JP5392611B2 - 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光装置に関し、特に発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode、以下ＬＥＤと称する）の電極構造に関する。

従来技術

図１（ａ）および（ｂ）に従来のＬＥＤチップ１００の構造を示す。ＬＥＤチップ１００は、サファイア基板１０１、ｎ層１０２、発光層１０３、ｐ層１０４、透光性電極１０５、ｎ層１０２上に形成されたｎ電極１０６、透光性電極１０５上に形成されたｐ電極１０７を有する。ｐ層１０４はｎ層１０２に比べ導電性が低く、また膜厚も薄いことから、電流をｐ層内においてＬＥＤチップの平面方向に拡散させることが難しい。そのため、ｐ層１０４の表面には、電流を平面方向に拡散させ且つ発光層１０３からの光を透過せしめる透光性電極１０５が設けられている。透光性電極１０５をｐ層１０４とｐ電極１０７の間に設けることにより、発光駆動電流がＬＥＤチップ１００の平面方向に拡散するため、発光輝度分布の面内均一性を改善することができる。しかしながら、透光性電極を設けただけではその効果は十分ではなく、ｐ電極およびｎ電極の周辺およびこれらの電極間を結ぶ直線上の近傍において電流集中および発光集中が生じてしまう。そこで、ｎ電極１０６およびｐ電極１０７は、それぞれ補助電極を有している。すなわち、ｎ電極１０６は、ｎパッド部１０６ａと、これに接続された櫛歯状のｎ補助電極１０６ｂとからなり、ｐ電極１０７は、ｐパッド部１０７ａと、これに接続された櫛歯状のｐ補助電極１０７ｂとを含んでいる。ｎ補助電極１０６ｂとｐ補助電極１０７ｂの間の距離を一定とすることにより、これらの電極間に流れる発光駆動電流の密度が均一となり、ＬＥＤチップ面内において発光輝度分布を均一にすることができる。

特開２００１−３４５４８０号公報

上記した従来のＬＥＤチップ構造においては、ｎ電極１０６およびｐ電極１０７は主に金属系の材料が用いられるため、ある程度の光吸収は避けられない。従って、光取り出し効率の観点から両電極の面積は極力小さい方が好ましく、補助電極を形成する場合、その幅を狭くすることが好ましい。しかしながら、補助電極を細線状とした場合、ＬＥＤ駆動時の電流による発熱が大きくなり、ｐ補助電極１０７ｂと透光性電極１０５との熱膨張率差に基づく応力によってｐ補助電極１０７ｂが剥離するという不具合が発生していた。

また、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）等の酸化物からなる透光性電極１０５とｐ電極１０７との密着性を確保するため、ｐ電極１０７の材料として一般的にチタン（Ｔｉ）が用いられるが、チタン（Ｔｉ）は光反射率が低く、光を吸収しやすいという性質を持つ。細線状のｐ補助電極１０７ｂと透光性電極１０５との密着性を確保するためには、チタン（Ｔｉ）の膜厚を少なくとも２５０Å以上とする必要があるが、この場合、Ｔｉ層表面の光反射率が約５０％以下と大幅に低下する。このように、透光性電極上にｐ電極を形成する従来のＬＥＤ構造においては、ｐ電極は、透光性電極との密着性を確保することを優先させて電極材料の選択がなされるため、ｐ電極による光の吸収を回避することは困難であった。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、補助電極の剥離の問題を解消するとともに、光取り出し効率の向上をも図ることができる半導体発光装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体発光装置は、第１の導電型を有する第１の半導体層と、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の間に設けられた発光層と、を含む半導体発光装置であって、前記第１の半導体層上に形成された第１電極と、前記第２の半導体層上に形成された第２電極と、前記第２の半導体層および前記第２電極を覆う透光性電極と、を含み、前記第２電極と前記第２の半導体層との接触は、非オーミック性接触であり、前記第２電極は、下層と、前記透光性電極に対する接触抵抗が前記下層よりも低い上層とを含む積層構造を有し、前記透光性電極に形成された開口部においてその一部が露出していることを特徴としている。

また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、基板上に第１の導電型を有する第１の半導体層を形成する工程と、前記第１の半導体層の上に発光層を形成する工程と、前記発光層の上に前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層を形成する工程と、前記第２の半導体層を表出させる工程と、前記第１の半導体層の上に第１電極を形成する工程と、前記第２の半導体層の上に前記第２半導体層との接触が非オーミック性となるように第２電極を形成する工程と、前記第２の半導体層および前記第２電極を覆うように透光性電極を形成する工程と、前記透光性電極に開口部を形成し、前記開口部において前記第２電極の一部を露出させる工程と、を含み、前記第２電極を形成する工程は、前記第２の半導体層の上にアルミニウム、ロジウム、銀のいずれか、又はこれらを含む合金からなる下層と、前記前記透光性電極に対する接触抵抗が前記下層よりも低い上層とを形成する工程とを含むことを特徴としている。ここで、前記下層に銀を含む場合は、前記第２電極を形成する領域の半導体層表面を予め高抵抗化させる処理を含む。

本発明に係る半導体発光装置によれば、ｐ電極（又はｎ電極）を半導体膜上に直接形成するとともに、ｐ電極（又はｎ電極）を透光性電極で覆う構造としたので、ｐ電極（又はｎ電極）の剥離を防止することができる。これにより、光反射率を考慮した電極材料の選択が可能となり、光取り出し効率の向上を図ることができる。また、ｐ電極（又はｎ電極）と半導体膜との接触が非オーミック性接触（ショットキー接触）となるように構成したので、ｐ電極（又はｎ電極）直下における電流集中を防止して発光輝度分布を均一とすることができる。

（ａ）は従来のＬＥＤチップ構造を示す平面図、（ｂ）は（ａ）における１ｂ−１ｂ線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例１に係るＬＥＤチップの斜視図、（ｂ）は（ａ）における２ｂ−２ｂ線に沿った断面を含む斜視図である。 本発明の実施例１に係るＬＥＤチップの平面図である。 （ａ）は図３における４ａ−４ａ線に沿った断面図、（ｂ）は４ｂ−４ｂ線に沿った断面図である。 本発明の実施例１に係るＬＥＤチップの電極部分を拡大した断面図である。 （ａ）から（ｄ）は、本発明の実施例１に係るＬＥＤチップの製造方法を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例２に係るＬＥＤチップの構造を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）における７ｂ−７ｂ線に沿った断面を含む斜視図である。 本発明の実施例２に係るＬＥＤチップの平面図である。 図８における９−９線に沿った断面図である 本発明の実施例２に係るＬＥＤチップの電極部分を拡大した断面図である。 （ａ）から（ｃ）は本発明の実施例２に係るＬＥＤチップの凸部を形成する工程を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例２に係るＬＥＤチップの凸部上に形成されたｐ電極を示す断面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。

（実施例１）
図２（ａ）は、本発明の実施例であるＬＥＤチップ１の構造を示す斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における２ｂ−２ｂ線に沿った断面を含む斜視図、図３は平面図、図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ図３における４ａ−４ａ線および４ｂ−４ｂ線に沿った断面図である。

Ｃ面サファイア基板等からなる成長用基板１０の上には、例えばAl_xIn_yGa_zN（0≦x≦1、0≦y≦１、0≦z≦1、x+y+z=１）からなるｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３がこの順に積層されて構成される半導体膜１４が形成されている。半導体膜１４の一部をエッチングすることにより表出したｎ層１１の表面には、ｎ電極３０が形成されている。ｎ電極は、図３に示すように、ワイヤーボンディングを行うためのｎパッド部３１と、ｎパッド部３１に接続されてＬＥＤチップ１の中心線に沿って伸張するｎ補助電極３２とを有している。ｎ補助電極３２は、ＬＥＤ駆動時における電流集中を緩和して発光輝度分布を均一にする役割を担う。

ｐ層１３の表面には、ｐ電極４０が設けられている。すなわち、ｐ電極４０は透光性電極上ではなく、ｐ層表面に直接接続される。ｐ電極４０は、ワイヤーボンディングを行うためのｐパッド部４１と、ｐパッド部４１に接続されてｎ補助電極３２を囲むように形成された略Ｕ字形状のｐ補助電極４２とを有している。ｐ補助電極４２は、ｎ補助電極３２とともに、ＬＥＤ駆動時における電流集中を緩和して発光輝度分布を均一にする役割を担う。ｎ補助電極３２とｐ補助電極４２は、両電極間の距離が、ＬＥＤチップ１の面内において一定となるように配置される。これにより、両電極間を流れる発光駆動電流の分布がＬＥＤチップ１の面内において均一となり、発光輝度分布の均一化を図ることが可能となる。

ｐ電極４０およびｐ層１３の表面は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透光性電極２０で覆われる。透光性電極２０には開口部２１が設けられている。開口部２１においてｐパッド部４１の一部が露出しており、ｐパッド部４１にワイヤーボンディングを行うことが可能となっている。

このように、ｐパッド部４１および細線状のｐ補助電極４２は、ＩＴＯと比較して密着性を確保しやすい半導体膜１４上に直接形成され、且つ開口部２１を除き透光性電極２０に覆われているので、熱応力が加わった場合でも剥離しにくくなっている。

図５は、ｐ補助電極４２の形成部を拡大した断面図である。同図に示すように、ｐ電極４０は、多層構造とすることが可能である。ｐパッド部４１およびｐ補助電極４２の半導体膜１４と接する下層４０１は、光反射率が比較的高いアルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）、銀（Ａｇ）のいずれか、又はこれらの材料を含む合金であることが好ましい。半導体膜１４と接する下層４０１の光反射率を高くすることにより、ｐ電極４０によって吸収される光の量が減少し、光取り出し効率が向上する。上記したように、ｐ電極４０は、透光性電極２０によって覆われており、半導体膜１４との密着性が確保されているため、光反射率を優先した材料選択が可能となる。

また、下層４０１と半導体膜１４との接触は、非オーミック性接触（ショットキー接触）であることが好ましい。半導体膜１４とｐ電極４０との接触を非オーミック性接触とし、ｐ電極４０とｐ層１３との接触抵抗を、ｐ電極４０と透光性電極２０との接触抵抗および透光性電極２０とｐ層１３との接触抵抗よりも高くすることにより、ｐ電極４０の直下における電流集中を防止することができ、透光性電極２０内に電流を拡散させることが可能となる。これにより、半導体膜１４上に直接ｐ電極４０を設ける構造としても、発光輝度分布を均一とすることが可能となる。例えば、ＧａＮ系の半導体膜１４に対しては、下層４０１としてアルミニウム（Ａｌ）を選択することにより、半導体膜１４との接触は、非オーミック性接触（ショットキー接触）となる。

非オーミック性接触を得るための他の方法としては、ｐ層１３表面のｐ電極４０を形成する部分にプラズマ処理を施してｐ層１３表面を高抵抗化する方法がある。かかる手法によれば、下層４０１としてアルミニウム（Ａｌ）以外のロジウム（Ｒｈ）や銀（Ａｇ）等を使用した場合でも、ｐ層１３との間で非オーミック性接触を形成することが可能となる。

尚、ｐ電極４０とｐ層１３との密着性をより強固にするために、下層４０１は極少量のチタン（Ｔｉ）またはニッケル（Ｎｉ）を含んでいてもよい。但し、チタン（Ｔｉ）またはニッケル（Ｎｉ）を下層４０１に含む場合は、光反射率の低下を極力抑えるためにＴｉ層またはＮｉ層の膜厚を１０Å以下とすることが好ましい。

下層４０１の上には例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等からなる中間層４０２を設けることとしてもよい。中間層４０２としてチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）を使用することにより透光性電極２０とｐ電極４０との密着性が向上する。また、中間層４０２を導入することにより、ｐ電極４０の総膜厚が増加するため、細線状のｐ補助電極４２のシート抵抗が低くなり、ｐ補助電極４２の先端まで電流が行き渡りやすくなる。

中間層４０２の上には、透光性電極２０に対する接触抵抗が下層４０１および中間層４０２よりも低い材料からなる上層４０３が設けられる。上層４０３の材料としては、例えば金（Ａｕ）を使用することが好ましい。このように、ｐ電極４０を構成する各層のうち上層４０３については、透光性電極２０に対する接触抵抗を最小とすることにより、図５に示すように、主に上層４０３から透光性電極２０に向けて電流を流すことが可能となり、透光性電極２０内における電流拡散を促進させることが可能となる。仮に、ｐ電極４０を単一の材料からなる単層とした場合には、ｐ電極より流出した電流は、即座にｐ層１３内に流入してしまうこととなり、透光性電極２０内に広く電流を拡散させることができず、その結果、ｐ電極４０の近傍に電流が集中し、均一な発光輝度分布を得ることが困難となる。

ここで、ｐ電極４０の膜厚が厚くなるほど透光性電極２０の厚み方向における電流経路（図５における幅Ａ）が拡大する。すなわち、ｐ電極４０の膜厚が厚くなるほど透光性電極の実質的なシート抵抗が低くなり、透光性電極２０内における電流拡散を促進させることが可能となる。一方、ｐ電極４０の総膜厚は厚くなりすぎるとＬＥＤ駆動時における発熱によって生じる熱応力が大きくなり剥離が生じる可能性があるため、ｐ電極の膜厚は３０００Å以下に設定することが好ましい。ｐ電極４０の膜厚は、主に中間層４０２および上層４０３の膜厚を制御することによって任意の値に設定される。

ｐ電極４０を上記した如き材料によって形成された積層構造とすることにより、ＬＥＤチップ１の光取り出し効率を改善するとともに、透光性電極２０内における電流拡散が促進され、均一な発光輝度分布を得ることが可能となる。

次に上記した構造を有するＬＥＤチップ１の製造方法について説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、ＬＥＤチップ１の製造方法を示す各プロセスステップ毎の断面図である。

（半導体膜形成工程）
はじめに、成長用基板１０としてＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x + y + z = 1）を成長可能なＣ面サファイア基板を準備する。次に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、成長用基板１０上にＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮからなるｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を順次成長させ、半導体膜１４を形成する（図６（ａ））。具体的には、サファイア基板１０をＭＯＣＶＤ装置に投入し、約１０００℃の水素雰囲気中で１０分程度の加熱を行う（サーマルクリーニング）。次に雰囲気温度を約５００℃とし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）（流量 １０．４ μｍｏｌ/ｍｉｎ）、アンモニア（ＮＨ_３ ）（流量３．３ＬＭ）を３分間供給してＧａＮからなる低温バッファ層（図示せず）を形成する。その後、雰囲気温度を１０００℃まで昇温して３０秒間保持することにより低温バッファ層を結晶化させる。次に、雰囲気温度を維持したままトリメチルガリウム（ＴＭＧ） （流量４５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、アンモニア（ＮＨ_３ ）（流量４．４ＬＭ）を２０分間供給し膜厚１μｍ程度の下地ＧａＮ層（図示せず）を形成する。次に、雰囲気温度１０００℃にてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）（流量４５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、アンモニア（ＮＨ_３）（流量４．４ＬＭ）、シラン（ＳｉＨ_４）（流量２．７×１０^−９μｍｏｌ／ｍｉｎ）を６０分間供給し、膜厚４μｍ程度のＧａＮからなるｎ層１１ を成長させる。

発光層１２にはＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる多重量子井戸構造を適用した。本実施例ではＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層を１周期として５周期成長を行った。雰囲気温度約７００℃でトリメチルガリウム（ＴＭＧ）（流量３．６ μｍｏｌ／ｍｉｎ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）（流量１０ μｍｏｌ／ｍｉｎ）、アンモニア（ＮＨ_３）（流量４．４ＬＭ）を３３秒間供給し、膜厚２．２ｎｍ程度のＩｎＧａＮ井戸層を形成し、続いてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）（流量３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ）、アンモニア（ＮＨ_３）（流量４．４ＬＭ）を３２０秒間供給し、膜厚１５ｎｍ程度のＧａＮ障壁層を形成する。かかる処理を５周期分繰り返すことにより発光層１２が形成される。

次に、雰囲気温度を８７０℃まで上げ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）（流量８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）（流量７．５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、アンモニア（ＮＨ_３）（流量４．４ＬＭ）、ＣＰ２Ｍｇ（bis-cyclopentadienyl Mg）（流量２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎ）を５分間供給し、膜厚４０ｎｍ程度のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層(図示しない) を成長させる。引き続きそのままの温度でトリメチルガリウム（ＴＭＧ）（流量１８μｍｏｌ／ｍｉｎ）、アンモニア（ＮＨ_３）（流量４．４ＬＭ）、ＣＰ２Ｍｇ（２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎ）を７分間供給しＧａＮからなる膜厚１５０ｎｍ程度のｐ層１３ を成長させる。

（凹部形成工程）
次に、ｎ電極３０を形成する部分の半導体膜１４をエッチングして、ｎ層１１を表出させる（図６（ｂ））。具体的にはｐ層１３の表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジストに所望のパターンニングを施してレジストマスクを形成する。その後、基板を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置に投入し、レジストマスクを介して露出している部分の半導体膜１４をエッチングしてｎ層１１を表出させる。

（電極形成工程）
次に、リフトオフ法を用いてｐ層１３の表面と先のエッチング工程において表出したｎ層１１の表面にそれぞれｎ電極３０およびｐ電極４０を形成する（図６（ｃ））。具体的には、ｎ層１１およびｐ層の表面に所望のパターンを有するレジストマスクを形成する。次に、ｎ電極３０の場合、電子ビーム蒸着法により膜厚１０Å程度のチタン（Ｔｉ）および膜厚１００００Å程度のアルミニウム（Ａｌ）を順次成膜した後、レジストマスクを電極材料とともに除去（リフトオフ）することによりｎパッド部３１およびｎ補助電極３２のパターンを形成する。一方、ｐ電極４０の場合、電子ビーム蒸着法により膜厚１００Å程度のアルミニウム（Ａｌ）および膜厚１０００Å程度のロジウム（Ｒｈ）を成膜し、下層４０１を形成する。続いて膜厚３０Å程度の金（Ａｕ）を成膜し、上層４０３を形成する。その後、レジストマスクを電極材料とともに除去（リフトオフ）することによりｐパッド部４１およびｐ補助電極４２のパターンを形成する。発光輝度分布を均一にするために、ｎ補助電極部３２とｐ補助電極４２は、チップ面内におけるどの領域においても互いの距離が一定となるような形状で形成する。

尚、良好な光反射率を得るため、下層４０１の膜厚は５００Å以上、より好ましくは１０００Å以上とすることが好ましい。上記実施例では、ｐ層１３とｐ電極４０との接触を非オーミック性とするために、ｐ層１３の上にまずアルミニウム（Ａｌ）を堆積し、アルミニウム（Ａｌ）上にロジウム（Ｒｈ）を積層し、これを下層４０１とした。ｐ層１３とｐ電極４０との密着性を向上させるため、下層４０１にチタン（Ｔｉ）を導入する場合、光反射率への影響を考慮して、Ｔｉ層の膜厚を１０Å以下とすることが好ましい。また、ｐ電極４０と透光性電極２０との密着性を向上させるとともに、透光性電極２０内における電流拡散を促進させるために、下層４０１と上層４０３との間にチタン（Ｔｉ）等からなる中間層４０２を形成することとしてもよい。ｐ電極の膜厚を厚くしすぎると、ＬＥＤ駆動時の発熱による熱応力等によって、細線状のｐ補助電極４２において剥離が生じるおそれがあるので、少なくともｐ補助電極４２については総膜厚を３０００Å以下とすることが好ましい。ｐ補助電極４２の膜厚は、主に中間層４０２および上層４０３の膜厚で調整することが可能である。

また、上記した実施例では、ｐ電極４０の材料選択によってｐ層１３との間で非オーミック性接触を得ることとしたが、ｐ電極４０を形成するためのレジストマスクを形成した後、ＲＩＥ装置等を用いてプラズマ処理によりｐ層表面を高抵抗化することによりｐ層１３とｐ電極４０との間で非オーミック性接触を得ることとしてもよい。この場合、電極材料としてアルミニウム（Ａｌ）以外の材料を選択した場合でもｐ層１３との間で非オーミック性接触を得ることができる。また、ｐ電極４０の形成にスパッタ法を用いることにより、電極材料の成膜と同時にスパッタ時のプラズマによりｐ層１３の表面を高抵抗化し、これによって非オーミック性接触を得ることとしてもよい。

また、ｎパッド部３１およびｐパッド部４１はｎ補助電極３２およびｐ補助電極４２に比べて面積が大きいため電流が集中しやすい。かかる電流集中を防止するためｎパッド部４１およびｐパッド部５１の直下にＳｉＯ_２等からなる絶縁膜を形成してもよい。ただし、金属は酸化物との密着性が十分ではないので、細線状のｎ補助電極３２およびｐ補助電極４２は、半導体膜１４と直接接していることが好ましい。

（透光性電極形成工程）
次に透光性電極２０をｐ層１３表面に形成する（図６（ｄ））。具体的には、アーク放電型イオンプレーティング法により、基板全面に膜厚２６００Å程度の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を成膜する。続いて、ＩＴＯ膜上に所望のレジストマスクを形成し、これを４０℃に設定された市販のＩＴＯ用エッチャントに３０〜５００秒間浸漬する。これにより、ＩＴＯ膜を部分的にエッチングして開口部２１を形成し、開口部２１においてｐパッド部４１を露出させる。その後、酸素を含む雰囲気中で６００℃、１分間の熱処理を行って、ＩＴＯ膜を酸化させて光透過率を向上させる。以上の処理によりｐ層１３の表面に、透光性電極２０が形成される。ｐ電極４０は、ｐパッド部４１に形成された開口部２１を除き、透光性電極２０によって覆われる。

尚、透光性電極２０の材料としては、ＩＴＯの他、例えばインジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）から選択される元素をひとつまたは複数含む酸化物、または薄膜ＡｕＮｉ等を使用することができる。

また、透光性電極２０の膜厚はｐ電極４０の膜厚よりも厚くすることが好ましい。透光性電極２０内の横方向の電流拡散は、自身のシート抵抗とｐ層１３との接触抵抗に依存する。シート抵抗は、電流の進行方向の断面積に反比例するため、透光性電極２０の膜厚が厚いほど低くなり、電流が拡散しやすくなる。透光性電極２０のシート抵抗を極力低く抑えるためには、透光性電極２０の膜厚をｐ補助電極４２の膜厚よりも厚くすればよい。一方、光透過率を考慮すると、透光性電極２０の膜厚は、薄い方が光の吸収が少なく好ましい。さらに透光性電極２０の厚みが発光波長の整数倍の時（光学波長で）、干渉による損失が最小となり、好ましい。上記した実施例では、透光性電極２０の膜厚に関するこれら３つの条件、すなわち、（１）透光性電極２０の膜厚がｐ補助電４２の膜厚よりも厚いこと、（２）透光性電極２０の膜厚を極力薄くすること、（３）透光性電極２０の膜厚が発光の光学波長の整数倍であること、をＩＴＯで同時に満足する膜厚である２６００Åにて透光性電極２０を形成した。また、透光性電極２０の成膜は、イオンプレーティング法以外の方法によっても行うことが可能であり、例えば、電子ビーム蒸着等も用いることができる。

（素子分離工程）
次に上記各工程を経た基板をチップ状に個片化する。素子分離は、既存のレーザスクライブ／ブレイキングによる方法、ポイントスクライブ／ブレイキングによる方法、ダイシング法等が利用できる。

以上の各工程を経ることにより、ＬＥＤチップ１が完成する。このように、本発明に係る半導体発光装置によれば、ｐ電極は透光性電極を構成するＩＴＯ等と比較して密着性を確保しやすい半導体膜上に直接形成され、更にｐ補助電極およびｐパッド部の一部は透光性電極で覆われているので、ｐ電極の剥離の問題を解消することが可能となり、歩留りおよび信頼性を向上させることが可能となった。特に、ｐ補助電極においては、細線状で形成され、ＬＥＤ駆動時において比較的大きな熱応力が加わるので、本発明による剥離防止の効果が顕著に現れる。

また、本発明に係る半導体発光装置においては、半導体膜とｐ電極との接触を非オーミック性接触とし、ｐ電極直下における電流集中を緩和している。これにより、半導体膜上に直接ｐ電極を形成する構造としても、発光駆動電流を透光性電極内に拡散させることが可能となり、ＬＥＤチップ面内における発光輝度分布を均一とすることができる。

また、本発明に係る半導体発光装置によれば、上記の如く、ｐ電極の剥離の問題が解消されたことにより、ｐ電極の構成材料の選択の自由度が向上した。すなわち、ｐ電極の構成材料として、光反射率の高い材料を選択することが可能となった。これにより、ｐ電極に吸収されてしまう光の量を減少させ、光取り出し効率を向上させることができた。更に、ｐ電極の剥離の問題が解消されたことにより、ｐ補助電極の幅を従来よりも狭くすることが可能となり、これにより発光の影となる領域を減少させることができ更なる光出力の向上を図ることが可能となる。

（実施例２）
以下、本発明の実施例２に係る半導体発光装置について説明する。図７（ａ）は、本発明の実施例２に係るＬＥＤチップ２の構成を示す斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）における７ｂ−７ｂ線に沿った断面を含む斜視図、図８は平面図、図９は図８における９−９線に沿った断面図である。

Ｃ面サファイア基板等からなる成長用基板１０の上には、例えばAl_xIn_yGa_zN（0≦x≦1、0≦y≦１、0≦z≦1、x+y+z=１）からなるｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３がこの順に積層されて構成される半導体膜１４が形成されている。半導体膜１４の一部をエッチングすることにより表出したｎ層１１の表面には、ｎ電極３０が形成されている。ｎ電極は、ワイヤーボンディングを行うためのｎパッド部３１と、ｎパッド部３１に接続され略Ｕ字形状をなすｎ補助電極３２とを有している。

ｐ層１３は、その延在する面内において六方晶であるAl_xIn_yGa_zNの結晶構造に由来する断面台形状の凸部１３ａを有している。すなわち、凸部１３ａの表面は、Al_xIn_yGa_zNの結晶面により構成されている。凸部１３ａは、ＬＥＤチップ２の中心線に沿って伸張しており、その上面は平坦面となっている。ｐ電極４０は、凸部１３ａの上面に設けられる。ｐ電極４０は、ワイヤーボンディングを行うためのｐパッド部４１と、ｐパッド部４１に接続されてＬＥＤチップ２の中心線に沿って伸張するｐ補助電極４２とを有している。ｐパッド部４１およびｐ補助電極４２は、いずれも凸部１３ａ上に形成される。ｐ補助電極４２は、ｎ補助電極３２とともに、ＬＥＤチップ２の駆動時における電流集中を緩和して発光輝度分布を均一にする役割を担う。ｎ補助電極３２とｐ補助電極４２は、両電極間の距離が、ＬＥＤチップ２の面内において一定となるように配置される。これにより、両電極間を流れる発光駆動電流の分布がＬＥＤチップ２の面内において均一となり、発光輝度分布の均一化を図ることが可能となる。

ｐ電極４０およびｐ層１３の表面は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透光性電極２０によって覆われる。透光性電極２０には開口部２１が設けられている。開口部２１においてｐパッド部４１の一部が露出しており、ｐパッド部４１にワイヤーボンディングを行うことが可能となっている。

このように、ｐパッド部４１および細線状のｐ補助電極４２は、ＩＴＯ等と比較して密着性を確保しやすい半導体膜２０上に直接形成され、更に開口部２１を除き透光性電極２０に覆われているので、熱応力が加わった場合でも剥離しにくくなっている。

尚、ｐ電極４０は上記した実施例１の場合と同様、多層構造とすることが可能である。また、ｐ電極４０と半導体膜１４との接触は、非オーミック性接触（ショットキー接触）であることが好ましい。半導体膜１４とｐ電極４０との接触を非オーミック性接触とすることにより、ｐ電極４０の直下に電流が集中するのを防止することができ、透光性電極２０内に電流を拡散させることが可能となる。

図１０は、ｐ補助電極４２の形成部を拡大した断面図である。ここで、上記した実施例１に係るＬＥＤチップ１の如き構造においては、ｐ電極４０の厚みを厚くする程、透光性電極２０の電流経路に関わる実質的なシート抵抗が低下することとなるので、透光性電極２０の面内に亘って広く電流を拡散させるのに有利となる。その一方で、ｐ電極４０の厚みを厚くしすぎると、熱応力等によって剥離しやすくなる。一方、実施例２に係るＬＥＤチップ２の如き構造によれば、ｐ電極４０の厚みを厚くすることなく透光性電極４０の実質的なシート抵抗を下げることができる。すなわち、図５と図１０とを比較して明らかなように、実施例２のＬＥＤ構造においては、ｐ電極４０はｐ層１３の凸部１３ａの上面に設けられているので、ｐ電極の上層４０３より流出した電流が透光性電極２０内をよぎる断面の面積は、実施例１のものよりも広くなる。換言すれば、透光性電極２０の厚み方向における電流経路（図１０における幅Ｂ）が実施例１のものより拡大する。このため、透光性電極２０の実質的なシート抵抗を更に下げることが可能となり、透光性電極２０内における電流拡散を助長し、発光輝度分布の面内均一化に寄与することができる。また、かかる構造とすることにより、透光性電極２０内における電流の拡散距離を伸ばすことができるので、ｐ補助電極４２およびｎ補助電極３２の面積を縮小することが可能となる。従って、発光の影となる領域を減少させることができ、更なる光出力の増大を図ることが可能となる。

更に、ｐ層１３に凸部１３ａを設けることにより、ｐ層１３の表面が平坦である場合と比較して光取り出し効率を向上させることが可能となる。これはｐ層１３に凸部１３ａを設けることにより、発光層１２からの光がｐ層１３と透光性電極２０との界面において全反射され、外部に放出されないこととなる光を減ずることができるからである。

凸部１３ａは、ｐ層１３の成長工程において形成することが可能であり、その形状は六方晶であるＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮの結晶構造由来のものとなる。ｐ層１３の表面と凸部１３ａの傾斜面がなす角は約６０°一定となるため、凸部１３ａの上面の幅はその底面の幅とその高さで調整することができる。凸部１３ａの高さを透光性電極２０の厚みと同等又はそれ以上とすることにより、透光性電極２０の厚みを最大限に活用した電流経路を形成することができ、透光性電極２０内における電流拡散を促進することができる。透光性電極２０の膜厚は２６００Å程度とすることが好ましく、凸部１３ａの高さは、それ以上であることが好ましい。凸部１３ａを光取り出し効率向上に寄与させるためには、その高さ寸法を発光波長（約４５０ｎｍ）よりも十分に大きくする必要がある。このため、凸部１３ａの高さを５０００Å以上とするのが好ましい。尚、凸部の高さとは、凸部周辺のｐ層１３の表面と、凸部１３ａにおいてｐ電極４０が形成された表面との高低差を意味する。

以下に、実施例２に係るＬＥＤチップ２の製造工程のうち、凸部１３ａの形成に係る工程（凸部形成工程）について図１１（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。凸部形成工程以外の半導体膜形成工程、凹部形成工程、電極形成工程、透光性電極形成工程、素子分離工程は、上記した実施例１に係るＬＥＤチップ１の場合と同様であるので、その説明は省略する。

成長用基板１０上にｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を順次形成した後、ｐ層１３の表面全面にＳｉＯ_２膜５０を形成する。ＳｉＯ_２膜５０の成膜は、半導体膜１４をプラズマに曝すことのない熱ＣＶＤ法や電子ビーム蒸着法等により行うことが好ましい。次に、ＳｉＯ_２膜５０上に凸部１３ａの形成領域に対応した部分に開口を有するレジストマスク（図示せず）を形成し、レジストマスクの開口部から露出したＳｉＯ_２膜５０をＢＨＦ（バッファードフッ酸）を用いてエッチングすることにより、ＳｉＯ_２膜５０をパターニングする。ＳｉＯ_２膜５０には、凸部１３ａの形成領域に対応した部分に開口部が形成され、当該開口部分においてｐ層１３の表面が露出する（図１１（ａ））。

次に、基板をＭＯＣＶＤ装置に投入し、ＳｉＯ_２膜５０をマスクとして半導体膜を成長させる。具体的には、ｐ層１３成膜時の成長条件、すなわち、雰囲気温度８７０℃にて、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）（流量８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）（流量７．５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、アンモニア（ＮＨ_３）（流量４．４ＬＭ）、ＣＰ２Ｍｇ（bis-cyclopentadienyl Mg）（流量２．９×１０^−７μｍｏｌ／ｍｉｎ）を供給してｐ−ＧａＮ層を成長させる。ｐ−ＧａＮ層は、ＳｉＯ_２膜５０の開口部において露出したｐ層１３上においてのみ成長し、この部分に凸部１３ａが形成される。凸部１３ａの表面は、Al_xIn_yGa_zNの結晶面により構成され、凸部１３ａの断面形状は台形をなしている。凸部１３ａの高さおよび上面の幅は、成長時間によって調整することが可能である（図１１（ｂ））。

次に、基板をＢＨＦ（バッファードフッ酸）に浸漬してＳｉＯ_２膜５０を除去する（図１１（ｃ）。以上の各処理を行うことによりｐ層１３上に凸部１３ａが形成される。その後、上記実施例１の場合と同様、半導体膜１４をエッチングしてｎ層１２を表出させ、ｎ電極３０およびｐ電極４０を形成し、ｐ電極４０を覆うように透光性電極２０を形成し開口部２１を形成し、ＬＥＤチップを個片化する。以上の各工程を経ることにより、実施例２に係るＬＥＤチップ２が完成する。

尚、凸部１３ａの断面形状は台形に限らず、図１２（ａ）に示すように三角形としてもよい。この場合、凸部形成工程におけるｐ−ＧａＮ層の成長時間を長くすればよい。凸部１３ａの断面形状を三角形とすることにより、更なる光出力の増大が期待できる。また、この場合、ｐ電極４０は、図１２（ａ）に示すように、凸部１３ａの側面に形成することとしてもよく、図１２（ｂ）に示すように、凸部１３ａの頂部を跨ぐように形成することとしてもよい。また、選択成長を行うためのマスク材料としては、結晶成長温度に耐えることができ、パターニング可能な材料であればよく、ＳｉＯ_２以外には例えばＳｉＮ等を使用することができる。

また、上記した各実施例においてはｐ層を上面とするＬＥＤチップについて説明したが、ｐ層とｎ層の配置は逆であっても構わない。すなわち、ｎ層を上面とし、ｎ層上に透光性電極を配する構造にも本発明を適用することが可能である。

１０ 成長用基板
１１ ｎ層
１２ 発光層
１３ ｐ層
１３ａ 凸部
１４ 半導体膜
２０ 透光性電極
２１ 開口部
３０ ｎ電極
３１ ｎパッド部
３２ ｎ補助電極
４０ ｐ電極
４１ ｐパッド部
４２ ｐ補助電極

Claims (7)

1. 第１の導電型を有する第１の半導体層と、
   前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層と、
   前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の間に設けられた発光層と、を含む半導体発光装置であって、
   前記第１の半導体層上に形成された第１電極と、
   前記第２の半導体層上に形成された第２電極と、
   前記第２の半導体層および前記第２電極を覆い、前記第２電極よりも厚い膜厚を有する透光性電極と、を含み、
   前記第２電極と前記第２の半導体層との接触は、非オーミック性接触であり、
   前記第２電極は、下層と、前記透光性電極に対する接触抵抗が前記下層よりも低い上層とを含む積層構造を有し、前記透光性電極に形成された開口部においてその一部が露出していることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記第２の半導体層は、その延在する面内において凸部を有し、前記第２電極は前記凸部の表面に設けら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装置。
3. 前記凸部は台形又は三角形の断面形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記第２電極と前記第２の半導体層の接触抵抗は、前記第２電極と前記透光性電極の接触抵抗よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
5. 前記下層は、アルミニウム、ロジウム、銀のいずれか、又はこれらを含む合金からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
6. 前記第１電極は、第１パッド部と前記第１パッド部に接続された線状の第１補助電極部とを含み、
   前記第２電極は、第２パッド部と前記第２パッド部に接続された線状の第２補助電極部とを含み、前記第２パッド部の少なくとも一部が前記開口部において露出していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
7. 第１の導電型を有する第１の半導体層と、
   前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層と、
   前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の間に設けられた発光層と、を含む半導体発光装置であって、
   前記第１の半導体層上に形成された第１電極と、
   前記第２の半導体層上に形成された第２電極と、
   前記第２の半導体層および前記第２電極を覆う透光性電極と、を含み、
   前記第２電極と前記第２の半導体層との接触は、非オーミック性接触であり、
   前記第２電極は、下層と、前記透光性電極に対する接触抵抗が前記下層よりも低い上層とを含む積層構造を有し、前記透光性電極に形成された開口部においてその一部が露出しており、
   前記第２の半導体層は、その延在する面内において断面形状が台形又は三角形の凸部を有し、前記第２電極は前記凸部の表面に設けられていることを特徴とする半導体発光装置。

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