JP5853672B2

JP5853672B2 - GaN-based semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP5853672B2
Application number: JP2011281678A
Authority: JP
Inventors: 弘明蔭山
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: JP2013131700A

Description

本発明は、ＧａＮ系半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a GaN-based semiconductor light emitting device.

ＧａＮ系半導体発光素子は、ＧａＮ系半導体を積層して形成される。又、ＧａＮ系半導体発光素子は、発光ダイオードやレーザーダイオード等に利用される。ＧａＮ系半導体は、(１)バンドギャップが大きい、(２)結晶が硬い、(３)電子の速度が速い等の特徴を活かして、短波長域での高効率発光素子用材料として利用されている。又、ＧａＮ系半導体はバルク単結晶の製造が困難であるため、有機金属気相成長法を利用して、異種基板であるサファイアやＳｉＣ等の上で成長させる方法が採られている。 The GaN-based semiconductor light-emitting element is formed by stacking GaN-based semiconductors. The GaN-based semiconductor light-emitting element is used for a light-emitting diode, a laser diode, or the like. GaN-based semiconductors are used as materials for high-efficiency light-emitting elements in the short-wavelength region, taking advantage of features such as (1) a large band gap, (2) a hard crystal, and (3) a high electron velocity. Yes. In addition, since it is difficult to produce a bulk single crystal for a GaN-based semiconductor, a method of growing on a sapphire, SiC, or the like, which is a heterogeneous substrate, using a metal organic vapor phase epitaxy method is employed.

又、ＧａＮ系半導体発光素子の構成要素の１つに、ＰＮパッド電極層がある。ＰＮパッド電極層とは、ｎ型ＧａＮ系半導体層側に設けられるパッド電極層とｐ型ＧａＮ系半導体側に設けられるパッド電極層とが共通の積層構造を有する場合に、ｎ型ＧａＮ系半導体層側に設けられるパッド電極層とｐ型ＧａＮ系半導体側に設けられるパッド電極層を総称して言うものである。以下、ｎ型ＧａＮ系半導体層側に設けられているパッド電極層をＮパッド電極層と言い、又、ｐ型ＧａＮ系半導体層側に設けられているパッド電極層をＰパッド電極層と言う。従来の代表的なＰＮパッド電極層はＡｌ層およびＡｕ層を含んで成る構造を採っており、該Ａｌ層とＡｕ層との間に、中間バリア層がある。この中間バリア層は、Ａｌ層とＡｕ層の相互拡散を抑制する機能を果たしている。 One of the components of the GaN-based semiconductor light emitting device is a PN pad electrode layer. The PN pad electrode layer is an n-type GaN-based semiconductor layer when the pad electrode layer provided on the n-type GaN-based semiconductor layer side and the pad electrode layer provided on the p-type GaN-based semiconductor side have a common laminated structure. The pad electrode layer provided on the side and the pad electrode layer provided on the p-type GaN-based semiconductor side are collectively referred to. Hereinafter, the pad electrode layer provided on the n-type GaN-based semiconductor layer side is referred to as an N-pad electrode layer, and the pad electrode layer provided on the p-type GaN-based semiconductor layer side is referred to as a P-pad electrode layer. A conventional typical PN pad electrode layer has a structure including an Al layer and an Au layer, and an intermediate barrier layer is provided between the Al layer and the Au layer. The intermediate barrier layer functions to suppress mutual diffusion between the Al layer and the Au layer.

特許第３６６５２４３号公報Japanese Patent No. 3665243 特開２００８−１７１９９７号公報JP 2008-171997 A

しかしながら、この中間バリア層が、上記ＰＮパッド電極層にあるＡｌ層とＡｕ層との相互拡散を抑制する機能を果たしているものの、高電流域又は高温高湿環境下では、Ａｌ層とＡｕ層との相互拡散が進行するおそれがある。それ故、ＧａＮ系半導体が有する(１)バンドギャップが大きい、(２)結晶が硬い、(３)電子の速度が速い等の特徴を活かすことができない。ひいては、ＧａＮ系半導体発光素子の利用用途や範囲が狭められ、又、ＧａＮ系半導体発光素子の使用条件等が制限されることとなる。 However, although this intermediate barrier layer functions to suppress interdiffusion between the Al layer and the Au layer in the PN pad electrode layer, in a high current region or high temperature and high humidity environment, the Al layer and the Au layer There is a risk that interdiffusion will proceed. Therefore, the characteristics of the GaN-based semiconductor such as (1) a large band gap, (2) a hard crystal, and (3) a high electron velocity cannot be utilized. As a result, the usage and range of the GaN-based semiconductor light-emitting element are narrowed, and the use conditions of the GaN-based semiconductor light-emitting element are limited.

そこで、本発明は、ＰＮパッド電極層を構成する各層の層間相互の拡散を防止することができるＧａＮ系半導体発光素子を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a GaN-based semiconductor light-emitting element that can prevent mutual diffusion of layers constituting the PN pad electrode layer.

上記課題を解決するために、本発明のＧａＮ系半導体発光素子は、
基板上に、ｎ型ＧａＮ系半導体層、およびｐ型ＧａＮ系半導体層が順に設けられ、
前記ｎ型ＧａＮ系半導体層の一部分を露出させて、露出させた前記ｎ型ＧａＮ系半導体層の表面に、Ｎパッド電極層が設けられ、
前記ｐ型ＧａＮ系半導体層上に、Ａｇ又はＡｇ合金を含んで成るＡｇ電極層が設けられ、
前記Ａｇ電極層を完全に被覆するように前記ｐ型ＧａＮ系半導体層上に、カバー電極層が設けられ、
前記カバー電極層上に、Ｐパッド電極層が設けられ、
前記Ｎパッド電極層又は前記Ｐパッド電極層の少なくとも一方が、前記基板側から順に少なくともＡｌ含有層、Ｔｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を積層しており、
前記Ｔｉ層が、０．２５μｍ以上の厚さであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the GaN-based semiconductor light-emitting device of the present invention is
An n-type GaN-based semiconductor layer and a p-type GaN-based semiconductor layer are sequentially provided on the substrate,
A portion of the n-type GaN-based semiconductor layer is exposed, and an N pad electrode layer is provided on the exposed surface of the n-type GaN-based semiconductor layer,
An Ag electrode layer comprising Ag or an Ag alloy is provided on the p-type GaN-based semiconductor layer,
A cover electrode layer is provided on the p-type GaN-based semiconductor layer so as to completely cover the Ag electrode layer,
A P pad electrode layer is provided on the cover electrode layer,
At least one of the N pad electrode layer or the P pad electrode layer has at least an Al-containing layer, a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer stacked in order from the substrate side,
The Ti layer has a thickness of 0.25 μm or more.

ある好ましい態様では、前記Ｔｉ層が、０．３５μｍ以下の厚さである。 In a preferred embodiment, the Ti layer has a thickness of 0.35 μm or less.

ある好ましい態様では、前記Ａｌ含有層はＳｉおよびＣｕを含むＡｌ合金層である。 In a preferred embodiment, the Al-containing layer is an Al alloy layer containing Si and Cu.

ある好ましい態様では、前記Ｎパッド電極層および前記Ｐパッド電極層を設けた部分を除いて、前記ｎ型ＧａＮ系半導体層、前記ｐ型ＧａＮ系半導体層、およびカバー電極層の各層面に、絶縁膜が施されている。 In a preferred aspect, the n-type GaN-based semiconductor layer, the p-type GaN-based semiconductor layer, and the cover electrode layer are insulated on each surface except the portion where the N-pad electrode layer and the P-pad electrode layer are provided. A membrane is applied.

ある好ましい態様では、前記基板がサファイア基板である。 In a preferred embodiment, the substrate is a sapphire substrate.

本発明のＧａＮ系半導体発光素子は、ＰＮパッド電極層に含まれるＴｉ層の厚さを０．２５μｍ以上にすることで、Ａｌ含有層とＡｕ層の相互拡散を抑制することができるものである。これによって、ＧａＮ系半導体発光素子の利用用途や範囲が広がり、又、ＧａＮ系半導体発光素子の使用条件等が制限されにくくなる。従って、ＧａＮ系半導体発光素子の需要が益々増えることが期待できるものである。 The GaN-based semiconductor light-emitting device of the present invention can suppress interdiffusion between the Al-containing layer and the Au layer by setting the thickness of the Ti layer included in the PN pad electrode layer to 0.25 μm or more. . As a result, the application and range of use of the GaN-based semiconductor light-emitting element are widened, and usage conditions of the GaN-based semiconductor light-emitting element are not easily restricted. Therefore, it can be expected that the demand for GaN-based semiconductor light-emitting elements will increase further.

図１は、ＧａＮ系半導体発光素子の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a GaN-based semiconductor light-emitting element. 図２は、ＧａＮ系半導体発光素子の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a GaN-based semiconductor light emitting device. 図３(ａ)は、熱処理前のＰＮパッド電極層を構成する各元素の拡散状況図である。FIG. 3A is a diffusion state diagram of each element constituting the PN pad electrode layer before the heat treatment. 図３(ｂ)は、電気炉温度を４５０度に設定の下、ＰＮパッド電極層を１０分間安定させた時のＰＮパッド電極層を構成する各元素の拡散分布状況である。FIG. 3B shows a diffusion distribution state of each element constituting the PN pad electrode layer when the PN pad electrode layer is stabilized for 10 minutes with the electric furnace temperature set to 450 degrees. 図３(ｃ)は、電気炉温度を５００度に設定の下、ＰＮパッド電極層を１０分間安定させた時のＰＮパッド電極層を構成する各元素の拡散分布状況である。FIG. 3C shows the diffusion distribution of each element constituting the PN pad electrode layer when the PN pad electrode layer is stabilized for 10 minutes with the electric furnace temperature set to 500 degrees. 図３(ｄ)は、電気炉温度を５００度に設定の下、ＰＮパッド電極層を３０分間安定させた時のＰＮパッド電極層を構成する各元素の拡散分布状況である。FIG. 3D shows the diffusion distribution of each element constituting the PN pad electrode layer when the PN pad electrode layer is stabilized for 30 minutes with the electric furnace temperature set at 500 degrees. 図４は、熱処理後の基準となるＧａＮ系半導体発光素子のサファイア基板側の平面写真図である。FIG. 4 is a plan photograph of the sapphire substrate side of the GaN-based semiconductor light-emitting element that serves as a reference after heat treatment. 図５は、熱処理後の基準となるＧａＮ系半導体発光素子のＰＮパッド電極層設置側の平面写真図である。FIG. 5 is a plan photograph of the PN pad electrode layer installation side of the GaN-based semiconductor light-emitting element that serves as a reference after heat treatment. 図６は、基準となるＰＮパッド電極層と比べてＴｉ層を厚くした熱処理後のＧａＮ系半導体発光素子のサファイア基板側の平面写真図である。FIG. 6 is a plan photograph of the sapphire substrate side of the GaN-based semiconductor light-emitting device after the heat treatment in which the Ti layer is made thicker than the reference PN pad electrode layer. 図７は、基準となるＰＮパッド電極層と比べてＴｉ層を厚くした熱処理後のＧａＮ系半導体発光素子のＰＮパッド電極層設置側の平面写真図である。FIG. 7 is a plan photograph of the PN pad electrode layer installation side of the GaN-based semiconductor light-emitting device after the heat treatment in which the Ti layer is made thicker than the reference PN pad electrode layer. 図８は、基準となるＰＮパッド電極層と比べて、Ｐｔ層を厚くした熱処理後のＧａＮ系半導体発光素子のサファイア基板側の平面写真図である。FIG. 8 is a plan view of the sapphire substrate side of the GaN-based semiconductor light-emitting device after the heat treatment in which the Pt layer is thickened as compared with the reference PN pad electrode layer. 図９は、基準となるＰＮパッド電極層と比べてＰｔ層を厚くした熱処理後のＧａＮ系半導体発光素子のＰＮパッド電極層設置側の平面写真図である。FIG. 9 is a plan photograph of the PN pad electrode layer installation side of the GaN-based semiconductor light-emitting element after the heat treatment in which the Pt layer is made thicker than the reference PN pad electrode layer. 図１０は、電気炉の各設定温度に対するＰＮパッド電極層の変色発生開始時間を示したグラフである。FIG. 10 is a graph showing the color change generation start time of the PN pad electrode layer with respect to each set temperature of the electric furnace. 図１１は、参考例１、実施例３、実施例４及び比較例１のＧａＮ系半導体発光素子のＮパッド電極層の変色発生試験結果を示す拡大写真である。FIG. 11 is an enlarged photograph showing the discoloration generation test result of the N pad electrode layer of the GaN-based semiconductor light emitting devices of Reference Example 1, Example 3, Example 4 and Comparative Example 1. 図１２は、参考例２、参考例３、実施例５のＧａＮ系半導体発光素子のＮパッド電極層の変色発生試験結果を示す拡大写真である。FIG. 12 is an enlarged photograph showing the discoloration generation test result of the N pad electrode layer of the GaN-based semiconductor light emitting devices of Reference Example 2, Reference Example 3, and Example 5.

以下、本発明の実施形態のＧａＮ系半導体発光素子について説明する。 Hereinafter, a GaN-based semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described.

まず、本発明のＧａＮ系半導体発光素子の構造について説明する。図１は、本発明のＧａＮ系半導体発光素子１の平面図である。図２は、本発明のＧａＮ系半導体発光素子１の概略断面図であり、図１にある線分Ａ−Ａ´方向に沿ったものである。本発明のＧａＮ系半導体発光素子１は、図２に示すように、サファイア基板２、ｎ型ＧａＮ系半導体層３、発光層４、ｐ型ＧａＮ系半導体層５、ＰＮパッド電極層６、Ａｇ電極層７およびカバー電極層８を含んで成る。又、本明細書において、ＰＮパッド電極層６は、Ｎパッド電極層９およびＰパッド電極層１０の総称である。 First, the structure of the GaN-based semiconductor light emitting device of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view of a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of the present invention, which is along the line AA ′ direction in FIG. As shown in FIG. 2, the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of the present invention includes a sapphire substrate 2, an n-type GaN-based semiconductor layer 3, a light-emitting layer 4, a p-type GaN-based semiconductor layer 5, a PN pad electrode layer 6, and an Ag electrode. It comprises a layer 7 and a cover electrode layer 8. In this specification, the PN pad electrode layer 6 is a general term for the N pad electrode layer 9 and the P pad electrode layer 10.

ｎ型ＧａＮ系半導体層３は、サファイア基板２上に設けられている。発光層４は、ｎ型ＧａＮ系半導体層３上に設けられている。ｐ型ＧａＮ系半導体層５は、発光層４上に設けられている。Ｎパッド電極層９は、ｐ型ＧａＮ系半導体層５および発光層４の一部を除いたｎ型ＧａＮ系半導体層３を露出させた表面に設けられている。又、Ｎパッド電極層９は、サファイア基板２側から順に、Ａｌ含有層１１、Ｔｉ層１２、Ｐｔ層１３およびＡｕ層１４を有し、ｎ型ＧａＮ系半導体層３とオーミック接触する。最もサファイア基板側に近いＡｌ含有層１１は反射の機能を果たす層であり、又、最もサファイア基板から遠いＡｕ層１４はワイヤーボンディングを可能にする層である。又、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４との間にあるＴｉ層１２およびＰｔ層１３は、Ａｌ含有層１１およびＡｕ層１４との相互拡散を抑制する中間バリア層としての機能を果たしている。Ａｇ又はＡｇ合金を含んで成るＡｇ電極層７は、ｐ型ＧａＮ系半導体層５上に設けられ、ｐ型ＧａＮ系半導体層５とオーミック接触する。カバー電極層８は、Ａｇ又はＡｇ合金を含んで成るＡｇ電極層７および該Ａｇ電極層７の少なくとも側面と上面とを完全に被覆するようにｐ型ＧａＮ系半導体層５上に設けられている。このとき、カバー電極層８は、Ａｇ又はＡｇ合金を含んで成るＡｇ電極層７および該Ａｇ電極層７を完全に被覆することが好ましい。又、Ｐパッド電極層１０はカバー電極層８上に設けられている。絶縁膜１５は、Ｎパッド電極層９およびＰパッド電極層１０を設けた部分を除いて、ＧａＮ系半導体発光素子１全体を覆うように施されている。
ここで、Ｐパッド電極層１０は、Ｎパッド電極層９と同様の層構造を有している。すなわち、Ｐパッド電極層１０はサファイア基板２側から順にＡｌ含有層１１、Ｔｉ層１２、Ｐｔ層１３およびＡｕ層１４を有している。本実施形態では、Ａｌ含有層１１はＳｉおよびＣｕを含んで成るＡｌ合金層であるが、これに限らず、Ａｌを含有する積層や、Ａｌと他の金属との合金層でもよい。他の金属とは、例えばＣｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ等が使用できる。また、ＰＮパッド電極層６は少なくとも一方が、サファイア基板２側から順にＡｌ含有層１１、Ｔｉ層１２、Ｐｔ層１３およびＡｕ層１４の積層構造を有していればよい。この積層構造において、各層の成分が他の層へ一部拡散していてもよい。 The n-type GaN-based semiconductor layer 3 is provided on the sapphire substrate 2. The light emitting layer 4 is provided on the n-type GaN-based semiconductor layer 3. The p-type GaN-based semiconductor layer 5 is provided on the light emitting layer 4. The N pad electrode layer 9 is provided on the exposed surface of the n-type GaN-based semiconductor layer 3 excluding part of the p-type GaN-based semiconductor layer 5 and the light emitting layer 4. The N pad electrode layer 9 has an Al-containing layer 11, a Ti layer 12, a Pt layer 13, and an Au layer 14 in order from the sapphire substrate 2 side, and is in ohmic contact with the n-type GaN-based semiconductor layer 3. The Al-containing layer 11 closest to the sapphire substrate side is a layer that performs a reflection function, and the Au layer 14 that is farthest from the sapphire substrate is a layer that enables wire bonding. The Ti layer 12 and the Pt layer 13 between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 function as an intermediate barrier layer that suppresses mutual diffusion with the Al-containing layer 11 and the Au layer 14. The Ag electrode layer 7 containing Ag or an Ag alloy is provided on the p-type GaN-based semiconductor layer 5 and is in ohmic contact with the p-type GaN-based semiconductor layer 5. The cover electrode layer 8 is provided on the p-type GaN-based semiconductor layer 5 so as to completely cover the Ag electrode layer 7 containing Ag or an Ag alloy and at least the side surface and the upper surface of the Ag electrode layer 7. . At this time, it is preferable that the cover electrode layer 8 completely covers the Ag electrode layer 7 containing Ag or an Ag alloy and the Ag electrode layer 7. The P pad electrode layer 10 is provided on the cover electrode layer 8. The insulating film 15 is applied so as to cover the entire GaN-based semiconductor light emitting device 1 except for the portion where the N pad electrode layer 9 and the P pad electrode layer 10 are provided.
Here, the P pad electrode layer 10 has the same layer structure as the N pad electrode layer 9. That is, the P pad electrode layer 10 has an Al-containing layer 11, a Ti layer 12, a Pt layer 13, and an Au layer 14 in this order from the sapphire substrate 2 side. In the present embodiment, the Al-containing layer 11 is an Al alloy layer containing Si and Cu, but is not limited thereto, and may be a laminate containing Al or an alloy layer of Al and another metal. For example, Cu, Mn, Si, Mg, Zn or the like can be used as the other metal. Further, at least one of the PN pad electrode layers 6 only needs to have a laminated structure of an Al-containing layer 11, a Ti layer 12, a Pt layer 13, and an Au layer 14 in this order from the sapphire substrate 2 side. In this laminated structure, the components of each layer may partially diffuse to other layers.

本発明において、ＧａＮ系半導体発光素子１の構成要素の１つであるＰＮパッド電極層６は、Ａｌ含有層１１、Ｔｉ層１２、Ｐｔ層１３およびＡｕ層１４から成り、かつ、Ｔｉ層１２の厚さを０．２５μｍ以上にすることによって、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４との間の相互拡散を抑制している。なお、Ｔｉ層１２の厚さは、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４との間の相互拡散を抑制するために０．２５μｍ以上あればよく、かかる効果を考慮したとき、上限は特にないが、例えば、ＰＮパッド電極層６の全体の抵抗を考慮して好ましくは、０．３５μｍ以下に設定される。 In the present invention, the PN pad electrode layer 6, which is one of the constituent elements of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1, is composed of an Al-containing layer 11, a Ti layer 12, a Pt layer 13, and an Au layer 14. By setting the thickness to 0.25 μm or more, interdiffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 is suppressed. Note that the thickness of the Ti layer 12 may be 0.25 μm or more in order to suppress mutual diffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14, and there is no particular upper limit when considering such an effect. For example, considering the overall resistance of the PN pad electrode layer 6, it is preferably set to 0.35 μm or less.

次に、本発明のＧａＮ系半導体発光素子１の製造方法について説明する。
＜ＧａＮ系半導体層の形成＞
まず、サファイア基板２を準備する。本実施形態ではサファイア基板を用いるが、ＳｉＣ等の異種基板やＧａＮ基板等でも構わない。また、基板は凹凸形状を有していてもよい。その凹凸形状を有したサファイア基板２をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、この凹凸形状を有したサファイア基板２上に、ｎ型ＧａＮ系半導体層３、発光層４およびｐ型ＧａＮ系半導体層５を順に成長させることで、ＧａＮ系半導体層１６が形成される。
＜エッチング＞
ｐ型ＧａＮ系半導体層５の表面に所定形状のマスクを形成し、エッチングによりマスク開口部を介してｐ型ＧａＮ系半導体層５および発光層４を除去して、ｎ型ＧａＮ系半導体層３を露出させる。この時、ｎ型ＧａＮ系半導体層３の露出部の一部をエッチングしてもよい。このようにして露出させたｎ型ＧａＮ系半導体層３の一部に、Ｎパッド電極層９を形成する。
＜Ａｇ電極層およびカバー電極層の形成＞
マスクを除去した後、例えば、スパッタリングによりｐ型ＧａＮ系半導体層５の一部にＡｇ電極層７を形成する。次に、Ａｇ電極層７を覆うようにカバー電極層８を形成する。これによって、Ａｇ電極層７の高い光取り出し効果を発揮させつつ、高温、高湿動作時におけるＡｇのマイグレーション、すなわちリーク電流を防止する。
＜ＰＮパッド電極層の形成＞
サファイア基板２側から順に、蒸着又はスパッタリングによりＡｌ含有層１１、Ｔｉ層１２、Ｐｔ層１３およびＡｕ層１４を、エッチングにより露出させたｎ型ＧａＮ系半導体層３上とカバー電極層８上に積層させて、Ｎパッド電極層９およびＰパッド電極層１０を同時に形成する。なお、この実施形態では、Ｎパッド電極層９およびＰパッド電極層１０を同様の層構造を有して、同時に形成したが、Ｎパッド電極層９およびＰパッド電極層１０は異なる層構造で、別工程で形成してもよい。
＜絶縁膜の形成＞
ＰＮパッド電極層６の上面を除いて、ｎ型ＧａＮ系半導体層３、発光層４、ｐ型ＧａＮ系半導体層５、およびカバー電極層８の各層の表面、すなわちＧａＮ系半導体発光素子１全体を覆うように、絶縁膜１５を施す。
以上の方法により、本発明のＧａＮ系半導体発光素子１が製造される。 Next, a method for manufacturing the GaN-based semiconductor light emitting device 1 of the present invention will be described.
<Formation of GaN-based semiconductor layer>
First, the sapphire substrate 2 is prepared. In this embodiment, a sapphire substrate is used, but a heterogeneous substrate such as SiC or a GaN substrate may be used. Further, the substrate may have an uneven shape. The sapphire substrate 2 having the concavo-convex shape is placed in the MOCVD apparatus, and the n-type GaN-based semiconductor layer 3, the light emitting layer 4, and the p-type GaN-based semiconductor layer 5 are sequentially formed on the sapphire substrate 2 having the concavo-convex shape. By growing it, the GaN-based semiconductor layer 16 is formed.
<Etching>
A mask having a predetermined shape is formed on the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer 5, and the p-type GaN-based semiconductor layer 5 and the light-emitting layer 4 are removed by etching through the mask opening. Expose. At this time, a part of the exposed portion of the n-type GaN-based semiconductor layer 3 may be etched. An N pad electrode layer 9 is formed on a part of the n-type GaN-based semiconductor layer 3 thus exposed.
<Formation of Ag electrode layer and cover electrode layer>
After removing the mask, the Ag electrode layer 7 is formed on a part of the p-type GaN-based semiconductor layer 5 by sputtering, for example. Next, the cover electrode layer 8 is formed so as to cover the Ag electrode layer 7. This prevents Ag migration during high temperature and high humidity operation, that is, leakage current, while exhibiting the high light extraction effect of the Ag electrode layer 7.
<Formation of PN pad electrode layer>
In order from the sapphire substrate 2 side, an Al-containing layer 11, a Ti layer 12, a Pt layer 13, and an Au layer 14 are stacked on the n-type GaN-based semiconductor layer 3 and the cover electrode layer 8 exposed by etching. Thus, the N pad electrode layer 9 and the P pad electrode layer 10 are formed simultaneously. In this embodiment, the N pad electrode layer 9 and the P pad electrode layer 10 have the same layer structure and are formed simultaneously. However, the N pad electrode layer 9 and the P pad electrode layer 10 have different layer structures. You may form in another process.
<Formation of insulating film>
Except for the upper surface of the PN pad electrode layer 6, the surface of each layer of the n-type GaN-based semiconductor layer 3, the light-emitting layer 4, the p-type GaN-based semiconductor layer 5, and the cover electrode layer 8, that is, the entire GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is formed. An insulating film 15 is applied so as to cover it.
By the above method, the GaN-based semiconductor light emitting device 1 of the present invention is manufactured.

中間バリア層であるＴｉ層１２およびＰｔ層１３が、Ａｌ含有層１１およびＡｕ層１４との相互拡散を抑制する機能を果たしているかどうか確認するために、実施した実験の結果について以下に説明する。 In order to confirm whether or not the Ti layer 12 and the Pt layer 13 that are intermediate barrier layers have a function of suppressing mutual diffusion with the Al-containing layer 11 and the Au layer 14, the results of experiments conducted will be described below.

［比較例１］
まず、以下の製造工程により、基準となるＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。
＜ＧａＮ系半導体層の形成＞
まず、凹凸形状を有したサファイア基板２を準備した。主として有機金属気相成長法(ＭＯＣＶＤ法)を用いて、その凹凸形状を有したサファイア基板２をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、この凹凸形状を有したサファイア基板２上に、ｎ型ＧａＮ系半導体層３、発光層４およびｐ型ＧａＮ系半導体層５を順に成長させることで、ＧａＮ系半導体層１６を形成させた。
＜エッチング＞
次いで、ｐ型ＧａＮ系半導体層５の表面に所定形状のマスクを形成し、エッチングによりマスク開口部を介してｐ型ＧａＮ系半導体層５および発光層４を除去して、ｎ型ＧａＮ系半導体層３を露出させた。このようにして露出させたｎ型ＧａＮ系半導体層３の一部に、Ｎパッド電極層９を形成した。
＜Ａｇ電極層およびカバー電極層の形成＞
次いで、マスクを除去した後、例えば、スパッタリングによりｐ型ＧａＮ系半導体層５の一部にＡｇ電極層７を形成した。レジストを用いて、Ａｇ電極層７を覆うようにカバー電極層８を形成した。
＜ＰＮパッド電極層の形成＞
次いで、サファイア基板２側から順に、蒸着又はスパッタリングによりＳｉ、Ｃｕを含むＡｌ合金からなるＡｌ含有層１１(厚さ：０．５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．１５μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．０５μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)を、エッチングにより露出させたｎ型ＧａＮ系半導体層３上とカバー電極層８上に積層させて、Ｎパッド電極層９およびＰパッド電極層１０、すなわち、ＰＮパッド電極層６を同時に形成した。
＜絶縁膜の形成＞
次いで、ＰＮパッド電極層６の上面を除いて、ｎ型ＧａＮ系半導体層３、発光層４、ｐ型ＧａＮ系半導体層５、およびカバー電極層８の各層の表面、すなわちＧａＮ系半導体発光素子１全体を覆うように、絶縁膜１５を施した。 [Comparative Example 1]
First, a reference GaN-based semiconductor light emitting device 1 was manufactured by the following manufacturing process.
<Formation of GaN-based semiconductor layer>
First, a sapphire substrate 2 having an uneven shape was prepared. The sapphire substrate 2 having the concavo-convex shape is installed in the MOCVD apparatus mainly using a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), and the n-type GaN-based semiconductor layer is formed on the sapphire substrate 2 having the concavo-convex shape. 3. The GaN-based semiconductor layer 16 was formed by growing the light emitting layer 4 and the p-type GaN-based semiconductor layer 5 in this order.
<Etching>
Next, a mask having a predetermined shape is formed on the surface of the p-type GaN-based semiconductor layer 5, and the p-type GaN-based semiconductor layer 5 and the light emitting layer 4 are removed by etching through the mask opening, whereby an n-type GaN-based semiconductor layer is formed. 3 was exposed. An N pad electrode layer 9 was formed on a part of the n-type GaN-based semiconductor layer 3 thus exposed.
<Formation of Ag electrode layer and cover electrode layer>
Next, after removing the mask, the Ag electrode layer 7 was formed on a part of the p-type GaN-based semiconductor layer 5 by sputtering, for example. A cover electrode layer 8 was formed using a resist so as to cover the Ag electrode layer 7.
<Formation of PN pad electrode layer>
Next, in order from the sapphire substrate 2 side, an Al-containing layer 11 (thickness: 0.5 μm), a Ti layer 12 (thickness: 0.15 μm), a Pt layer 13 made of an Al alloy containing Si and Cu by vapor deposition or sputtering. (Thickness: 0.05 μm) and Au layer 14 (thickness: 0.45 μm) are stacked on the n-type GaN-based semiconductor layer 3 and the cover electrode layer 8 exposed by etching to form an N pad electrode layer 9 and P pad electrode layer 10, that is, PN pad electrode layer 6, were formed simultaneously.
<Formation of insulating film>
Next, except for the upper surface of the PN pad electrode layer 6, the surfaces of the n-type GaN-based semiconductor layer 3, the light-emitting layer 4, the p-type GaN-based semiconductor layer 5, and the cover electrode layer 8, that is, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1. An insulating film 15 was applied so as to cover the whole.

以上の製造工程により、Ａｌ含有層１１(厚さ：０．５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．１５μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．０５μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)であるＰＮパッド電極層６を有した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。 Through the above manufacturing process, the Al-containing layer 11 (thickness: 0.5 μm), the Ti layer 12 (thickness: 0.15 μm), the Pt layer 13 (thickness: 0.05 μm), and the Au layer 14 (thickness: A reference GaN-based semiconductor light-emitting element 1 having a PN pad electrode layer 6 of 0.45 μm) was manufactured.

次に、以下の条件に設定した場合に、ＰＮパッド電極層６を構成する各元素の拡散状況をＧＤＳ装置(グロー放電発光分光分析装置)で分析した。各設定条件におけるＰＮパッド電極層６を構成する各元素の拡散状況は図３(ａ)〜図３(ｄ)に示される。
なお、このＧＤＳ装置は、(１)中空状の陽極と試料(陰極)を対向させ、放電部をアルゴン雰囲気に保ち、両電極間に電力を供給する事により、安定したグロー放電プラズマを発生させるプロセス、(２)アルゴンイオンで表面から均一にスパッタされた試料表面の原子が、プラズマ中で励起され元素固有のスペクトルを発生させるプロセス、(３)このスペクトルを分光、計測することで、光強度により元素濃度、スパッタ時間から深さの情報を得るプロセス、(４)表面からの深さ方向分析を行うプロセスの４つのプロセスを踏んで、元素の拡散状況を分析するものである。
(１)熱処理前
図３(ａ)は、熱処理前のＰＮパッド電極層６を構成する各元素の拡散状況図である。図３(ａ)より、熱処理を施していないため、ＰＮパッド電極層６を構成する各元素は拡散せず安定していることがわかる。
(２)電気炉設定温度４５０℃（昇温時間３０分間＋安定時間１０分間＋降温時間３０分間）
図３(ｂ)は、電気炉温度を４５０℃に設定し、(ｉ)３０分間かけて昇温させ、(ｉｉ)次いで１０分間安定させ、(ｉｉｉ)最後に３０分間かけて降温させて、ＧａＮ系半導体発光素子１の熱処理を施した場合のＰＮパッド電極層６を構成する各元素の拡散状況図である。図３(ｂ)より、Ａｕのピークがやや収束が不足していることがわかる。
(３)電気炉設定温度５００℃（昇温時間３０分間＋安定時間１０分間＋降温時間３０分間）
図３(ｃ)は、電気炉温度を５００℃に設定し、(ｉ)３０分間かけて昇温させ、(ｉｉ)次いで１０分間安定させ、(ｉｉｉ)最後に３０分間かけて降温させて、ＧａＮ系半導体発光素子１の熱処理を施した場合のＰＮパッド電極層６を構成する各元素の拡散状況図である。図３(ｃ)より、Ａｌ含有層１１を構成するＡｌ、ＳｉおよびＣｕから成るＡｌ合金のうちＡｌとＡｕが相互拡散していることが分かる。
(４)電気炉設定温度５００℃（昇温時間３０分間＋安定時間３０分間＋降温時間３０分間）
図３(ｄ)は、電気炉温度を５００℃に設定し、(ｉ)３０分間かけて昇温させ、(ｉｉ)次いで３０分間安定させ、(ｉｉｉ)最後に３０分間かけて降温させて、ＧａＮ系半導体発光素子１の熱処理を施した場合のＰＮパッド電極層６を構成する各元素の拡散状況図である。図３(ｄ)より、各層の構造が崩れていることがわかる。 Next, when the following conditions were set, the diffusion state of each element constituting the PN pad electrode layer 6 was analyzed with a GDS apparatus (glow discharge emission spectroscopic analyzer). The diffusion state of each element constituting the PN pad electrode layer 6 under each setting condition is shown in FIGS. 3 (a) to 3 (d).
This GDS apparatus (1) generates a stable glow discharge plasma by making a hollow anode and a sample (cathode) face each other, keeping the discharge part in an argon atmosphere, and supplying power between both electrodes. Process, (2) A process in which atoms on the sample surface uniformly sputtered from the surface with argon ions are excited in the plasma to generate an element-specific spectrum, and (3) Light intensity is obtained by spectroscopic measurement of this spectrum. The element diffusion state is analyzed through the following four processes: (4) a process for obtaining depth information from element concentration and sputtering time, and (4) a depth direction analysis from the surface.
(1) Before Heat Treatment FIG. 3A is a diffusion state diagram of each element constituting the PN pad electrode layer 6 before the heat treatment. FIG. 3 (a) shows that each element constituting the PN pad electrode layer 6 is stable without being diffused because no heat treatment is performed.
(2) Electric furnace set temperature 450 ° C (heating time 30 minutes + stabilization time 10 minutes + cooling time 30 minutes)
FIG. 3 (b) shows that the electric furnace temperature is set to 450 ° C., (i) the temperature is increased over 30 minutes, (ii) is then stabilized for 10 minutes, (iii) is finally decreased over 30 minutes, FIG. 4 is a diffusion state diagram of each element constituting the PN pad electrode layer 6 when the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is subjected to heat treatment. FIG. 3B shows that the Au peak is slightly insufficiently converged.
(3) Electric furnace set temperature 500 ° C (heating time 30 minutes + stabilization time 10 minutes + cooling time 30 minutes)
FIG. 3 (c) shows that the electric furnace temperature is set to 500 ° C., (i) the temperature is increased over 30 minutes, (ii) is then stabilized for 10 minutes, (iii) is finally decreased over 30 minutes, FIG. 4 is a diffusion state diagram of each element constituting the PN pad electrode layer 6 when the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is subjected to heat treatment. From FIG. 3C, it can be seen that Al and Au are interdiffused in the Al alloy composed of Al, Si and Cu constituting the Al-containing layer 11.
(4) Electric furnace set temperature 500 ° C (temperature rise time 30 minutes + stabilization time 30 minutes + temperature drop time 30 minutes)
FIG. 3 (d) shows that the electric furnace temperature is set to 500 ° C., (i) the temperature is increased over 30 minutes, (ii) is then stabilized for 30 minutes, (iii) is finally cooled for 30 minutes, FIG. 4 is a diffusion state diagram of each element constituting the PN pad electrode layer 6 when the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is subjected to heat treatment. FIG. 3D shows that the structure of each layer is broken.

又、上記(３)の設定条件で熱処理を施した場合のＧａＮ系半導体発光素子１のサファイア基板２側およびＰＮパッド電極層６設置側の平面写真図を、各々図４および図５に示す。図４および図５より、熱処理によってＮパッド電極層９およびＰパッド電極層１０を中心として、変色している。これは、Ａｌ含有層１１およびＡｕ層１４との相互拡散が生じていることを示す。 FIGS. 4 and 5 are plan photographs showing the sapphire substrate 2 side and the PN pad electrode layer 6 installation side of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 when heat treatment is performed under the setting condition (3), respectively. 4 and 5, the heat treatment changes the color around the N pad electrode layer 9 and the P pad electrode layer 10. This indicates that interdiffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 occurs.

図３(ａ)〜図３(ｄ)より、熱処理温度および熱処理時間が増えると、中間バリア層であるＴｉ層１２およびＰｔ層１３を有しているにもかかわらず、Ａｌ、ＳｉおよびＣｕから成るＡｌ合金のうちＡｌとＡｕが相互拡散している。これは、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４とが相互拡散していることを示す。 From FIG. 3A to FIG. 3D, when the heat treatment temperature and the heat treatment time are increased, although the Ti layer 12 and the Pt layer 13 which are intermediate barrier layers are included, the Al, Si and Cu are used. In the Al alloy formed, Al and Au are interdiffused. This indicates that the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 are interdiffused.

この事から、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４との相互拡散を抑制するためには、中間バリア層を単に設けるだけでは十分ではないことが分かる。それ故、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４との相互拡散を抑制する方法として、中間バリア層、すなわちＴｉ層１２又はＰｔ層１３を厚くすることが考えられる。そこで、(１)Ｔｉ層１２を厚くした場合、(２)Ｐｔ層１３を厚くした場合の各々について、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４との相互拡散状況を確認した。下記の実施例に示すように、ＰＮパッド電極層６を構成する中間バリア層の種類、層厚、熱処理時間、電気炉内温度等を変更して、好ましい中間バリア層の形態について検討した。 From this, it can be seen that it is not sufficient to simply provide the intermediate barrier layer in order to suppress mutual diffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14. Therefore, as a method for suppressing mutual diffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14, it is conceivable to increase the thickness of the intermediate barrier layer, that is, the Ti layer 12 or the Pt layer 13. Therefore, the mutual diffusion state between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 was confirmed for each of (1) when the Ti layer 12 was thickened and (2) when the Pt layer 13 was thickened. As shown in the following examples, the type of the intermediate barrier layer constituting the PN pad electrode layer 6, the layer thickness, the heat treatment time, the temperature in the electric furnace, and the like were changed, and the preferred form of the intermediate barrier layer was examined.

［実施例１］
比較例１のＴｉ層（厚さ：０．１５μｍ）を０．２５μｍ厚くした場合
比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１を構成するＰＮパッド電極層６と比べて、Ｔｉ層１２が０．２５μｍ厚いＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。すなわち、Ａｌ含有層１１(厚さ：０．５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．４μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．０５μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)であるＰＮパッド電極層６を有したＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。
次いで、上記比較例１の(３)の設定条件、すなわち、電気炉温度を５００℃に設定し、(ｉ)３０分間かけて昇温させ、(ｉｉ)次いで１０分間安定させ、(ｉｉｉ)最後に３０分間かけて降温させて、ＧａＮ系半導体発光素子１の熱処理を施した。その時のＧａＮ系半導体発光素子１のサファイア基板２側およびＰＮパッド電極層６設置側の平面写真図は、各々図６および図７に示される。図６および図７より、熱処理によってＮパッド電極層９およびＰパッド電極層１０を中心とした変色がほとんど見られない。これは、Ｔｉ層１２を厚くすることにより、熱処理によるＡｌ含有層１１とＡｕ層１４との相互拡散が抑制されていることを示す。 [Example 1]
When the Ti layer (thickness: 0.15 μm) of Comparative Example 1 is 0.25 μm thick Compared with the PN pad electrode layer 6 constituting the reference GaN-based semiconductor light emitting device 1 manufactured in Comparative Example 1, the Ti layer A GaN-based semiconductor light emitting device 1 having a thickness of 0.25 μm was produced. That is, Al-containing layer 11 (thickness: 0.5 μm), Ti layer 12 (thickness: 0.4 μm), Pt layer 13 (thickness: 0.05 μm), and Au layer 14 (thickness: 0.45 μm) A GaN-based semiconductor light-emitting device 1 having the PN pad electrode layer 6 was manufactured.
Next, the setting condition of (3) of Comparative Example 1 above, that is, the electric furnace temperature is set to 500 ° C., (i) the temperature is increased over 30 minutes, (ii) then stabilized for 10 minutes, (iii) last The temperature of the GaN-based semiconductor light emitting device 1 was subjected to heat treatment. Plan views of the GaN-based semiconductor light emitting device 1 on the sapphire substrate 2 side and the PN pad electrode layer 6 installation side are shown in FIGS. 6 and 7, respectively. From FIG. 6 and FIG. 7, the discoloration centering on the N pad electrode layer 9 and the P pad electrode layer 10 is hardly seen by heat treatment. This indicates that the interdiffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 due to heat treatment is suppressed by increasing the thickness of the Ti layer 12.

［比較例２］
比較例１のＰｔ層(厚さ：０．０５μｍ)を０．２５μｍ厚くした場合
比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１を構成するＰＮパッド電極層６と比べて、Ｐｔ層１３が０．２５μｍ厚いＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。すなわち、Ａｌ含有層１１(厚さ：０．５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．１５μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．３μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)であるＰＮパッド電極層６を有したＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。
次いで、上記比較例１の(３)の設定条件、すなわち、電気炉温度を５００℃に設定し、(ｉ)３０分間かけて昇温させ、(ｉｉ)次いで１０分間安定させ、(ｉｉｉ)最後に３０分間かけて降温させて、ＧａＮ系半導体発光素子１の熱処理を施した。その時のＧａＮ系半導体発光素子１のサファイア基板２側およびＰＮパッド電極層６設置側の平面写真図は、各々図８および図９に示される。図８および図９より、熱処理によってＮパッド電極層９およびＰパッド電極層１０を中心とした変色がやや見受けられる。 [Comparative Example 2]
When the Pt layer (thickness: 0.05 μm) of Comparative Example 1 is 0.25 μm thick Compared with the PN pad electrode layer 6 constituting the reference GaN-based semiconductor light emitting device 1 manufactured in Comparative Example 1, the Pt layer A GaN-based semiconductor light-emitting device 1 having a thickness 13 of 0.25 μm was manufactured. That is, Al-containing layer 11 (thickness: 0.5 μm), Ti layer 12 (thickness: 0.15 μm), Pt layer 13 (thickness: 0.3 μm), and Au layer 14 (thickness: 0.45 μm) A GaN-based semiconductor light-emitting device 1 having the PN pad electrode layer 6 was manufactured.
Next, the setting condition of (3) of Comparative Example 1 above, that is, the electric furnace temperature is set to 500 ° C., (i) the temperature is increased over 30 minutes, (ii) then stabilized for 10 minutes, (iii) last The temperature of the GaN-based semiconductor light emitting device 1 was subjected to heat treatment. Plan views of the GaN-based semiconductor light emitting device 1 on the sapphire substrate 2 side and the PN pad electrode layer 6 installation side are shown in FIGS. 8 and 9, respectively. From FIG. 8 and FIG. 9, discoloration centering on the N pad electrode layer 9 and the P pad electrode layer 10 is slightly seen by heat treatment.

これは、Ｔｉ層１２を０．２５μｍ厚くした場合と比べて、Ｐｔ層１３を同じ０．２５μｍ厚くした場合には、熱処理によるＡｌ含有層１１とＡｕ層１４との相互拡散を抑制する効果が少ないことを示している。以上の事から、Ｔｉ層１２がＰｔ層１３よりも中間バリア層として効果的に作用することが分かった。 This is because the effect of suppressing the mutual diffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 due to the heat treatment is improved when the Pt layer 13 is made 0.25 μm thick as compared with the case where the Ti layer 12 is made 0.25 μm thick. It shows that there are few. From the above, it was found that the Ti layer 12 acts more effectively as an intermediate barrier layer than the Pt layer 13.

そこで、次に主として、Ｔｉ層１２の厚さを適宜変更させて、ＧａＮ系半導体発光素子１の変色、とりわけＰＮパッド電極層６の変色防止に有効な厚さ設定範囲を検討した。 Therefore, mainly, the thickness setting range effective for preventing discoloration of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1, particularly, discoloration of the PN pad electrode layer 6 was examined mainly by appropriately changing the thickness of the Ti layer 12.

［比較例３］
まず、比較例１に記載した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１を、電気炉温度を４００、４２５、４５０又は４７５℃に各々設定して熱処理し、各電気炉設定温度におけるＰＮパッド電極層６に変色が生じるまでの時間を測定した。この時のＰＮパッド電極層６は、Ａｌ含有層１１(厚さ：０．５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．１５μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．０５μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)である。電気炉の各設定温度に対するＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間の測定結果は、図１０に示される。この時、電気炉温度が４００℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は２７０分である。次いで、電気炉温度が４２５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は１２０分である。次いで、電気炉温度が４５０℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は８５分である。最後に、電気炉温度が４７５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は３０分である。 [Comparative Example 3]
First, the reference GaN-based semiconductor light-emitting element 1 described in Comparative Example 1 was heat-treated with the electric furnace temperature set to 400, 425, 450, or 475 ° C., and the PN pad electrode layer 6 at each electric furnace set temperature. The time until discoloration occurred was measured. At this time, the PN pad electrode layer 6 includes an Al-containing layer 11 (thickness: 0.5 μm), a Ti layer 12 (thickness: 0.15 μm), a Pt layer 13 (thickness: 0.05 μm), and an Au layer 14. (Thickness: 0.45 μm). The measurement result of the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 with respect to each set temperature of the electric furnace is shown in FIG. At this time, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 400 ° C. is 270 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 425 ° C. is 120 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 450 ° C. is 85 minutes. Finally, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 475 ° C. is 30 minutes.

［比較例４］
次に、比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ａｌ含有層１１を０．１５μｍ薄くしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。すなわち、Ａｌ含有層１１(厚さ：０．３５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．１５μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．０５μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)であるＰＮパッド電極層６を有したＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。次いで、該ＧａＮ系半導体発光素子１を、電気炉温度を４００、４２５、４５０又は４７５℃に各々設定して熱処理し、各電気炉設定温度におけるＰＮパッド電極層６に変色が生じるまでの時間を測定した。電気炉の各設定温度に対するＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間の測定結果は、図１０に示される。この時、電気炉温度が４００℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は２７０分である。次いで、電気炉温度が４２５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は９０分である。次いで、電気炉温度が４５０℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は７５分である。最後に、電気炉温度が４７５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は３０分である。 [Comparative Example 4]
Next, the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 in which the Al-containing layer 11 was 0.15 μm thinner than the reference GaN-based semiconductor light-emitting device 1 manufactured in Comparative Example 1 was manufactured. That is, Al-containing layer 11 (thickness: 0.35 μm), Ti layer 12 (thickness: 0.15 μm), Pt layer 13 (thickness: 0.05 μm) and Au layer 14 (thickness: 0.45 μm) A GaN-based semiconductor light-emitting device 1 having the PN pad electrode layer 6 was manufactured. Next, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is heat-treated with the electric furnace temperature set to 400, 425, 450, or 475 ° C., and the time until the discoloration occurs in the PN pad electrode layer 6 at each electric furnace set temperature is determined. It was measured. The measurement result of the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 with respect to each set temperature of the electric furnace is shown in FIG. At this time, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 400 ° C. is 270 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 425 ° C. is 90 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 450 ° C. is 75 minutes. Finally, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 475 ° C. is 30 minutes.

図１０に示される比較例３および比較例４を比べると、Ａｌ含有層１１を０．１５μｍ薄くしても、各電気炉設定温度に対するＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間の挙動に大きな違いはないことが分かった。そこで、ＰＮパッド電極層６の全体の抵抗を考慮すると、ＰＮパッド電極層６を構成する各層は薄膜であることが望ましいため、以下の実施例では、厚さを０．５μｍから０．３５μｍにしたＡｌ含有層を用いることとした。 Comparing Comparative Example 3 and Comparative Example 4 shown in FIG. 10, even when the Al-containing layer 11 is made 0.15 μm thinner, there is a great difference in the behavior of the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 with respect to each electric furnace set temperature. It turns out that there is no. Therefore, considering the overall resistance of the PN pad electrode layer 6, it is desirable that each layer constituting the PN pad electrode layer 6 is a thin film. In the following embodiments, the thickness is changed from 0.5 μm to 0.35 μm. The Al-containing layer was used.

［比較例５］
次に、比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ａｌ含有層１１を０．１５μｍ薄く、Ｔｉ層１２を０．０７５μｍ薄くしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。すなわち、Ａｌ含有層１１(厚さ：０．３５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．０７５μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．０５μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)であるＰＮパッド電極層６を有したＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。次いで、該ＧａＮ系半導体発光素子１を、電気炉温度を４００、４２５、４５０又は４７５℃に各々設定して熱処理し、各電気炉設定温度におけるＰＮパッド電極層６に変色が生じるまでの時間を測定した。電気炉の各設定温度に対するＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間の測定結果は、図１０に示される。この時、電気炉温度が４００℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は２１０分である。次いで、電気炉温度が４２５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は６０分である。次いで、電気炉温度が４５０℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は５０分である。最後に、電気炉温度が４７５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は３０分である。 [Comparative Example 5]
Next, the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 in which the Al-containing layer 11 was 0.15 μm thinner and the Ti layer 12 was 0.075 μm thinner than the reference GaN-based semiconductor light-emitting device 1 manufactured in Comparative Example 1 was manufactured. . That is, Al-containing layer 11 (thickness: 0.35 μm), Ti layer 12 (thickness: 0.075 μm), Pt layer 13 (thickness: 0.05 μm) and Au layer 14 (thickness: 0.45 μm) A GaN-based semiconductor light-emitting device 1 having the PN pad electrode layer 6 was manufactured. Next, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is heat-treated with the electric furnace temperature set to 400, 425, 450, or 475 ° C., and the time until the discoloration occurs in the PN pad electrode layer 6 at each electric furnace set temperature is determined. It was measured. The measurement result of the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 with respect to each set temperature of the electric furnace is shown in FIG. At this time, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 400 ° C. is 210 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 425 ° C. is 60 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 450 ° C. is 50 minutes. Finally, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 475 ° C. is 30 minutes.

［比較例６］
次に、比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ａｌ含有層１１を０．１５μｍ薄く、Ｔｉ層１２を０．０５μｍ厚くしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。すなわち、Ａｌ含有層１１(厚さ：０．３５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．２μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．０５μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)であるＰＮパッド電極層６を有したＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。次いで、該ＧａＮ系半導体発光素子１を、電気炉温度を４００、４２５、４５０又は４７５℃に各々設定して熱処理し、各電気炉設定温度におけるＰＮパッド電極層６に変色が生じるまでの時間を測定した。電気炉の各設定温度に対するＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間の測定結果は、図１０に示される。この時、電気炉温度が４００℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は２７０分である。次いで、電気炉温度が４２５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は１１０分である。次いで、電気炉温度が４５０℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は８５分である。最後に、電気炉温度が４７５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は３０分である。 [Comparative Example 6]
Next, the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 in which the Al-containing layer 11 was 0.15 μm thinner and the Ti layer 12 was 0.05 μm thick than the reference GaN-based semiconductor light-emitting device 1 manufactured in Comparative Example 1 was manufactured. . That is, Al-containing layer 11 (thickness: 0.35 μm), Ti layer 12 (thickness: 0.2 μm), Pt layer 13 (thickness: 0.05 μm) and Au layer 14 (thickness: 0.45 μm) A GaN-based semiconductor light-emitting device 1 having the PN pad electrode layer 6 was manufactured. Next, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is heat-treated with the electric furnace temperature set to 400, 425, 450, or 475 ° C., and the time until the discoloration occurs in the PN pad electrode layer 6 at each electric furnace set temperature is determined. It was measured. The measurement result of the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 with respect to each set temperature of the electric furnace is shown in FIG. At this time, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 400 ° C. is 270 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 425 ° C. is 110 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 450 ° C. is 85 minutes. Finally, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 475 ° C. is 30 minutes.

［実施例２］
次に、比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ａｌ含有層１１を０．１５μｍ薄く、Ｔｉ層１２を０．１５μｍ厚くしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。すなわち、Ａｌ含有層１１(厚さ：０．３５μｍ)、Ｔｉ層１２(厚さ：０．３μｍ)、Ｐｔ層１３(厚さ：０．０５μｍ)およびＡｕ層１４(厚さ：０．４５μｍ)であるＰＮパッド電極層６を有したＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。次いで、該ＧａＮ系半導体発光素子１を、電気炉温度を４００、４２５、４５０又は４７５℃に各々設定して熱処理し、各電気炉設定温度におけるＰＮパッド電極層６に変色が生じるまでの時間を測定した。電気炉の各設定温度に対するＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間の測定結果は、図１０に示される。この時、電気炉温度が４００℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は５１０分である。次いで、電気炉温度が４２５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は２６０分である。次いで、電気炉温度が４５０℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は１５０分である。最後に、電気炉温度が４７５℃の場合のＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間は５０分である。 [Example 2]
Next, compared with the reference GaN-based semiconductor light-emitting element 1 manufactured in Comparative Example 1, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 in which the Al-containing layer 11 was 0.15 μm thinner and the Ti layer 12 was 0.15 μm thick was manufactured. . That is, Al-containing layer 11 (thickness: 0.35 μm), Ti layer 12 (thickness: 0.3 μm), Pt layer 13 (thickness: 0.05 μm) and Au layer 14 (thickness: 0.45 μm) A GaN-based semiconductor light-emitting device 1 having the PN pad electrode layer 6 was manufactured. Next, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is heat-treated with the electric furnace temperature set to 400, 425, 450, or 475 ° C., and the time until the discoloration occurs in the PN pad electrode layer 6 at each electric furnace set temperature is determined. It was measured. The measurement result of the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 with respect to each set temperature of the electric furnace is shown in FIG. At this time, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 400 ° C. is 510 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 425 ° C. is 260 minutes. Next, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 450 ° C. is 150 minutes. Finally, the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 when the electric furnace temperature is 475 ° C. is 50 minutes.

図１０に示される比較例３〜６および実施例２を比べると、Ｔｉ層１２の厚さを０．０７５μｍ(比較例５)、０．１５μｍ(比較例４)又は０．２μｍ(比較例６)に設定した場合、各電気炉設定温度に対するＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間の挙動に大きな違いはないことが分かった。その一方で、他のＴｉ層１２の厚さを０．０７５μｍ(比較例５)、０．１５μｍ(比較例４)又は０．２μｍ(比較例６)に設定した場合と比べて、Ｔｉ層１２の厚さを０．３μｍ(実施例２)に設定した場合に、各電気炉設定温度に対するＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間が遅いことが分かった。 Comparing Comparative Examples 3 to 6 and Example 2 shown in FIG. 10, the thickness of the Ti layer 12 is 0.075 μm (Comparative Example 5), 0.15 μm (Comparative Example 4), or 0.2 μm (Comparative Example 6). ), It was found that there was no significant difference in the behavior of the color change start time of the PN pad electrode layer 6 with respect to each electric furnace set temperature. On the other hand, compared with the case where the thickness of the other Ti layer 12 is set to 0.075 μm (Comparative Example 5), 0.15 μm (Comparative Example 4) or 0.2 μm (Comparative Example 6), the Ti layer 12 When the thickness of the PN pad electrode layer 6 was set to 0.3 μm (Example 2), it was found that the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 with respect to each electric furnace set temperature was slow.

ＰＮパッド電極層６の変色発生開始時間の遅延は、熱処理によるＡｌ含有層１１とＡｕ層１４との相互拡散の抑制に結び付くため、Ｔｉ層１２の厚さを０．３μｍに設定した場合に、熱処理によるＡｌ含有層１１とＡｕ層１４との相互拡散を効果的に抑制することができる。 Since the delay of the color change generation start time of the PN pad electrode layer 6 leads to suppression of mutual diffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 by the heat treatment, when the thickness of the Ti layer 12 is set to 0.3 μm, Interdiffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 due to heat treatment can be effectively suppressed.

Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４との間の相互拡散を効果的に抑制することができるＴｉ層１２の厚さの下限値を求めるため、比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ｔｉ層１２の厚さを厚くしたＧａＮ系半導体発光素子１（参考例１、実施例３、実施例４）について、順方向電流（Ｉｆ［ｍＡ］）、ＧａＮ系半導体発光素子１の接合温度（Ｔｊ［℃］）を変えてＮパッド電極層９の変色発生について調査した。 In order to obtain the lower limit value of the thickness of the Ti layer 12 that can effectively suppress the interdiffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14, a GaN-based semiconductor light-emitting device serving as a reference manufactured in Comparative Example 1 1, the forward current (If [mA]), the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 for the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 (Reference Example 1, Example 3, and Example 4) in which the thickness of the Ti layer 12 is increased as compared with FIG. The occurrence of discoloration of the N-pad electrode layer 9 was investigated by changing the bonding temperature (Tj [° C.]).

［参考例１］
比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ｔｉ層１２の厚さを０．０５μｍ厚くし、Ｔｉ層１２の膜厚を０．２μｍとしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。 [Reference Example 1]
Compared with the reference GaN-based semiconductor light-emitting element 1 manufactured in Comparative Example 1, the thickness of the Ti layer 12 is 0.05 μm thick, and the thickness of the Ti layer 12 is 0.2 μm. Manufactured.

［実施例３］
比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ｔｉ層１２の厚さを０．１μｍ厚くし、Ｔｉ層１２の膜厚を０．２５μｍとしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。 [Example 3]
Compared to the reference GaN-based semiconductor light-emitting element 1 manufactured in Comparative Example 1, the thickness of the Ti layer 12 is 0.1 μm thick, and the thickness of the Ti layer 12 is 0.25 μm. Manufactured.

［実施例４］
比較例１で製造した基準となるＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ｔｉ層１２の厚さを０．１５μｍ厚くし、Ｔｉ層１２の膜厚を０．３μｍとしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。 [Example 4]
Compared with the reference GaN-based semiconductor light-emitting element 1 manufactured in Comparative Example 1, the thickness of the Ti layer 12 is 0.15 μm thick, and the thickness of the Ti layer 12 is 0.3 μm. Manufactured.

参考例１、実施例３、実施例４及び比較例１のＧａＮ系半導体発光素子１について、ＰＮパッド電極層６にＡｕバンプを形成して実装基板にフリップチップ実装した。その後、表１に示す条件１〜３の試験を実施し、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４の相互拡散によるＮパッド電極層９の変色発生について調査した。表１に示す試験は、参考例１、実施例３、実施例４のＧａＮ系半導体発光素子１をそれぞれ１０個用いて行った。 For the GaN-based semiconductor light-emitting elements 1 of Reference Example 1, Example 3, Example 4, and Comparative Example 1, Au bumps were formed on the PN pad electrode layer 6 and flip-chip mounted on a mounting substrate. Thereafter, tests of conditions 1 to 3 shown in Table 1 were performed, and the occurrence of discoloration of the N pad electrode layer 9 due to mutual diffusion of the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 was investigated. The tests shown in Table 1 were performed using 10 GaN-based semiconductor light emitting devices 1 of Reference Example 1, Example 3, and Example 4, respectively.

試験結果を図１１及び表２に示す。図１１は参考例１、実施例３、実施例４及び比較例１のＧａＮ系半導体発光素子１のＮパッド電極層９の変色発生試験結果を示す拡大写真である。図１１において、１Ａ、２Ａ、３Ａはそれぞれ比較例１の条件１、２、３であり、１Ｂ、２Ｂ、３Ｂはそれぞれ参考例１の条件１、２、３であり、１Ｃ、２Ｃ、３Ｃはそれぞれ実施例３の条件１、２、３であり、１Ｄ、２Ｄ、３Ｄはそれぞれ実施例４の条件１、２、３である。表２は、条件１〜３において、参考例１、実施例３、実施例４及び比較例１でＮパッド電極層９の変色が発生したＧａＮ系半導体発光素子１の個数を示す。 The test results are shown in FIG. FIG. 11 is an enlarged photograph showing the discoloration generation test result of the N pad electrode layer 9 of the GaN-based semiconductor light emitting device 1 of Reference Example 1, Example 3, Example 4 and Comparative Example 1. In FIG. 11, 1A, 2A, and 3A are conditions 1, 2, and 3 of Comparative Example 1, respectively, 1B, 2B, and 3B are Conditions 1, 2, and 3 of Reference Example 1, respectively, and 1C, 2C, and 3C are The conditions are 1, 2, and 3 of the third embodiment, and 1D, 2D, and 3D are the conditions 1, 2, and 3 of the fourth embodiment, respectively. Table 2 shows the number of GaN-based semiconductor light emitting devices 1 in which discoloration of the N pad electrode layer 9 occurred in Reference Example 1, Example 3, Example 4, and Comparative Example 1 under Conditions 1 to 3.

Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４の相互拡散によるＰＮパッド電極層６の変色は、駆動電流が大きくなると加速することが懸念される。図１１及び表２の結果から、Ｔｉ層１２の厚さが０．１５μｍ、０．２μｍであると、電流の密度が大きいＡｕバンプの周囲からＮパッド電極層９が広い範囲で黒く変色していることがわかる。しかし、Ｔｉ層１２の厚さが０．２５μｍ以上であれば、効果的にＡｌ含有層１１とＡｕ層１４の相互拡散を抑制することができた。Ｔｉ層１２の厚さが０．２５μｍ以上のものでは、Ｎパッド電極層９の変色が発生していても軽度であり、非常に小さい黒点状であった。条件１のような１５００ｍＡという大電流においても、その効果は顕著に顕れている。さらに、Ｔｉ層１２の厚さが０．３μｍであるとき、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４の相互拡散は完全に抑制された。したがって、Ｔｉ層１２の厚さは、０．２５μｍ以上が好ましく、０．３μｍ以上がより好ましい。 There is a concern that the discoloration of the PN pad electrode layer 6 due to the mutual diffusion of the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 is accelerated when the drive current increases. From the results shown in FIG. 11 and Table 2, when the thickness of the Ti layer 12 is 0.15 μm and 0.2 μm, the N pad electrode layer 9 turns black in a wide range from the periphery of the Au bump having a large current density. I understand that. However, when the thickness of the Ti layer 12 is 0.25 μm or more, the mutual diffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 can be effectively suppressed. When the thickness of the Ti layer 12 was 0.25 μm or more, even if the N pad electrode layer 9 was discolored, it was mild and had a very small black spot shape. Even at a large current of 1500 mA as in Condition 1, the effect is prominent. Furthermore, when the thickness of the Ti layer 12 was 0.3 μm, the interdiffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 was completely suppressed. Therefore, the thickness of the Ti layer 12 is preferably 0.25 μm or more, and more preferably 0.3 μm or more.

なお、Ｔｉ層１２の厚さの上限値は、特に定められるものではないが、ＰＮパッド電極層６の全体の抵抗を考慮して、０．３５μｍ以下に設定される。 The upper limit value of the thickness of the Ti layer 12 is not particularly defined, but is set to 0.35 μm or less in consideration of the entire resistance of the PN pad electrode layer 6.

さらに、Ａｌ含有層１１の厚さの下限値を求めるため、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４の相互拡散を抑制することができる実施例４（Ｔｉ層１２の厚さ：０．３μｍ）において、Ａｌ含有層１１の厚さを変更したＧａＮ系半導体発光素子１（参考例２、参考例３、実施例５）を作製し、順方向電流（Ｉｆ［ｍＡ］）、ＧａＮ系半導体発光素子１の接合温度（Ｔｊ［℃］）を変えてＮパッド電極層９の変色発生について調査した。 Furthermore, in order to obtain the lower limit of the thickness of the Al-containing layer 11, in Example 4 (thickness of the Ti layer 12: 0.3 μm) in which mutual diffusion of the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 can be suppressed. A GaN-based semiconductor light-emitting device 1 (Reference Example 2, Reference Example 3, and Example 5) in which the thickness of the Al-containing layer 11 is changed is manufactured, the forward current (If [mA]), and the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 The occurrence of discoloration of the N pad electrode layer 9 was investigated by changing the junction temperature (Tj [° C.]).

［参考例２］
実施例４で製造したＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ａｌ含有層１１の厚さを０．３５μｍ薄くし、Ａｌ含有層１１の膜厚を０．１５μｍとしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。 [Reference Example 2]
Compared with the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 manufactured in Example 4, the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 in which the thickness of the Al-containing layer 11 is 0.35 μm thinner and the thickness of the Al-containing layer 11 is 0.15 μm. Manufactured.

［参考例３］
実施例４で製造したＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ａｌ含有層１１の厚さを０．２５μｍ薄くし、Ａｌ含有層１１の膜厚を０．２５μｍとしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。 [Reference Example 3]
Compared with the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 manufactured in Example 4, the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 in which the thickness of the Al-containing layer 11 is 0.25 μm thinner and the thickness of the Al-containing layer 11 is 0.25 μm. Manufactured.

［実施例５］
実施例４で製造したＧａＮ系半導体発光素子１と比べて、Ａｌ含有層１１の厚さを０．１５μｍ薄くし、Ａｌ含有層１１の膜厚を０．３５μｍとしたＧａＮ系半導体発光素子１を製造した。 [Example 5]
Compared with the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 manufactured in Example 4, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 in which the thickness of the Al-containing layer 11 is 0.15 μm thinner and the thickness of the Al-containing layer 11 is 0.35 μm. Manufactured.

参考例２、参考例３、実施例５のＧａＮ系半導体発光素子１について、ＰＮパッド電極層６にＡｕバンプを形成して実装基板にフリップチップ実装した。その後、上述の表１に示す条件１〜３の試験を実施し、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４の相互拡散によるＮパッド電極層９の変色発生について調査した。表１に示す試験は、参考例２及び３についてＧａＮ系半導体発光素子１をそれぞれ１０個、実施例５について２０個用いて行った。 For the GaN-based semiconductor light-emitting elements 1 of Reference Example 2, Reference Example 3, and Example 5, Au bumps were formed on the PN pad electrode layer 6 and flip-chip mounted on a mounting substrate. Thereafter, tests of conditions 1 to 3 shown in Table 1 above were performed, and the occurrence of discoloration of the N pad electrode layer 9 due to mutual diffusion of the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 was investigated. The tests shown in Table 1 were performed using 10 GaN-based semiconductor light emitting devices 1 for Reference Examples 2 and 3 and 20 for Example 5, respectively.

試験結果を図１２と表３に示す。図１２は参考例２、参考例３、実施例５のＧａＮ系半導体発光素子１のＮパッド電極層９の変色発生試験結果を示す拡大写真である。図１２において、１Ｅ、２Ｅ、３Ｅはそれぞれ参考例２の条件１、２、３であり、１Ｆ、２Ｆ、３Ｆはそれぞれ参考例３の条件１、２、３であり、１Ｇ、２Ｇ、３Ｇはそれぞれ実施例５の条件１、２、３である。表３は、条件１〜３において、参考例２、参考例３、実施例５でＮパッド電極層９の変色が発生したＧａＮ系半導体発光素子１の個数の割合（％）を示す。 The test results are shown in FIG. FIG. 12 is an enlarged photograph showing the discoloration generation test result of the N pad electrode layer 9 of the GaN-based semiconductor light emitting device 1 of Reference Example 2, Reference Example 3, and Example 5. In FIG. 12, 1E, 2E, and 3E are conditions 1, 2, and 3 of Reference Example 2, respectively, and 1F, 2F, and 3F are Conditions 1, 2, and 3 of Reference Example 3, respectively, and 1G, 2G, and 3G are These are conditions 1, 2, and 3 of Example 5, respectively. Table 3 shows the ratio (%) of the number of GaN-based semiconductor light-emitting elements 1 in which discoloration of the N pad electrode layer 9 occurred in Reference Example 2, Reference Example 3, and Example 5 under Conditions 1 to 3.

図１２及び表３の結果から、Ａｌ含有層１１の厚さが薄いほど、Ｎパッド電極層９の変色が発生していた。しかし、Ｔｉ層１２の厚さが０．３μｍであるため、Ａｌ含有層１１とＡｕ層１４の相互拡散が抑制され、Ｎパッド電極層９の変色の進行が大幅に遅くなっていることが分かる。さらに、Ｎパッド電極層９の変色が発生していても軽度であり、非常に小さい黒点状であった。条件１のような１５００ｍＡという大電流においても、その効果は顕著に顕れている。したがって、Ｔｉ層１２がＡｌ含有層１１とＡｕ層１４の相互拡散が抑制できる厚さであるとき、Ａｌ含有層１１の厚さは０．３５μｍ以上とすることができる。 From the results of FIG. 12 and Table 3, the N pad electrode layer 9 was discolored as the Al-containing layer 11 was thinner. However, it can be seen that since the thickness of the Ti layer 12 is 0.3 μm, the interdiffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 is suppressed, and the progress of the discoloration of the N pad electrode layer 9 is significantly slowed down. . Furthermore, even if the N pad electrode layer 9 was discolored, it was mild and had a very small black spot shape. Even at a large current of 1500 mA as in Condition 1, the effect is prominent. Therefore, when the Ti layer 12 has such a thickness that the interdiffusion between the Al-containing layer 11 and the Au layer 14 can be suppressed, the thickness of the Al-containing layer 11 can be 0.35 μm or more.

なお、Ａｌ含有層１１の厚さの上限値は、特に定められるものではないが、生産性を考慮して、５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下に設定される。 The upper limit value of the thickness of the Al-containing layer 11 is not particularly defined, but is set to 5 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less in consideration of productivity.

これによって、本発明のＧａＮ系半導体発光素子１の利用用途や範囲を広げ、又、本発明のＧａＮ系半導体発光素子１の使用条件等が制限されにくくなる。 As a result, the usage and range of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of the present invention are expanded, and the use conditions and the like of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of the present invention are not easily restricted.

本発明のＧａＮ系半導体発光素子１は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶バックライト用光源、センサー用光源、および信号機等に利用することができる。 The GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of the present invention can be used for illumination light sources, various indicator light sources, in-vehicle light sources, display light sources, liquid crystal backlight light sources, sensor light sources, traffic lights, and the like.

１ＧａＮ系半導体発光素子
２サファイア基板
３ｎ型ＧａＮ系半導体層
４発光層
５ｐ型ＧａＮ系半導体層
６ＰＮパッド電極層
７Ａｇ電極層
８カバー電極層
９Ｎパッド電極層
１０Ｐパッド電極層
１１Ａｌ含有層
１２Ｔｉ層
１３Ｐｔ層
１４Ａｕ層
１５絶縁膜
１６ＧａＮ系半導体層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaN type semiconductor light emitting element 2 Sapphire substrate 3 N-type GaN type semiconductor layer 4 Light emitting layer 5 P type GaN type semiconductor layer 6 PN pad electrode layer 7 Ag electrode layer 8 Cover electrode layer 9 N pad electrode layer 10 P pad electrode layer 11 Al-containing layer 12 Ti layer 13 Pt layer 14 Au layer 15 Insulating film 16 GaN-based semiconductor layer

Claims

A GaN-based semiconductor light emitting device,
An n-type GaN-based semiconductor layer and a p-type GaN-based semiconductor layer are sequentially provided on the substrate,
A portion of the n-type GaN-based semiconductor layer is exposed, and an N pad electrode layer is provided on the exposed surface of the n-type GaN-based semiconductor layer,
An Ag electrode layer comprising Ag or an Ag alloy is provided on the p-type GaN-based semiconductor layer,
A cover electrode layer is provided on the p-type GaN-based semiconductor layer so as to completely cover the Ag electrode layer,
A P pad electrode layer is provided on the cover electrode layer,
At least one of the N pad electrode layer or the P pad electrode layer has at least an Al-containing layer, a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer stacked in order from the substrate side,
The Ti layer is Ri 0.25μm or more thick der,
The GaN-based semiconductor light-emitting element, wherein the p-type GaN-based semiconductor layer and the Ag electrode layer are in contact with each other .

The GaN-based semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the Ti layer has a thickness of 0.35 μm or less.

The GaN-based semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the Al-containing layer is an Al alloy layer containing Si and Cu.

An insulating film is applied to each surface of the n-type GaN-based semiconductor layer, the p-type GaN-based semiconductor layer, and the cover electrode layer except for the portion where the N-pad electrode layer and the P-pad electrode layer are provided. The GaN-based semiconductor light-emitting element according to claim 1.

The GaN-based semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the substrate is a sapphire substrate.