等と接するように形成される。また、最も外側となる最表層の金属層には一般にＡｕ（金）が用いられる。本実施の形態では、第１ボンディング層１７４としてＡｕ（金）の単層膜を用いているが、例えば第１拡散防止層１７３に接して形成される第１層としてのＮｉ（ニッケル）層と、このＮｉ層の外側に形成される第２層としてのＰｔ（白金）層と、このＰｔ層の外側であって最も外側に形成される第３層としてのＡｕ（金）層とを有する構造を採用するようにしてもよい。そして、本実施の形態では、第１ボンディング層１７４の全体の厚さが、３００ｎｍ（３０００Å）に設定されている。第１ボンディング層１７４の全体の厚さは、フリップチップ実装する際のパッド電極としての機能を有する厚さがあれば、厚さに制限なく使用することができるが、好ましくは５０ｎｍ（５００Å）〜８０００ｎｍ（８００００Å）に設定されている。
なお、第１ボンディング層１７４を複数の金属層で構成する場合において、第１拡散防止層１７３と接する第１層を構成する材料としては、上述したＮｉ（ニッケル）の他、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、ＮｉＴｉ（ニッケルチタン）合金、およびこれらの窒化物を使用することができる。
＜第１密着層＞
図１に示すように、第１ボンディング層１７４の上面および側面には、第１ボンディング層１７４を覆うように第１密着層１７５が積層されているのが好ましい。
第１密着層１７５は、平面視したときに、第１ボンディング層１７４の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第１密着層１７５の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１密着層１７５の端部側はｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。この第１密着層１７５の側面側の端部は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃと接するように設けられている。
図１に示すように、第１ボンディング層１７４の上面および側面には、第１ボンディング層１７４を覆うように第１密着層１７５が積層されているのが好ましい。
第１密着層１７５は、平面視したときに、第１ボンディング層１７４の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第１密着層１７５の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１密着層１７５の端部側はｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。この第１密着層１７５の側面側の端部は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃと接するように設けられている。
第１密着層１７５は、Ａｕ（金）で構成された第１ボンディング層１７４と保護層１９０との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第１密着層１７５は、Ｔａ（タンタル）で形成されている。ただし、第１密着層１７５として、Ｔａ（タンタル）以外に、例えばＴｉ（チタン）やＮｉ（ニッケル）を用いることも可能である。そして、本実施の形態では、第１密着層１７５の厚さが、１０ｎｍ（１００Å）に設定されている。第１密着層１７５の厚さは、５ｎｍ〜４００ｎｍとすることが好ましく、５ｎｍ〜３００ｎｍとすることがより好ましく、７ｎｍ〜１００ｎｍとすることが更に好ましい。第１密着層１７５の厚みが５ｎｍ未満になると、第１密着層１７５の接合強度が低下するので好ましくない。
＜第２電極＞
続いて、第２電極１８０の構成について詳細に説明する。
第２電極１８０は、好ましくは、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上に積層される第２導電層１８１と、第２導電層１８１の上に積層される第２ボンディング層１８３と、上述した第２ボンディング層１８３の露出部位を除いて第２ボンディング層１８３を覆うように設けられ、第２ボンディング層１８３と反対側の面には保護層１９０が積層される第２密着層１８４とを有している。
なお、第２導電層１８１と第２ボンディング層１８３との間に第２拡散防止層１８２を設けるようにしてもよい。ここで、図１には、好ましい例として第２拡散防止層１８２を設けた場合を例示している。
続いて、第２電極１８０の構成について詳細に説明する。
第２電極１８０は、好ましくは、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上に積層される第２導電層１８１と、第２導電層１８１の上に積層される第２ボンディング層１８３と、上述した第２ボンディング層１８３の露出部位を除いて第２ボンディング層１８３を覆うように設けられ、第２ボンディング層１８３と反対側の面には保護層１９０が積層される第２密着層１８４とを有している。
なお、第２導電層１８１と第２ボンディング層１８３との間に第２拡散防止層１８２を設けるようにしてもよい。ここで、図１には、好ましい例として第２拡散防止層１８２を設けた場合を例示している。
＜第２導電層＞
図１に示すように、ｎ型半導体層１４０の上には第２導電層１８１が積層されているのがよい。
第２導電層１８１（図１参照）は、平面視したときに、円形状の外形を有している。そして、第２導電層１８１の中央部は一定の膜厚を有し半導体層露出面１４０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、第２導電層１８１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。ただし、第２導電層１８１は、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよく、また、矩形状の断面を有していてもよく、さらに円形状以外の外形を有していてもよい。
図１に示すように、ｎ型半導体層１４０の上には第２導電層１８１が積層されているのがよい。
第２導電層１８１（図１参照）は、平面視したときに、円形状の外形を有している。そして、第２導電層１８１の中央部は一定の膜厚を有し半導体層露出面１４０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、第２導電層１８１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。ただし、第２導電層１８１は、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよく、また、矩形状の断面を有していてもよく、さらに円形状以外の外形を有していてもよい。
第２導電層１８１は、ｎ型半導体層１４０とオーミックコンタクトがとれ、しかもｎ型半導体層１４０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。
本実施の形態では、第２導電層１８１として、Ａｌ（アルミニウム）を用いている。第２導電層１８１を構成するＡｌ（アルミニウム）は、上述した第１電極１７０の金属反射層１７２を構成するＡｇ（銀）と同様、発光層１５０から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しており、こちらも金属反射層として機能するようになっている。また、本実施の形態では、第２導電層１８１の厚さは１００ｎｍ（１０００Å）に設定されている。なお、第２導電層１８１の厚さは５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲より選択することができる。ここで、第２導電層１８１の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、光が透過してしまうことによって光の取り出し効率が低下し、また、第２導電層１８１の厚さが１００ｎｍよりも厚いと、成膜時間が長くなることによりレジストが加熱され、レジスト残渣が生じやすくなるなど、信頼性の面で好ましくない場合がある。
本実施の形態では、第２導電層１８１として、Ａｌ（アルミニウム）を用いている。第２導電層１８１を構成するＡｌ（アルミニウム）は、上述した第１電極１７０の金属反射層１７２を構成するＡｇ（銀）と同様、発光層１５０から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しており、こちらも金属反射層として機能するようになっている。また、本実施の形態では、第２導電層１８１の厚さは１００ｎｍ（１０００Å）に設定されている。なお、第２導電層１８１の厚さは５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲より選択することができる。ここで、第２導電層１８１の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、光が透過してしまうことによって光の取り出し効率が低下し、また、第２導電層１８１の厚さが１００ｎｍよりも厚いと、成膜時間が長くなることによりレジストが加熱され、レジスト残渣が生じやすくなるなど、信頼性の面で好ましくない場合がある。
＜第２拡散防止層＞
図１に示すように、第２導電層１８１の上には第２拡散防止層１８２が積層されているのが好ましい。この第２拡散防止層１８２は、接触状態にある第２導電層１８１を構成する金属（この例ではＡｌ（アルミニウム））の拡散を抑制するために設けられている。
第２拡散防止層１８２は、平面視したときに、第２導電層１８１の全域を覆うように形成されている。そして、第２拡散防止層１８２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、第２拡散防止層１８２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。また、第２拡散防止層１８２は、第２導電層１８１上に形成され、ｎ型半導体層１４０上には形成されないようになっている。すなわち、ｎ型半導体層１４０と第２拡散防止層１８２とが直接接触しないように構成されている。
図１に示すように、第２導電層１８１の上には第２拡散防止層１８２が積層されているのが好ましい。この第２拡散防止層１８２は、接触状態にある第２導電層１８１を構成する金属（この例ではＡｌ（アルミニウム））の拡散を抑制するために設けられている。
第２拡散防止層１８２は、平面視したときに、第２導電層１８１の全域を覆うように形成されている。そして、第２拡散防止層１８２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、第２拡散防止層１８２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。また、第２拡散防止層１８２は、第２導電層１８１上に形成され、ｎ型半導体層１４０上には形成されないようになっている。すなわち、ｎ型半導体層１４０と第２拡散防止層１８２とが直接接触しないように構成されている。
そして、本実施の形態では、第２拡散防止層１８２の厚さが、１００ｎｍ（１０００Å）に設定されている。本実施の形態においては、第２拡散防止層１８２の厚さが５０ｎｍ以上であれば、第２導電層１８１を構成するＡｌ（アルミニウム）のマイグレーションが抑制されやすくなる点で好ましい。これに対し、第２拡散防止層１８２の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、第２拡散防止層１８２上に形成する第２ボンディング層１８３へのＡｌ（アルミニウム）のマイグレーション防止の点で好ましくない。また、第２拡散防止層１８２の厚さが５０００ｎｍよりも厚いと、材料のコストアップの点で好ましくない。
本実施の形態では、第２拡散防止層１８２として、Ｐｔ（白金）を用いている。
なお、第２拡散防止層１８２としては、Ｐｔ（白金）の他に、Ｒｈ（ロジウム）、Ｗ（タングステン）などの金属材料を用いるようにしてもよい。
なお、第２拡散防止層１８２としては、Ｐｔ（白金）の他に、Ｒｈ（ロジウム）、Ｗ（タングステン）などの金属材料を用いるようにしてもよい。
＜第２ボンディング層＞
図１に示すように、第２拡散防止層１８２の上には第２ボンディング層１８３が積層されている。
第２ボンディング層１８３は、図２に示すように、第２拡散防止層１８２の全域を覆うように形成されている。そして、第２ボンディング層１８３の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、第１ボンディング層１７４の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。
図１に示すように、第２拡散防止層１８２の上には第２ボンディング層１８３が積層されている。
第２ボンディング層１８３は、図２に示すように、第２拡散防止層１８２の全域を覆うように形成されている。そして、第２ボンディング層１８３の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、第１ボンディング層１７４の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。
第２ボンディング層１８３は、上述した第１電極１７０の第１ボンディング層１７４と同様、少なくとも１層以上の金属層を備え、最も内側の層が第１拡散防止層１７３等と接するように形成される。また、最も外側となる最表層の金属層には一般にＡｕ（金）が用いられる。本実施の形態では、第２ボンディング層１８３が第１ボンディング層１７４と同じＡｕ（金）の単層膜で構成されている。また、本実施の形態では、第２ボンディング層１８３の全体の厚さが、１０００ｎｍ（１００００Å）に設定されている。第２ボンディング層１８３の全体の厚さも、好ましくは５０ｎｍ（５００Å）〜８０００ｎｍ（８００００Å）に設定されている。なお、第１拡散防止層１７３のところで説明したように、第２ボンディング層１８３を複数の金属層の積層構造とすることもできる。
＜第２密着層＞
図１に示すように、第２ボンディング層１８３の上には第２密着層１８４が積層されているのが好ましい。
第２密着層１８４は、平面視したときに、第２ボンディング層１８３の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第２密着層１８４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第２密着層１８４の端部側はｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。この第２密着層１８４の側面側の端部は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃと接するように設けられている。
図１に示すように、第２ボンディング層１８３の上には第２密着層１８４が積層されているのが好ましい。
第２密着層１８４は、平面視したときに、第２ボンディング層１８３の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第２密着層１８４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第２密着層１８４の端部側はｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。この第２密着層１８４の側面側の端部は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃと接するように設けられている。
第２密着層１８４は、上述した第１電極１７０の第１密着層１７５と同様に、Ａｕ（金）で構成された第２ボンディング層１８３と保護層１９０との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第２密着層１８４は、第１密着層１７５と同じくＴａ（タンタル）で形成されている。ただし、第２密着層１８４として、Ｔａ（タンタル）以外に、例えばＴｉ（チタン）やＮｉ（ニッケル）を用いることも可能である。そして、本実施の形態では、第２密着層１８４の厚さが、１０ｎｍ（１００Å）に設定されている。第２密着層１８４の厚さは、厚みは、５ｎｍ〜４００ｎｍとすることが好ましく、５ｎｍ〜３００ｎｍとすることがより好ましく、７ｎｍ〜１００ｎｍとすることが更に好ましい。第２密着層１８４の厚みが５ｎｍ未満になると、第２密着層１８４の接合強度が低下するので好ましくない。
＜保護層＞
図１に示すように、保護層１９０は、第１電極１７０および第２電極１８０を覆う。より具体的には、保護層１９０は、第１電極１７０の一部および第２電極１８０の一部を除いて、第１電極層１７０における基板１１０とは反対側の面である第１密着層上面１７５ｃ、および第２電極層１８０における基板１１０とは反対側の面である第２密着層上面１８４ｃを覆う。
さらに、保護層１９０は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）を覆うように積層されている。保護層１９０は、外部から水等が発光層１５０、第１電極１７０および第２電極１８０に浸入するのを抑制してこれらを保護する機能を備えている。なお、本実施の形態では、保護層１９０をＳｉＯ２（酸化珪素）で構成している。
図１に示すように、保護層１９０は、第１電極１７０および第２電極１８０を覆う。より具体的には、保護層１９０は、第１電極１７０の一部および第２電極１８０の一部を除いて、第１電極層１７０における基板１１０とは反対側の面である第１密着層上面１７５ｃ、および第２電極層１８０における基板１１０とは反対側の面である第２密着層上面１８４ｃを覆う。
さらに、保護層１９０は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）を覆うように積層されている。保護層１９０は、外部から水等が発光層１５０、第１電極１７０および第２電極１８０に浸入するのを抑制してこれらを保護する機能を備えている。なお、本実施の形態では、保護層１９０をＳｉＯ２（酸化珪素）で構成している。
＜第１電極と第２電極との関係＞
ここで、第１電極１７０と第２電極１８０との関係をみると、第２電極１８０の端部であって基板１１０とは反対側の端部が、第１電極１７０の端部であって基板１１０とは反対側の端部と比較して、突出している。この第１電極１７０の端部と比較して第２電極１８０の端部の突出した部分を段差とすると、この段差の高さは、本発明では、１０ｎｍを超えるのが好ましく、さらに１００ｎｍ以上であることがより好ましい。また、この段差は、３μｍ以下であることが好ましい。
本発明において、より具体的には、第２電極１８０の第２密着層上面１８４ｃと、第１電極層１７０の第１密着層上面１７５ｃとを、基板１１０との位置関係で比較すると、第２密着層上面１８４ｃの方が、基板１１０から、より遠い位置に配置されている。いわば、基板１１０からの高さとして考えると、第１電極１７０の高さよりも、第２電極１８０の高さの方が高い。
さらに、本発明においては、第２電極１８０の第２密着層上面１８４ｃ上に設けられた第２はんだ２２（Ａｕメッキバンプとも言う。）と、第１電極１７０の第１密着層上面１７５ｃ上に、または第１ボンディング層１７４上に設けられた第１はんだ２１（Ａｕメッキバンプとも言う。）とを、基板１１０との位置関係で比較すると、第２はんだ２２の方が基板１１０から、より遠い位置に配置されている。すなわち、第２はんだ２２まで含めた構成の第２電極１８０の高さの方が、第１はんだ２１まで含めた構成の第１電極１７０の高さよりも、高い構成を有する半導体発光素子であってもよい。
この場合、半導体発光素子１の第１電極１７０及び第２電極１８０にはんだ（Ａｕメッキバンプとも言う。）が設けられており、この半導体発光素子１を用いてＡｕ、スズ、はんだをさらに介して配線基板に実装されてもよい。
ここで、第１電極１７０と第２電極１８０との関係をみると、第２電極１８０の端部であって基板１１０とは反対側の端部が、第１電極１７０の端部であって基板１１０とは反対側の端部と比較して、突出している。この第１電極１７０の端部と比較して第２電極１８０の端部の突出した部分を段差とすると、この段差の高さは、本発明では、１０ｎｍを超えるのが好ましく、さらに１００ｎｍ以上であることがより好ましい。また、この段差は、３μｍ以下であることが好ましい。
本発明において、より具体的には、第２電極１８０の第２密着層上面１８４ｃと、第１電極層１７０の第１密着層上面１７５ｃとを、基板１１０との位置関係で比較すると、第２密着層上面１８４ｃの方が、基板１１０から、より遠い位置に配置されている。いわば、基板１１０からの高さとして考えると、第１電極１７０の高さよりも、第２電極１８０の高さの方が高い。
さらに、本発明においては、第２電極１８０の第２密着層上面１８４ｃ上に設けられた第２はんだ２２（Ａｕメッキバンプとも言う。）と、第１電極１７０の第１密着層上面１７５ｃ上に、または第１ボンディング層１７４上に設けられた第１はんだ２１（Ａｕメッキバンプとも言う。）とを、基板１１０との位置関係で比較すると、第２はんだ２２の方が基板１１０から、より遠い位置に配置されている。すなわち、第２はんだ２２まで含めた構成の第２電極１８０の高さの方が、第１はんだ２１まで含めた構成の第１電極１７０の高さよりも、高い構成を有する半導体発光素子であってもよい。
この場合、半導体発光素子１の第１電極１７０及び第２電極１８０にはんだ（Ａｕメッキバンプとも言う。）が設けられており、この半導体発光素子１を用いてＡｕ、スズ、はんだをさらに介して配線基板に実装されてもよい。
次に、図１に示す半導体発光素子１の使用方法について説明する。
図３は、図１に示す半導体発光素子１を配線基板１０に実装した発光装置の構成の一例を示す図である。
配線基板１０の一方の面には、正電極１１と負電極１２とが形成されている。
そして、配線基板１０に対し、図１に示す半導体発光素子１の上下を反転させた状態で、正電極１１には第１電極１７０（具体的には第１ボンディング層１７４）を、また、負電極１２には第２電極１８０（具体的には第２ボンディング層１８３）を、それぞれ第１はんだ２１および第２はんだ２２を用いて電気的に接続すると共に機械的に固定している。このような配線基板１０に対する半導体発光素子１の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれるものである。フリップチップ接続においては、配線基板１０からみて、半導体発光素子１の基板１１０が発光層１５０よりも遠い位置に置かれる。
図３は、図１に示す半導体発光素子１を配線基板１０に実装した発光装置の構成の一例を示す図である。
配線基板１０の一方の面には、正電極１１と負電極１２とが形成されている。
そして、配線基板１０に対し、図１に示す半導体発光素子１の上下を反転させた状態で、正電極１１には第１電極１７０（具体的には第１ボンディング層１７４）を、また、負電極１２には第２電極１８０（具体的には第２ボンディング層１８３）を、それぞれ第１はんだ２１および第２はんだ２２を用いて電気的に接続すると共に機械的に固定している。このような配線基板１０に対する半導体発光素子１の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれるものである。フリップチップ接続においては、配線基板１０からみて、半導体発光素子１の基板１１０が発光層１５０よりも遠い位置に置かれる。
さて、上述のように、第１電極１７０及び第２電極１８０それぞれについての、基板１１０からの高さを比較すると、第２電極１８０の方が第１電極１７０よりも高い。しかしながら、第１はんだ２１及び第２はんだ２２とを調整することにより、半導体発光素子１の基板１１０と、配線基板１０とを略平行に設置しうる。これは、図３に示すように、半導体発光素子１の基板１１０を基準とした高さ方向の長さにおいて、第２電極１８０側の第２はんだ２２の長さを、第１電極１７０側の第１はんだ２１の長さよりも短くすることによる。なお、ここでの略平行とは、平行を含む。
そして、基板１１０からの高さとして考えて、第２電極１８０の高さが第１電極１７０の高さよりも高いことによって、電気的な接触不良の発生を低減することができる。
このことを具体的に説明する。まず、例えば第１電極１７０の高さが、第２電極１８０の高さよりも高い場合を考える。図１に示すように、第２電極１８０と比較して、第１電極１７０はより面積が広いことから、配線基板１０に固定する際に、第１電極１７０のみが配線基板１０側と接触して、第２電極１８０が配線基板１０側と接触することなく固定されることも考えられる。この場合、第２電極１８０が配線基板１０側との電気的な接触不良を起こす可能性が高まる。一方で、第２電極１８０の高さが第１電極１７０の高さよりも高いと、第２電極１８０は、より確実に配線基板１０側と接触して、固定される。したがって、第２電極１８０と配線基板１０との接触不良の発生を低減することができる。
ここで、当技術分野では、光取り出し効率を向上させるため、第２電極１８０の面積をより小さくすることが望まれている。一方で、第２電極１８０の面積が小さくなることは、第２電極１８０とｎ型半導体層１４０との導通をとることをより困難とする。このような技術的背景から、第２電極１８０と基板１１０との接触不良の発生を低減し、導通を確保する上記の構成は特に有効である。
このことを具体的に説明する。まず、例えば第１電極１７０の高さが、第２電極１８０の高さよりも高い場合を考える。図１に示すように、第２電極１８０と比較して、第１電極１７０はより面積が広いことから、配線基板１０に固定する際に、第１電極１７０のみが配線基板１０側と接触して、第２電極１８０が配線基板１０側と接触することなく固定されることも考えられる。この場合、第２電極１８０が配線基板１０側との電気的な接触不良を起こす可能性が高まる。一方で、第２電極１８０の高さが第１電極１７０の高さよりも高いと、第２電極１８０は、より確実に配線基板１０側と接触して、固定される。したがって、第２電極１８０と配線基板１０との接触不良の発生を低減することができる。
ここで、当技術分野では、光取り出し効率を向上させるため、第２電極１８０の面積をより小さくすることが望まれている。一方で、第２電極１８０の面積が小さくなることは、第２電極１８０とｎ型半導体層１４０との導通をとることをより困難とする。このような技術的背景から、第２電極１８０と基板１１０との接触不良の発生を低減し、導通を確保する上記の構成は特に有効である。
さらに、基板１１０からの高さとして考えて、第２電極１８０の高さを第１電極１７０の高さよりも高くすることにより、次のような効果も得られる。例えば、第２電極１８０の高さを、第１電極１７０と同じ高さにするべく半導体発光素子１を製造したとしても、製造上のばらつきから、第２電極１８０の方が高い場合や、逆に第２電極１８０の方が低い場合が生じる。このような半導体発光素子１を配線基板１０に固定すると、第１電極１７０側に傾いて固定される（第１電極１７０側がより配線基板１０に近づいて固定される）場合も、第２電極１８０側に傾いて固定される（第２電極１８０側がより配線基板１０に近づいて固定される）場合もある。つまり、半導体発光素子１は、第１電極１７０側及び第２電極１８０側の、両方向の側に傾く場合がある。
しかしながら、基板１１０からの高さとして考えて、第２電極１８０の高さを第１電極１７０の高さよりも高くするべく半導体発光素子１を製造すると、その半導体発光素子１は第１電極１７０側に傾いて固定される可能性が高まる。したがって、半導体発光素子１から出射される光をより制御しやすくなる。
しかしながら、基板１１０からの高さとして考えて、第２電極１８０の高さを第１電極１７０の高さよりも高くするべく半導体発光素子１を製造すると、その半導体発光素子１は第１電極１７０側に傾いて固定される可能性が高まる。したがって、半導体発光素子１から出射される光をより制御しやすくなる。
では、図３を用いて、発光装置の発光動作について説明する。
配線基板１０の正電極１１および負電極１２を介して、半導体発光素子１に正電極１１から負電極１２に向かう電流を流すと、半導体発光素子１では、第１電極１７０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介して第２電極１８０に向かう電流が流れ、発光層１５０から青色光が出力される。なお、このとき、第１電極１７０では、第１ボンディング層１７４、第１拡散防止層１７３、金属反射層１７２および第１導電層１７１を介して電流が流れ、ｐ型半導体層１６０には、上面１６０ｃの面上において均一化された状態の電流が供給される。
配線基板１０の正電極１１および負電極１２を介して、半導体発光素子１に正電極１１から負電極１２に向かう電流を流すと、半導体発光素子１では、第１電極１７０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介して第２電極１８０に向かう電流が流れ、発光層１５０から青色光が出力される。なお、このとき、第１電極１７０では、第１ボンディング層１７４、第１拡散防止層１７３、金属反射層１７２および第１導電層１７１を介して電流が流れ、ｐ型半導体層１６０には、上面１６０ｃの面上において均一化された状態の電流が供給される。
発光層１５０から出力される光のうち基板１１０側に向かう光は、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を透過し、図３に示す矢印方向すなわち半導体発光素子１の外部に出射される。
一方、発光層１５０から出射される光のうち第１電極１７０側に向かう光は、ｐ型半導体層１６０および第１導電層１７１を介して金属反射層１７２に到達し、金属反射層１７２で反射される。そして、金属反射層１７２で反射した光は、第１導電層１７１、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を透過し、図３に示す矢印方向すなわち半導体発光素子１の外部に出射される。
ここで、本実施の形態では、第１電極１７０に金属反射層１７２を設けることにより、半導体発光素子１から出力される光の取り出し効率を向上させることができる。また、金属反射層１７２に電極としての機能と鏡としての機能とを兼ねさせるようにしたので、半導体発光素子１の構成を簡易なものとすることができる。
次に、図４を用いて、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。ここで、図４は本発明の実施例における実験結果を示すテーブルであり、各実施例における不良率を示す。なお、図４における第１電極および第２電極の列における各欄は、各層の材質および厚さを示す。
（実施例１）
＜半導体発光素子の作製＞
本実施の形態の具体例として、窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体発光素子１を次のようにして製造した。先ず、サファイアからなる基板１１０上に、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる中間層１２０（バッファ層）を介して、厚さ５μｍのアンドープＧａＮ（窒化ガリウム）からなる下地層１３０を形成した。次に、厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、厚さ２５０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層を形成した後、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１５０を形成した。
さらに、厚さ１０ｎｍのＭｇ（マグネシウム）ドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ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形成し、半導体ウェーハを作製した。
なお、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。但し、ＡｌＮからなる中間層は、スパッタ法により当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
（実施例１）
＜半導体発光素子の作製＞
本実施の形態の具体例として、窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体発光素子１を次のようにして製造した。先ず、サファイアからなる基板１１０上に、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる中間層１２０（バッファ層）を介して、厚さ５μｍのアンドープＧａＮ（窒化ガリウム）からなる下地層１３０を形成した。次に、厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、厚さ２５０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層を形成した後、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１５０を形成した。
さらに、厚さ１０ｎｍのＭｇ（マグネシウム）ドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ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形成し、半導体ウェーハを作製した。
なお、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。但し、ＡｌＮからなる中間層は、スパッタ法により当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
次に、３５０μｍ角の半導体発光素子１を作製するために、一辺の長さが３２０μｍの略正方形状の開口部（図１の半導体発光素子１の断面模式図では、第１導電層１７１を形成できる開口部形状）を備える第１のマスクを形成した。レジストとしては、ＡＺ５２００ＮＪ（製品名：ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社製）を用いた。
次に、前記第１のマスクを具備した状態で、スパッタ法により、厚さ５ｎｍのＩＺＯからなる第１導電層１７１、厚さ１５０ｎｍのＡｇからなる金属反射層１７２、厚さ５０ｎｍのＩＺＯからなる第１拡散防止層１７３及び厚さ３００ｎｍのＡｕ（金）からなる第１ボンディング層１７４を形成した。
次に、レジスト剥離液を用いて、第１のマスクを除去した。
次に、前記第１のマスクを具備した状態で、スパッタ法により、厚さ５ｎｍのＩＺＯからなる第１導電層１７１、厚さ１５０ｎｍのＡｇからなる金属反射層１７２、厚さ５０ｎｍのＩＺＯからなる第１拡散防止層１７３及び厚さ３００ｎｍのＡｕ（金）からなる第１ボンディング層１７４を形成した。
次に、レジスト剥離液を用いて、第１のマスクを除去した。
次に、一辺の長さが３３０μｍの略正方形状の開口部を備える第２のマスクを形成した。レジストとしては、ＡＺ５２００ＮＪを用いた。
前記第２のマスクを具備した状態で、スパッタ法により、厚さ１０ｎｍのＴａ（タンタル）からなる第１密着層１７５を形成した。その後、レジスト剥離液を用いて、第２のマスクを除去した。
前記第２のマスクを具備した状態で、スパッタ法により、厚さ１０ｎｍのＴａ（タンタル）からなる第１密着層１７５を形成した。その後、レジスト剥離液を用いて、第２のマスクを除去した。
次に、フォトリソグラフィーの手法を用いて３５０μｍ角の発光素子の第２電極１８０を形成する領域を開口部とするマスクを形成し、公知の方法でｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎクラッド層１４０ｂ及びｎコンタクト層１４０ａの一部をエッチングさせ、第２電極１８０を形成する所望の領域にｎ型ＧａＮコンタクト層を露出させた。この半導体層露出面１４０ｃに公知なマスク形成工程にしたがって、第２電極１８０の所望の大きさを開口部とする第３のマスクを形成した。レジストとしては、上記と同じＡＺ５２００ＮＪを用いた。当該マスクを具備した状態で、スパッタ法により、厚さ１００ｎｍのＡｌからなる第２導電層１８１、厚さ１００ｎｍのＰｔ（白金）からなる第２拡散防止層１８２、厚さ１０００ｎｍのＡｕからなる第２ボンディング層１８３を順次形成した。続いてレジスト剥離液を用いて、第３のマスクを除去した。
次に、第３のマスクより広い開口部形状を備える第４のマスクを形成した。レジストとしては、ＡＺ５２００ＮＪを用いた。
このマスクを具備した状態で、スパッタ法により、厚さ１０ｎｍのＴａからなる第２密着層１８４を形成した。その後、レジスト剥離液を用いて、第４のマスクを除去した。
このマスクを具備した状態で、スパッタ法により、厚さ１０ｎｍのＴａからなる第２密着層１８４を形成した。その後、レジスト剥離液を用いて、第４のマスクを除去した。
次に、フォトリソグラフィーのマスクプロセスと公知なスパッタ法を用いて、第１電極１７０表面、第２電極１８０表面及びｐ型半導体層１６０等を、厚さ２５０ｎｍｍのＳｉＯ２からなる保護層１９０で保護した。次いで、第１電極１７０及び第２電極１８０上にボンディング用の露出面を形成する為に、所望の領域をエッチングし、当該領域の保護層１９０と第１密着層１７５および第２密着層１８４を除去し、第１ボンディング層１７４および第２ボンディング層１８３を露出させた。
このようにして、ｎ型ＧａＮコンタクト層の露出面から延伸した第２電極１８０の長さが、第１電極１７０よりも突出して高い構成とする半導体発光素子１を製造した。
このようにして、ｎ型ＧａＮコンタクト層の露出面から延伸した第２電極１８０の長さが、第１電極１７０よりも突出して高い構成とする半導体発光素子１を製造した。
＜第１電極１７０及び第２電極１８０の高さの測定＞
第１電極１７０（ｐ電極）の高さは、第１電極１７０と第２電極１８０（ｎ電極）との間に形成されたｎ型コンタクト層の露出面を覆う保護層１９０の表面から、第１電極１７０を覆う保護層１９０の表面までの距離を、接触式測定器を用いて測定した。第２電極１８０の高さは、第１電極１７０と第２電極１８０との間に形成されたｎコンタクト層１４０ａの露出面を覆う保護層１９０の表面から、第２電極１８０を覆う保護層１９０の表面までの距離を、接触式測定器を用いて測定した。
第１電極１７０（ｐ電極）の高さは、第１電極１７０と第２電極１８０（ｎ電極）との間に形成されたｎ型コンタクト層の露出面を覆う保護層１９０の表面から、第１電極１７０を覆う保護層１９０の表面までの距離を、接触式測定器を用いて測定した。第２電極１８０の高さは、第１電極１７０と第２電極１８０との間に形成されたｎコンタクト層１４０ａの露出面を覆う保護層１９０の表面から、第２電極１８０を覆う保護層１９０の表面までの距離を、接触式測定器を用いて測定した。
第１電極１７０及び第２電極１８０の高さの差は、１つの半導体発光素子１のチップにおいて、第１電極１７０の高さから第２電極１８０の高さを差し引いた値として求めた。この高さの差が、マイナスを表す場合には、第２電極１８０の高さが、第１電極１７０よりも突出して高い構成となる。
１枚のウエーハから、任意に５点の発光素子チップパターンを選び出し、それぞれの第１電極１７０及び第２電極１８０の高さを測定した。この測定を１０枚のウエーハに対して実施した。合計５０点の第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差を求めたところ、その平均値は−（マイナス）１０ｎｍであった。
１枚のウエーハから、任意に５点の発光素子チップパターンを選び出し、それぞれの第１電極１７０及び第２電極１８０の高さを測定した。この測定を１０枚のウエーハに対して実施した。合計５０点の第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差を求めたところ、その平均値は−（マイナス）１０ｎｍであった。
＜実装後の接触不良率の評価＞
続いて、１０枚のウエーハの裏面を研磨し、所定の厚さに薄板化し、３５０μｍ角のサイズに分割して５１万個の実装用の半導体発光素子１のチップを製造した。これらのチップは、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で基板に実装した。
この時の実装後の接触不良率の評価は、以下の方法に準じた。実装前のチップ毎にプローバで２０ｍＡ順方向駆動電圧を測定し、その後チップを基板に実装した後、２０ｍＡの順方向駆動電圧を再び測定した。実装前後での当該駆動電圧が０．０１Ｖ以下であるものを合格として、それ以外のチップは不合格として、実装後の接触不良率を求めた。以上、実施例１における電極構造および評価結果を図４に示す。実装後の接触不良数は、５個であり、実装不良率は０．００１％であった。
続いて、１０枚のウエーハの裏面を研磨し、所定の厚さに薄板化し、３５０μｍ角のサイズに分割して５１万個の実装用の半導体発光素子１のチップを製造した。これらのチップは、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で基板に実装した。
この時の実装後の接触不良率の評価は、以下の方法に準じた。実装前のチップ毎にプローバで２０ｍＡ順方向駆動電圧を測定し、その後チップを基板に実装した後、２０ｍＡの順方向駆動電圧を再び測定した。実装前後での当該駆動電圧が０．０１Ｖ以下であるものを合格として、それ以外のチップは不合格として、実装後の接触不良率を求めた。以上、実施例１における電極構造および評価結果を図４に示す。実装後の接触不良数は、５個であり、実装不良率は０．００１％であった。
（実施例２）
第１電極１７０における第１導電層１７１を厚さ５ｎｍのＩＴＯとし、第１拡散防止層１７３を厚さ５０ｎｍのＩＴＯとし、第１密着層１７５を厚さ１０ｎｍのＴｉとし、第２電極１８０における第２ボンディング層１８３を厚さ１７００ｎｍのＡｕとし、第２密着層１８４を厚さ１０ｎｍのＴｉとした以外は、実施例１と同様にして、半導体発光素子１のチップを形成したウエーハを製造した。そして、実施例１と同様にして、１０枚のウエーハに対し合計５０点の第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差を求めた。その結果、第１電極１７０と第２電極１８０との高さの差の平均値は、−７２１ｎｍであった。
次に、実施例１と同様にして実装後の接触不良率を求めた。１０枚のウエーハを、それぞれ所定の厚さに薄板化し、３５０μｍ角のサイズに分割して５２万８８００個のチップを製造した。さらに実施例１と同様にして、これらのチップを基板に実装し評価したところ、実装後の接触不良数は、０個であった。実施例２における電極構造および評価結果を図４に示す。
第１電極１７０における第１導電層１７１を厚さ５ｎｍのＩＴＯとし、第１拡散防止層１７３を厚さ５０ｎｍのＩＴＯとし、第１密着層１７５を厚さ１０ｎｍのＴｉとし、第２電極１８０における第２ボンディング層１８３を厚さ１７００ｎｍのＡｕとし、第２密着層１８４を厚さ１０ｎｍのＴｉとした以外は、実施例１と同様にして、半導体発光素子１のチップを形成したウエーハを製造した。そして、実施例１と同様にして、１０枚のウエーハに対し合計５０点の第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差を求めた。その結果、第１電極１７０と第２電極１８０との高さの差の平均値は、−７２１ｎｍであった。
次に、実施例１と同様にして実装後の接触不良率を求めた。１０枚のウエーハを、それぞれ所定の厚さに薄板化し、３５０μｍ角のサイズに分割して５２万８８００個のチップを製造した。さらに実施例１と同様にして、これらのチップを基板に実装し評価したところ、実装後の接触不良数は、０個であった。実施例２における電極構造および評価結果を図４に示す。
（実施例３）
第１電極１７０における第１拡散防止層１７３を厚さ５０ｎｍのＴｉとし、第２電極１８０における第２拡散防止層１８２を厚さ１００ｎｍのＲｈとし、第２ボンディング層１８３を厚さ２２００ｎｍのＡｕとした以外は、実施例１と同様にして、半導体発光素子１のチップを形成したウエーハを製造した。そして、実施例１と同様にして、１０枚のウエーハに対し、合計５０点の第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差を求めた。その結果、第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差の平均値は、−１２３５ｎｍであった。
次に、実施例１と同様にして実装後の接触不良率を求めた。１０枚のウエーハを、それぞれ所定の厚さに薄板化し、３５０μｍ角のサイズに分割して５０万２３００個の実装用の半導体発光素子１のチップを製造した。さらに実施例１と同様にして、これらのチップを基板に実装し評価したところ、実装後の接触不良数は、０個であった。実施例３における電極構造および評価結果を図４に示す。
第１電極１７０における第１拡散防止層１７３を厚さ５０ｎｍのＴｉとし、第２電極１８０における第２拡散防止層１８２を厚さ１００ｎｍのＲｈとし、第２ボンディング層１８３を厚さ２２００ｎｍのＡｕとした以外は、実施例１と同様にして、半導体発光素子１のチップを形成したウエーハを製造した。そして、実施例１と同様にして、１０枚のウエーハに対し、合計５０点の第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差を求めた。その結果、第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差の平均値は、−１２３５ｎｍであった。
次に、実施例１と同様にして実装後の接触不良率を求めた。１０枚のウエーハを、それぞれ所定の厚さに薄板化し、３５０μｍ角のサイズに分割して５０万２３００個の実装用の半導体発光素子１のチップを製造した。さらに実施例１と同様にして、これらのチップを基板に実装し評価したところ、実装後の接触不良数は、０個であった。実施例３における電極構造および評価結果を図４に示す。
（比較例１）
第２電極１８０における第２ボンディング層１８３を厚さ３００ｎｍのＡｕとした以外は、実施例１と同様にして、半導体発光素子１を形成したウエーハを製造した。そして、実施例１と同様にして、１０枚の基板ウエーハに対し、合計５０点の第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差を求めた。その結果、第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差の平均値は、＋６９８ｎｍであった。
次に、実施例１と同様にして実装後の接触不良率を求めた。１０枚のウエーハを、それぞれ所定の厚さに薄板化し、３５０μｍ角のサイズに分割して４９万９６００個の実装用の半導体発光素子１のチップを製造した。さらに実施例１と同様にして、これらのチップを基板に実装し評価したところ、実装後の接触不良数は、３２個と多かった。また、実装不良率は０．００６％と高かった。比較例１における電極構造および評価結果を図４に示す。
第２電極１８０における第２ボンディング層１８３を厚さ３００ｎｍのＡｕとした以外は、実施例１と同様にして、半導体発光素子１を形成したウエーハを製造した。そして、実施例１と同様にして、１０枚の基板ウエーハに対し、合計５０点の第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差を求めた。その結果、第１電極１７０と第２電極１８０の高さの差の平均値は、＋６９８ｎｍであった。
次に、実施例１と同様にして実装後の接触不良率を求めた。１０枚のウエーハを、それぞれ所定の厚さに薄板化し、３５０μｍ角のサイズに分割して４９万９６００個の実装用の半導体発光素子１のチップを製造した。さらに実施例１と同様にして、これらのチップを基板に実装し評価したところ、実装後の接触不良数は、３２個と多かった。また、実装不良率は０．００６％と高かった。比較例１における電極構造および評価結果を図４に示す。
図４に示すように、実施例１〜３及び比較例１の対比から、第２電極１８０の長さが、第１電極１７０よりも突出して高い構成となった実施例１〜３では、比較例１に比べて、実装後の接触不良数が極端に低く、基板への実装に好適な構成であることがわかった。
１…半導体発光素子、１０…配線基板、１００…積層半導体層、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４０ｃ…半導体層露出面、１４１…ｎ側第１層、１４２…ｎ側第２層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１６０ｃ…上面、１７０…第１電極、１７１…第１導電層、１７２…金属反射層、１７３…第１拡散防止層、１７４…第１ボンディング層、１７５…第１密着層、１７５ｃ…第１密着層上面１８０…第２電極、１８１…第２導電層、１８２…第２拡散防止層、１８３…第２ボンディング層、１８４…第２密着層、１８４ｃ…第２密着層上面、１９０…保護層
Claims (5)
- 第１導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１半導体層と、
前記第１半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型を有するＩＩＩ属窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２半導体層と、
前記第２半導体層に積層され、前記発光層から出射される光に対する反射性を有する反射層を備える第１電極と、
前記第１半導体層の前記一方の面の露出部位から延伸し、前記第１電極よりも突出する第２電極と
を含む半導体発光素子。 - 前記第１電極は、前記第２半導体層に積層される透明導電層をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
- 第１導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１半導体層と、
前記第１半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型を有するＩＩＩ属窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２半導体層と、
前記第２半導体層に積層される第１電極と、
前記第１半導体層の前記一方の面の露出部位から延伸し、前記第１電極よりも突出する第２電極と、
前記第１電極の前記第２半導体層側とは反対側の端部に備えられた第１接続部と、
前記第２電極の前記露出部位側とは反対側の端部に備えられた第２接続部と、
前記第１接続部および前記第２接続部と電気的に接続された配線基板と
を含む発光装置。 - 前記配線基板は、前記第１半導体層と略平行に設けられることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
- 前記第１電極は、前記第２半導体層に積層される透明導電層をさらに含むことを特徴とする請求項３または４記載の発光装置。
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