JP5949140B2

JP5949140B2 - 半導体発光素子

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Publication number: JP5949140B2
Application number: JP2012115468A
Authority: JP
Inventors: 弘明蔭山
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-05-21
Also published as: JP2013243253A

Description

本発明は、半導体発光素子に関し、特にその電極構造に関する。

半導体発光素子は、一般に発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等があり、バックライト等に用いる各種光源、照明、信号機、大型ディスプレイ等に幅広く利用されている。

このような半導体発光素子は、基本的に、基板上にｎ型半導体層、ｐ型半導体層が積層され、ｎ型、ｐ型のそれぞれの半導体層に電気的に接続するｎ側電極、ｐ側電極が形成された構造である。両電極を上面側に形成する場合、上層のｐ型半導体層の一部を除去してｎ型半導体層が露出した領域にｎ側電極を形成し、ｐ型半導体層上にｐ側電極を形成する。

このような半導体発光素子の電極には、導電性に優れ、光を効率良く反射することができるＡｇが用いられている（以下、Ａｇ電極とする）。しかしながら、Ａｇは、酸素や水分などの影響で変質し易く、劣化によって反射率が低下することで知られている。このため、従来からＡｇ電極の上面及び側面を金属層などで被覆して（以下、カバー電極とする）、外部環境からＡｇ電極を保護することにより、Ａｇの劣化を防止していた。また、このようなカバー電極には、半導体発光素子として光出力（光取り出し効率）が低下しないように、できるだけ反射率に優れた材料、例えばＡｌを用いるための検討がなされてきた。

しかしながら、Ａｌは他の金属に比較的拡散しやすい材料であるため、カバー電極に用いられているＡｌが、その上に積層されたパッド電極に拡散してこれを腐食させることがある。このため、カバー電極の上面に、Ａｌの拡散を防止する層（以下、Ａｌ拡散防止層とする）を設けることが考えられる。このような拡散防止層として、従来からタングステン（Ｗ）が用いられているが、Ａｌの拡散を防止するのには不十分であり、更なる改善が求められていた。

国際出願公開第ＷＯ２００６／０４３４２２号特開２０１０−２６７７９７号公報

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、Ａｌを用いたカバー電極を使用しつつも、Ａｌの拡散によってパッド電極が腐食するのを抑止して、信頼性を高めた半導体発光素子を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る半導体発光素子によれば、半導体層１０と、前記半導体層１０上に設けられ、第１のＡｌ含有層３２を有するカバー電極３０と、前記カバー電極３０の上面に設けられるパッド電極６ｐ，６ｎと、を備える半導体発光素子であって、前記カバー電極３０の最上層が、Ａｌ拡散防止層３４であり、前記パッド電極６ｐ，６ｎの最下層を、第２のＡｌ含有層４２とできる。さらに、前記半導体層１０とカバー電極３０との間に、Ａｇを含む電極２０を備えることができる。上記構成により、Ａｌ拡散防止層を間にして、パッド電極とカバー電極のいずれにも同じ系列の材質であるＡｌ含有層を有するため、Ａｌの拡散を抑制できる。

また、本発明の第２の側面に係る半導体発光素子によれば、前記Ａｌ拡散防止層３４が、Ｒｕを含むことができる。

さらに、本発明の第３の側面に係る半導体発光素子によれば、前記Ａｌ拡散防止層３４の膜厚を、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とできる。上記構成により、ある程度の膜厚を確保してＡｌの拡散抑制効果を確実に発揮できる。

さらにまた、本発明の第４の側面に係る半導体発光素子によれば、前記第１のＡｌ含有層３２は、Ａｌ及びＣｕを含み、前記第２のＡｌ含有層４２は、Ａｌ及びＳｉ、Ｃｕを含むものとできる。

本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の平面図である。図１の半導体発光素子のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図２の半導体発光素子のカバー電極を示す拡大断面図である。半導体発光素子の製造方法を説明するフローチャートである。変形例に係る半導体発光素子の断面図である。実施例４〜５、比較例５〜６に係る半導体素子の耐熱性試験の結果を示すイメージ図である。耐熱性試験によってＶｆが変化する様子を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態及び実施例を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するための、半導体発光素子を例示するものであって、本発明は、半導体発光素子を以下のものに特定しない。

なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらに、本明細書において、層上等でいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。
（実施の形態１）

図１及び図２に、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子を示す。この半導体発光素子１００は、図２の断面図に示すように、基板１と、この基板１上に積層された半導体層１０と、半導体層１０の上面に設けられ、Ａｇ含有層２４を有する第一電極構造体２０と、第一電極構造体２０の表面を覆い、かつ第１のＡｌ含有層３２およびＡｌ拡散防止層３４を有する第二電極構造体（以下、カバー電極とする）３０と、カバー電極３０の上面に設けられる第１のパッド電極６ｐと、半導体層１０の上面に設けられる第２のパッド電極６ｎと、を少なくとも備え、さらにカバー電極３０の最上層はＡｌ拡散防止層３４であり、パッド電極６ｐの最下層は第２のＡｌ含有層４２である。

より具体的には、半導体層１０は、活性領域３を挟んで積層されたｎ型半導体層２及びｐ型半導体層４を有する。つまり半導体発光素子１００は、基板１上に、ｎ型半導体層２、活性領域３、ｐ型半導体層４をこの順に積層して構成される。さらに半導体発光素子１００は、ｐ型半導体層４の一部を除去して露出されたｎ型半導体層２にｎ側電極７ｎが設けられると共に、ｐ型半導体層４の主面にはｐ側電極７ｐを備える。このｎ側電極７ｎ及びｐ側電極７ｐを介して、ｎ型半導体層２及びｐ型半導体層４にそれぞれ電力が供給されると、活性領域３より光が出射し、半導体層１０の下方に位置するｎ型半導体層４側を主発光面側として、すなわち図１に示される面とは反対側の基板１から主に光が取り出される。

本実施形態において、ｎ型半導体層２に電気的に接続するｎ側電極７ｎは、第２のパッド電極（ｎ側パッド電極）６ｎから構成され、図１の平面図に示すように、ｐ型半導体層４及び活性領域３の一部が除去されて露出された、ｎ型半導体層２の表面上に直接設けられる。一方、ｐ型半導体層４に電気的に接続するｐ側電極７ｐは、ｐ型半導体層４の上面のほぼ全面に設けられる第一電極構造体２０と、第一電極構造体２０の表面である上面及び側面を覆うカバー電極３０と、カバー電極３０の上面に複数設けられた第１のパッド電極（ｐ側パッド電極）６ｐとから構成される。

第一電極構造体２０は、最下層がＡｇ含有層２４であり、このＡｇ含有層２４がｐ型半導体層４の上面に接して設けられる。Ａｇ含有層２４は、ｐ型半導体層４の上面端部よりも内側の領域に設けられており、Ａｇ含有層２４が設けられる領域以外の領域ではｐ型半導体層４の上面が露出する。また、第一電極構造体２０の最上層はＲｕ層２２であり、Ｒｕ層２２に接して、カバー電極３０が第一電極構造体２０を覆うように設けられる。このとき、カバー電極３０の最下層は、第１のＡｌ含有層３２であり、この第１のＡｌ含有層３２がＲｕ層２２に接する。さらに、Ｒｕ層２２に接する第１のＡｌ含有層３２は、第一電極構造体２０から露出したｐ側半導体層４の上面まで連続して設けられる。これにより、第一電極構造体２０は、カバー電極３０である第１のＡｌ含有層３２によって完全に覆われるため、外部環境から遮蔽される。また、カバー電極３０の最上層は、Ａｌ拡散防止層３４であり、このＡｌ拡散防止層３４の上面に接して複数のｐ側パッド電極６ｐが設けられる。このとき、ｐ側パッド電極６ｐは、最下層に第２のＡｌ含有層４２を有しており、Ａｌ拡散防止層３４を間に挟んで、第１のＡｌ含有層３２と第２のＡｌ含有層４２が積層された状態となる。つまり、同じ系列の材質が積層された状態となるため、カバー電極３０とｐ側パッド電極６ｐとの間で、Ａｌが拡散するのを抑制することができる。

また、絶縁性の保護膜９は、ｎ側電極７ｎ及びｐ側電極７ｐの上面を除いた、半導体層１０の全表面に被覆される。
（基板１）

基板１は、半導体をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。このような基板材料としては、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、また炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。
（ｎ型半導体層２、活性領域３、ｐ型半導体層４）

ｎ型半導体層２、活性領域３、及びｐ型半導体層４としては、特に限定されるものではないが、例えばＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。
（ｎ側電極７ｎ、ｐ側電極７ｐ）

ｎ側電極７ｎはｎ型半導体層２に、ｐ側電極７ｐはｐ型半導体層４に、それぞれ電気的に接続して外部から電流を供給するための部材である。
（第一電極構造体２０）

ｐ側電極７ｐは、ｐ型半導体層４の上面に直接に、その全面又はそれに近い面積の領域（ほぼ全面）に設けられた、Ａｇ含有層２４を有する第一電極構造体２０を備える。

本実施形態における第一電極構造体２０は、最下層にＡｇ含有層２４を有しており、活性領域３からｐ型半導体層４側に出射された光を、基板１側に効率良く反射することができる。一方、第一電極構造体の最上層はＲｕ層２２であり、後述する第二電極構造体３０に含まれるＡｌが、Ｒｕ層２２によってＡｇ含有層２４に拡散されるのを防止することができる。

また、第一電極構造体２０は、Ａｇ含有層２４とＲｕ層２２との間に、Ａｇがｐ側パッド電極側に拡散するのを防止するＡｇ拡散防止層２６を有することができる。Ａｇ拡散防止層２６は、ｐ側パッド電極６ｐが設けられる領域の膜厚が、その周縁領域よりも厚くなるように設けられるのが好ましく、Ａｇの拡散をさらに抑制しつつ、ｐ側パッド電極６ｐが外部回路などに接合される際に生じる応力が、Ａｇ拡散防止層２６にかかったとしても破断せずにバリア性を十分に維持することができる。このようなＡｇ拡散防止層２６は、Ａｇ含有層２４に面したＮｉ層と、その上に積層されたＴｉ層から構成でき、Ａｇ拡散防止層２６によるＡｇのバリア効果を高めることができる。
（第二電極構造体、カバー電極３０）

さらに、第一電極構造２０の上面及び側面にはカバー電極３０が配置される。カバー電極３０は、光反射率に優れるＡｌを主成分とする金属から構成されていれば良く、例えば、比較的に強度の高いＡｌ−Ｃｕ系のＡｌ合金（以下、ＡＣ層とする）から構成されるのが好ましい。本実施形態におけるカバー電極３０は、最下層に第１のＡｌ含有層３２を有する多層構造である。この第１のＡｌ含有層３２が、第一電極構造体２０の上面及び側面を覆うと共に、第一電極構造体２０から露出したｐ型半導体層４の上面まで連続して覆うように設けられるのが好ましい。これにより、外部環境から第一電極構造体２０のＡｇ含有層２４を遮蔽できるため、Ａｇがｎ側電極７ｎとの間で移動するエレクトロマイグレーションの発生を防止することができる。さらに、第一電極構造体２０から露出されたｐ型半導体層４の上面において、第１のＡｌ含有層３２が基板１の側に光を効率よく反射することができるため、光取り出し効率を向上させることができる。また、カバー電極３０は、第一電極構造体２０の上面を覆う膜厚よりも、側面を覆う膜厚の方が厚くなるように設けられているのが好ましく、第一電極構造体２０のＡｇ含有層２４から、ｐ型半導体層４の上面をＡｇが移動するのを防止することができる。

また、カバー電極３０の最上層はＡｌ拡散防止層３４であり、後述するｎ側及びｐ側パッド電極６ｎ，６ｐに含まれるＡｌが、カバー電極３０側に拡散することを抑制することができる。このようなＡｌ拡散防止層３４の材質としては、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｗ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ等を用いることができるが、特に好ましくはＲｕであり、例えばＲｕを単一層で構成したり、Ｒｕ及びＴｉを順に積層した多層構造で構成しても良い。また、Ａｌ拡散防止層３４の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、さらに好ましくは７０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。Ａｌの拡散を抑制するためには５０ｎｍ以上が望ましく、また製造に際してレジスト上の金属膜に繋がる部分が厚くなってリフトオフし難くなるのを防ぐため２００ｎｍ以下とすることが好ましい。

なお図２及び図３の断面図の例では、第一電極構造体２０を矩形状で示し、この上面及び側面を同じく矩形状のカバー電極３０で被覆する状態を示しているが、この図は模式的に示したものであって、例えば図５に示すように、半導体層１０の上面に曲面状の第一電極構造体２０を積層し、さらにその上面を覆うように同じく曲面状のカバー電極３０で被覆するような態様も、本願発明に包含する。
（ｎ側パッド電極６ｎ、ｐ側パッド電極６ｐ）

ｎ側及びｐ側パッド電極６ｎ，６ｐは、外部回路と電気的に接続するために、ハンダや共晶金属などの外部接続部材が接合されるための部材である。このため、ｎ側及びｐ側パッド電極６ｎ，６ｐは、外部接続部を接続するのに必要な平面視形状及び面積であれば良く、その位置についても特に限定しないが、活性領域３全体に均一な電流が供給されるように配置するのが好ましい。

また特に、ｐ側パッド電極６ｐは、最下層に第２のＡｌ含有層４２を有し、対向するカバー電極３０もまたＡｌの化合物を含むことで、同じ系列の材質からなる層がＡｌ拡散防止層３４を間に挟んで積層された状態になるため、カバー電極３０との間で生じるＡｌの拡散がさらに抑制される。なお、図３の拡大断面図に示すｐ側電極の例では、第２のＡｌ含有層４２の材質として、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系のＡｌ合金（以下、ＡＳＣ層とする）から構成されるのが好ましい。
（半導体発光素子のパッド電極の製造方法）

本発明に係る半導体発光素子のパッド電極の製造方法について、前記実施形態に係る半導体発光素子の製造も含めて、図４を参照して一例を説明する。
（半導体層の形成：Ｓ１０）

サファイア基板を基板１として、ＭＯＶＰＥ反応装置を用いて、基板１上に、ｎ型半導体層２、活性領域３、及びｐ型半導体層４を構成するそれぞれの半導体を成長させる（図４のＳ１１、以下同様）。半導体の各層を成長させた基板１（以下、ウェハという）を装置の処理室内にて窒素雰囲気で、６００〜７００℃程度のアニールを行って、ｐ型半導体層４を低抵抗化する（Ｓ１２）。
（ｎ側コンタクト領域の形成：Ｓ２０）

ｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎを接続するためのコンタクト領域として、ｎ型半導体層２の一部を露出させる。アニール後のウェハ上にフォトレジストにて所定の形状のマスクを形成して（Ｓ２１）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）にて、ｐ型半導体層４及び活性領域３、さらにｎ型半導体層２の一部を除去して、その表面にｎ側コンタクト領域を形成する（Ｓ２２）。エッチングの後、レジストを除去する（Ｓ２３）。なお、ｎ側コンタクト領域と同時に、半導体発光素子１００（チップ）の周縁部（スクライブ領域）をエッチングしてもよい（図２参照）。
（第一電極構造体の形成：Ｓ３０）

ｐ型半導体層４の表面にｐ側コンタクト領域が露出するように、レジストを用いたマスクを形成する（Ｓ３１）。スパッタ装置にウェハを設置し、スパッタガスとしてアルゴンガスを用いて、ｐ側コンタクト領域のほぼ全面に、Ａｇ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層およびＲｕ層を順に、それぞれ所定の膜厚ずつ連続的に成膜する（Ｓ３２）。リフトオフ法を用いてレジスト及びその上に形成されたＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｒｕ層を除去し、第一電極構造体２０を形成する（Ｓ３２）。次に、第一電極構造体２０が形成されたウェハを、窒素雰囲気で熱処理（アニール）して、第一電極構造体２０のｐ型半導体層４へのオーミック接触特性を向上させる（Ｓ３３）。
（カバー電極の形成：Ｓ４０）

第一電極構造体２０から離間して周囲を囲むように、レジストを用いたマスクを形成し（Ｓ４１）、このマスクの上からスパッタリング装置にてＡＣ層、Ｒｕ層をそれぞれ所定の膜厚ずつ連続的に成膜する（Ｓ４２）。リフトオフ法を用いてレジスト及びその上に成膜されたＡＣ層／Ｒｕ層を除去することにより、第一電極構造体２０の上面及び側面を覆うカバー電極３０を形成する（Ｓ４３）。
（パッド電極の形成：Ｓ５０）

露出させたｎ型系半導体層２上、及びカバー電極３０のそれぞれに所定領域を空けたマスクをレジストにて形成し（Ｓ５１）、このマスクの上から、スパッタリング装置にて、ｐ側パッド電極６ｐ、ｎ側パッド電極６ｎを構成するＡＳＣ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層をそれぞれ所定の膜厚ずつ連続的に成膜する（Ｓ５２）。その後、レジストをその上のＡＳＣ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層ごと除去する（Ｓ５３）と、前記の所定領域にｎ側パッド電極６ｎ、ｐ側パッド電極６ｐが形成された状態となる。
（保護膜９の形成：Ｓ６０）

ウェハの全面に、保護膜９としてＳｉＯ₂膜をスパッタリング装置にて成膜する（Ｓ６１）。外部接続部材が接続される領域としてｐ側パッド電極６ｐ、ｎ側パッド電極６ｎ上の所定領域を空けたマスクをレジストにて形成し（Ｓ６２）、ＳｉＯ₂膜をエッチングした（Ｓ６３）後、レジストを除去する（Ｓ６４）。

最後に、ウェハをスクライブやダイシング等で分離して、１個の半導体発光素子１００（チップ）となる。また、チップに分離する前に、ウェハの裏面から基板１を研削（バックグラインド）して所望の厚さとなるまで薄く加工してもよい。

以上の工程による本発明に係る半導体発光素子のパッド電極の製造方法は、前記の実施形態に係る半導体発光素子について、ｐ側、ｎ側のそれぞれにパッド電極を同時に形成することができるため、生産性が向上する。

なお、本発明に係る半導体発光素子のパッド電極は、ｐ側、ｎ側の一方のパッド電極のみに適用されて、このとき他方のパッド電極は従来公知の構造（例えば、Ｃｒ／Ｐｔ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ等）としてもよい。また、本発明に係る半導体発光素子のパッド電極は、前記実施形態（図１参照）に係る半導体発光素子に限らず、例えばｎ側電極を導電性基板の裏面（下面）側に設けた半導体発光素子に適用することもできる（図示せず）。
（実施例１〜２、比較例１〜４）

従来のＡｇ含有層を有する第一電極構造体は最表面をＰｔとしている。しかし、この構成では、低温下であっても第一電極構造体を覆うカバー電極に用いられるＡｌが、最表面のＰｔ、さらにはＡｇ含有層にまで拡散してしまうという問題があった。

そこで、Ａｇ含有層を有する第一電極構造体のＡｌ拡散防止効果を確認するために、以下の条件で作成した実施例１及び２、比較例１乃至４をそれぞれ準備し、これらのサンプルを熱処理した状態での拡散の様子を確認した。この結果を表１に示す。実施例１、２では第一電極構造体としてＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｒｕを順で積層し、また比較例１、３はＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ、比較例２、４はＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｒｈとしている。各層の膜厚はそれぞれ１００ｎｍとした。またオーミックアニールは５４０℃で１０分間行った。

さらに実施例１、比較例１〜２のグループでは、カバー電極を、ＡＣ（Ａｌ，Ｃｕ）／Ｔｉ／Ａｕ／Ｗ／Ｔｉの順で積層しており、各層の膜厚は、１００／５００／１４００／１００／３［ｎｍ］としている。一方、実施例２、比較例３〜４のグループでは、ｐ側パッド電極６ｐ、ｎ側パッド電極６ｎとして、ＡＳＣ（Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕ）／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの順で積層しており、各層の膜厚は５００／１５０／５０／４５０［ｎｍ］としている。さらにまた、熱処理は電気炉で行い、Ｎ₂雰囲気下で２５０〜５００℃（昇温３０分〜安定１０分〜降温３０分）とした。

表１において、○はＡｌの拡散が発生していないこと、×は拡散して混入が確認されたことを示している。この表に示すように、まず実施例１及び比較例１〜２に係る、第一電極構造体とカバー電極との組み合わせにおいては、Ｐｔ（比較例１）、Ｒｈ（比較例２）を最上層とした構成では共に５００℃でＡＣと拡散した。一方、Ｒｕ（実施例１）では拡散しないことが確認された。

また実施例２及び比較例３〜４に係る、第一電極構造体と、ｐ側及びｎ側パッド電極の組み合わせにおいては、比較例３に係るＰｔは３５０℃で、比較例４に係るＲｈは５００℃で、それぞれＡＳＣと拡散した。一方、実施例２に係るＲｕは拡散していないことが確認された。このことから、第一電極構造体の最上層をＰｔからＲｕに変更することで、Ａｌの拡散防止効果が向上されることが確認された。
（実施例３、比較例５）

次に、第一電極構造体のＡｌ拡散防止効果がＰｔとＲｕのいずれか優れているかを確認するため、熱処理してＧＤＳ調査を行った。ここでは実施例３として第一電極構造体にＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｒｕを使用し、比較例５として第一電極構造体にＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔを用いた。各第一電極構造体は成膜後にオーミックアニール処理している。各層の膜厚は１００／１００／１００／１００［ｎｍ］としている。またカバー電極は、いずれもＡＣ／Ｒｕ／Ｔｉの順で積層し、各層の膜厚を２０００／１００／３０［ｎｍ］としている。また熱処理には電気炉を用いて、５００℃（昇温３０分〜安定１０分、３０分、６０分〜降温３０分）に加熱した。この結果を表２に示す。

この表に示すように、第一電極構造体で最上層に用いる金属をＰｔとＲｕとで比較したところ、実施例３に係るＲｕ構造の方が熱拡散に優位性があることが確認された。また得られた化合物半導体のウェハを熱処理の前後で比較したところ、Ａｇで腐食された部分が黒色に変色しており、特に裏面側に比べ、熱処理した表面側の変色が激しいことが確認された。さらにＲｕを用いた電極は、変色の度合いが低いことも確認できた。このことから、第一電極構造体の最上層にＲｕを採用する構造の優位性が確認された。
（実施例４〜５；比較例５〜６）

上述の通り、カバー電極にＡｌを使用することで光出力が向上されることは確認されている。一方でＡｌは拡散しやすい材料であるため、Ａｌのカバー電極を採用するためには、Ａｌの拡散を防止するための対策が必要となる。そこで、カバー電極の最上層にＡｌ拡散防止層を設けると共に、その材質を検討するため、実施例４〜５及び比較例５〜６に係る半導体素子を試作し、その特性を評価した。ここでは、Ａｌ拡散防止層としてルテニウム（Ｒｕ）を採用した実施例４〜５と、タングステン（Ｗ）を採用した比較例６〜７に係る半導体素子をそれぞれ試作し、耐熱性試験を行ってカバー電極のＡｌ拡散防止効果を確認した。具体的には、各実施例、比較例についてそれぞれ５００℃で熱処理後、ウェハをスクライブした半導体素子の電子顕微鏡写真を撮像し、比較した。

具体的には、第一電極構造体には、いずれもＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｒｕを順に積層した電極を用い、各層の膜厚は１００／１００／１００／１００［ｎｍ］としている。またカバー電極については、それぞれ、比較例５はＴｉ／Ａｕ／Ｗ／Ｔｉ（膜厚２／１７００／１００／３ｎｍ）、比較例６はＡＣ／Ｗ／Ｔｉ（膜厚２０００／７０／３ｎｍ）、実施例４についてはＡＣ／Ｒｕ（膜厚２０００／１０ｎｍ）、実施例５はＡＣ／Ｒｕ（膜厚２０００／７０ｎｍ）としている。さらにｐ側パッド電極は、ＡＳＣ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（膜厚５００／１５０／５０／４５０ｎｍ）とした。なお、いずれの素子もｐ側電極にはＡｌ拡散防止層及びｐ側パッド電極を設け、ｎ側電極はＡＳＣ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕのｎ側パッド電極のみとした。この結果を、図６のサファイア基板側から見た顕微鏡写真に示す。

この図に示すように、ｐｎ側電極はいずれの条件とも腐食されていることが確認できる。ただ、Ａｌ拡散防止層にＷよりもＲｕを使用した方が、ｐ側電極の腐食性が改善されていることが確認できた。このことから、ＲｕからなるＡｌ拡散防止層によって、カバー電極のＡＣとｐ側パッド電極との拡散が改善されていることが判る。特に膜厚を７００Åとすることで（実施例５）、膜厚１００Å（実施例４）の例よりも腐食が低減され、高いバリア効果が発揮されていることが確認できた。なお比較例５ではカバー電極にＡｌを含まないため、Ａｌによる腐食は少ないが、反射率が劣るため光出力が低下する。
（実施例６〜７；比較例８〜１３）

次に、目視のみならずＧＤＳによる分析により、カバー電極とｐ側パッド電極との間でＡｌ拡散防止効果が得られていることを確認するため、実施例６〜７及び比較例８〜１３に係る半導体素子を試作し、耐熱性試験を行った。ここでは、熱処理として、電気炉を用い３００〜５００℃（昇温３０分〜安定１０分〜降温３０分）に変化させた。また第一電極構造体は、比較例８でＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ（膜厚１００／１００／１００／１００ｎｍ）、比較例９及び実施例６〜７ではＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｒｕ（膜厚１００／１００／１００／１００ｎｍ）とし、比較例１０〜１３では第一電極構造体を用いない構成とした。さらにカバー電極は、比較例８でＴｉ／Ａｕ／Ｗ／Ｔｉ（膜厚２／１７００／１００／３ｎｍ）、比較例９ではＡＣ／Ｗ／Ｔｉ（膜厚２０００／７０／３ｎｍ）、実施例６ではＡＣ／Ｒｕ（膜厚２０００／１０ｎｍ）、実施例７ではＡＣ／Ｒｕ（膜厚２０００／７０ｎｍ）とした。さらにまたｐ側及びｎ側パッド電極は、比較例８〜１３及び実施例６〜７のいずれも、ＡＳＣ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（膜厚５００／１５０／５０／４５０ｎｍ）とした。この結果を表３に示す。この表において、○はＡｌの拡散が発生していないこと、×は拡散して混入が確認されたことを示している。

表３から、カバー電極とｐ側パッド電極との間のＡｌ拡散防止層を、ＷからＲｕに変更することで、ｐ側及びｎ側パッド電極との間でバリア効果が改善されたことが確認できた。特に比較例８、１０に示すように、カバー電極をＴｉ／Ａｕ／Ｗ／Ｔｉとすると、比較的低温で拡散が発生し、カバー電極のＡｕとｐ側及びｎ側パッド電極のＡＳＣが拡散していることが確認できた。一方で、カバー電極の構造を、ｐ側及びｎ側パッド電極のＡＳＣ層と混ざりやすいＡｕから、同種材料であるＡＣ層とすることで（比較例９、実施例６〜７）、拡散が軽減することも確認された。
（実施例８〜９；比較例１４〜１５）

最後に、実施例８〜９及び比較例１４〜１５に係る半導体素子を試作し、カバー電極ごとの耐熱性評価を実施して、順方向電圧Ｖｆが悪化する傾向を確認した。ここでは、いずれの素子も第一電極構造体としてＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｒｕを、ｐ側及びｎ側パッド電極としてＡＳＣ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを、それぞれ用いた。またカバー電極として、比較例１４はＴｉ／Ａｕ／Ｗ／Ｔｉ、比較例１５はＡＣ／Ｗ／Ｔｉ、実施例８はＡＣ／Ｒｕ（膜厚１０ｎｍ）、実施例９はＡＣ／Ｒｕ（膜厚７０ｎｍ）を、それぞれ使用した。各素子はウェハをスクライブ後、得られた各素子チップを電気炉でＮ₂雰囲気下で昇温３０分、安定１０分で、温度を変化させて熱処理した。また電圧は、カーブトレーサーで駆動電流３００ｍＡでの電圧値を測定した。図７に示すように、ＲｕからなるＡｌ拡散防止層は７０ｎｍでＶｆの熱特性が向上していることが確認できた。

このように、カバー電極のＡｌ拡散防止層をＷからＲｕに変更することで、拡散バリア性が向上し、またＶｆの熱特性が改善できた。このことから、Ａｌを含む電極構造において、ＲｕからなるＡｌ拡散防止層が最も拡散バリア効果を発揮できる。またｐ側及びｎ側パッド電極のＡＳＣと同種材料のＡＣをカバー電極構造に使用することで、拡散抑制効果がさらに向上する。

本発明の半導体発光素子は、照明用光源、発光素子を光源としてドットマトリックス状に配置したディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、イメージスキャナ等の各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。

１００…半導体発光素子
１…基板
２…ｎ型半導体層
３…活性領域
４…ｐ型半導体層
６ｐ…ｐ側パッド電極
６ｎ…ｎ側パッド電極
７ｎ…ｎ側電極
７ｐ…ｐ側電極
９…保護膜
１０…半導体層
２０…第一電極構造体
２２…Ｒｕ層
２４…Ａｇ含有層
２６…Ａｇ拡散防止層
３０…第二電極構造体（カバー電極）
３２…第１のＡｌ含有層
３４…Ａｌ拡散防止層
４２…第２のＡｌ含有層

Claims

半導体層(10)と、
前記半導体層(10)上に設けられ、第１のＡｌ含有層(32)を有するカバー電極(30)と、
前記カバー電極(30)の上面に設けられるパッド電極(6p,6n)と、
を備える半導体発光素子であって、
前記カバー電極(30)の最上層が、Ａｌ拡散防止層(34)であり、
前記パッド電極(6p,6n)の最下層が、第２のＡｌ含有層(42)であり、
さらに、前記半導体層(10)とカバー電極(30)との間に、Ａｇを含む電極(20)を備えることを特徴とする半導体発光素子。
請求項１に記載の半導体発光素子であって、
前記Ａｌ拡散防止層(34)が、Ｒｕを含むことを特徴とする半導体発光素子。
請求項１又は２に記載の半導体発光素子であって、
前記Ａｌ拡散防止層(34)の膜厚が、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子。
請求項１から３のいずれか一つに記載の半導体発光素子であって、
前記第１のＡｌ含有層(32)は、Ａｌ及びＣｕを含み、
前記第２のＡｌ含有層(42)は、Ａｌ及びＳｉ、Ｃｕを含むことを特徴とする半導体発光素子。