JPWO2012042909A1 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

電極と半導体層との良好なオーミック接触と反射電極層の機能を十分に発揮させることとの両立を図り、順方向電圧をさほど上昇させることなく、発光効率を向上させることが可能なＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供する。本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００は、ｎ型半導体層１０３、発光層１０４、ｐ型半導体層１０５からなるＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６と、ｎ側電極１１２およびｐ側電極１１３とを有する。そして、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６の、光取出し側の第１表面１０７とは反対側の第２表面１０８上に、反射電極部１０９とＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部１１０との混在層１１１を有することを特徴とする。

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、順方向電圧をさほど上昇させることなく、発光効率を向上させることが可能なＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。

近年、殺菌、浄水、医療、照明、高密度光記録などの分野で好適に用いることができる発光ダイオード（ＬＥＤ）として、紫外線領域で発光するＬＥＤ、特に発光波長が３６５ｎｍ未満の紫外ＬＥＤが着目されている。

ここで、このような紫外ＬＥＤとしては、素子材料としてＩＩＩ族窒化物半導体であるＡｌＧａＮ系薄膜を用いて素子構造を形成したものが知られている。すなわち、発光層と、この発光層を挟んで形成されるｐ型半導体層およびｎ型半導体層とからなるＩＩＩ族窒化物半導体積層体と、ｐ型半導体層側のｐ側電極およびｎ型半導体層側のｎ側電極とを有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子である。

該発光素子の発光効率を高める技術として、発光素子の光取出し側とは反対側の半導体層と電極との間（例えば、ｎ型電極側を光取出し側とすると、ｐ型半導体層とｐ側電極との間）に、反射電極層を設けることが知られている（特許文献１，２参照）。これにより、発光層から発生した光のうち、ｐ側電極側に向かう光を反射させて、光取出し側からの発光量を増加させる。例えば特許文献１においては、ｐ型半導体層に高反射性の電極層としてロジウム（Ｒｈ）層などを形成して、光の反射性を高めたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が記載されている。

特開２００７−１５８１３１号公報 特開２００７− ２７５４０号公報

ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の特性としては、例えば発光効率や順方向電圧が挙げられ、これらの特性をバランスよく向上させることが重要である。

反射電極層を形成した上記発光素子の場合、反射電極層とＡｌＧａＮ系薄膜からなるｐ型半導体層との接触抵抗が高く、良好なオーミック接触を得ることが難しい。そのため、反射電極層により発光層から発生した光の反射性を高めたとしても、そもそも十分なキャリアを発生させることができず、全体としては十分な発光効率が得られず、順方向電圧も高くなってしまうという問題がある。

そこで本発明者らは、ＡｌＧａＮ系薄膜からなるｐ型半導体層上に、Ａｌ含有量が少ないＡｌＧａＮ層またはＡｌを含まないＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層を形成し、その上にｐ側電極を形成した素子の特性を検討した。このｐ型コンタクト層は、ｐ型半導体層と格子整合が良く、また、ｐ型半導体層が直接ｐ側電極と接触するに比べて、ｐ型コンタクト層がｐ側電極と接触する場合のほうが接触抵抗を低くすることができ、良好なオーミック接触を得ることができる。

しかしながら、上記コンタクト層は、紫外光、特に波長３６５ｎｍ以下の光を吸収する特性がある。可視光を発光するこれまでの一般的な発光素子であれば、該可視光がコンタクト層に吸収されることはなく、反射電極層で可視光が反射される結果、良好なオーミック接触を得つつ、高い反射性を得ることができた。しかし、上記のとおり近年注目されている紫外ＬＥＤのように、発光層が波長３６５ｎｍよりも短波長の例えば３５０ｎｍ以下の光を発生するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の場合、発光層で発生した光が反射電極層に到達する前に、ｐ型コンタクト層で吸収される。本発明者らは、上記検討により、ｐ型コンタクト層を形成した発光素子では、電極と半導体層との良好なオーミック接触が得られていても、反射電極層の機能を十分に発揮させることができないため、やはり全体として発光効率が低下することが判明した。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、電極と半導体層との良好なオーミック接触と反射電極層の機能を十分に発揮させることとの両立を図り、順方向電圧をさほど上昇させることなく、発光効率を向上させることが可能なＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）発光層と、該発光層を挟んで形成される第１伝導型の半導体層および第１伝導型とは異なる第２伝導型の半導体層とからなるＩＩＩ族窒化物半導体積層体と、
該ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の前記第１伝導型半導体層側および前記第２伝導型半導体層側にそれぞれ形成された第１電極および第２電極と、
を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
前記ＩＩＩ族窒化物半層体積層体の、光取出し側の第１表面とは反対側の第２表面上に、反射電極部と、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部との混在層を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（２）前記混在層は、
前記反射電極部および前記コンタクト部の少なくとも一方が、前記第２表面上で複数の島状領域を形成するように設けられ、
他方が前記複数の島状領域間に少なくとも位置するよう設けられる上記（１）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（３）前記第２表面を構成する半導体層がｐ型であり、
前記反射電極部が、Ｒｈ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｍｏ、およびこれらを含有する合金のいずれかからなる上記（１）または（２）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（４）前記第１電極および第２電極のうち、前記第２表面を構成する半導体層側の電極が、前記反射電極部および／または前記コンタクト部上に形成される上記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（５）前記ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の前記第２表面は、厚さ５ｎｍ以下で形成されたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなる半導体層で構成される上記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（６）前記コンタクト部が前記反射電極部よりも厚い上記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（７）前記コンタクト部が、前記反射電極部を覆うように形成される（６）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（８）基板上にバッファ層を形成する工程と、
該バッファ層上に第１伝導型の半導体層、発光層、および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型の半導体層を順に形成してＩＩＩ族窒化物半導体積層体を形成する工程と、
該ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の、前記第２伝導型半導体層側の面上の一部領域に反射電極部を形成する工程と、
少なくとも前記一部領域以外の領域に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部を形成する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の前記第１伝導型半導体層側および前記第２伝導型半導体層側に、それぞれ第１電極および第２電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。

（９）前記ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の、前記反射電極部およびコンタクト部が設けられる側の面に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなる半導体層を厚さ５ｎｍ以下で形成する工程をさらに有する上記（８）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。

（１０）前記反射電極部を形成する前記工程の後、前記反射電極部上に保護層を設ける工程をさらに有し、
その後前記コンタクト層を形成する前記工程を行い、
その後前記保護層を除去する工程をさらに有する上記（８）または（９）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。

本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半層体積層体の、光取出し側とは反対側の表面上に、反射電極部とコンタクト部との混在層を形成したことにより、電極と半導体層との良好なオーミック接触と反射電極層の機能を十分に発揮させることとの両立を図ることができる。その結果、順方向電圧をさほど上昇させることなく、発光効率を向上させることが可能となる。

本発明に従うＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００（実施形態１）を示す模式断面図である。 図１に示したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、ｐ側電極１１３を取り除いた状態の上面図であり、反射電極部１０９とコンタクト部１１０の配置関係を説明する図である。 本発明に従うＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００の製造工程の一例を示す模式断面図である。 本発明に従う別のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子２００（実施形態２）を示す模式断面図である。 本発明に従う別のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子３００（実施形態３）を示す模式断面図である。 本発明に従う別のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子４００（実施形態４）の製造工程の一例を示す模式断面図である。 比較例１のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子５００を示す模式断面図である。 比較例２のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子６００を示す模式断面図である。 比較例３のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子７００を示す模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。なお、実施形態ごとに共通する構成要素には、原則として下２桁が同一の参照番号を付し、説明は省略する。また、発光素子の模式断面図においては、説明の便宜上、各層を基板に対して実状とは異なる比率で誇張して示す。

（実施形態１）
本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００は、図１に示すとおり、基板１０１上に、バッファ層１０２と、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６と、反射電極部１０９とコンタクト部１１０との混在層１１１と、をこの順に有している。

ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６は、発光層１０４と、この発光層を挟んで形成される第１伝導型の半導体層としてのｎ型半導体層１０３および第１伝導型とは異なる第２伝導型の半導体層としてのｐ型半導体層１０５とからなる。本実施形態では、バッファ層１０２側からｎ型半導体層１０３、発光層１０４、ｐ型半導体層１０５の順に形成される。

第１電極としてのｎ側電極１１２は、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６のｎ型半導体層１０３側に形成される。ｎ側電極１１２は、図１においては、ｎ型半導体層１０３と電気的に接続されていることを模式的に示しているにすぎないが、典型的には、発光素子の一部の領域において混在層１１１およびＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６の一部を除去して、ｎ型半導体層１０３の表面を露出させ、露出したｎ型半導体層１０３上にｎ型電極を設ける。これを一般に「ラテラル（lateral）型」発光素子という。第２電極としてのｐ型電極１１３は、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６のｐ型半導体層１０５側に形成され、本実施形態では、混在層１１１を介してｐ型半導体層１０５と電気的に接続されている。

基板１０１としては、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６のエピタキシャル成長の温度に耐性のある基板を用いるのが好ましく、例えばサファイア基板やＡｌＮ単結晶層をサファイアなどの基板上に形成したＡｌＮテンプレートが使用できる。

バッファ層１０２としては、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の既知の手法を用いて基板１０１上にエピタキシャル成長させた、例えば厚さ２０〜１５００ｎｍ、好ましくは５００〜１５００ｎｍ、より好ましくは８００〜１０００ｎｍのＡｌＮからなる層を用いることができる。バッファ層１０２は、基板１０１とｎ型半導体層１０３との歪緩衝層として機能する。また、後述する実施例に用いる超格子歪緩衝層とすることもできる。

ｎ型半導体層１０３およびｐ型半導体層１０５は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ材料（０＜ｘ≦１）を、ＭＯＣＶＤ法など既知の手法を用いてエピタキシャル成長させることにより形成することができる。なお、所望の発光波長での吸収が問題にならないのであれば、ＩＩＩ族元素として、Ｂ，Ｉｎが含まれていても良く、Ｖ族元素として、Ａｓが含まれていても良い。ｐ型不純物としては、Ｂｅ，Ｍｇ、ｎ型不純物としては、Ｓｉ，Ｇｅが例示できる。発光層１０４は、ＡｌＩｎＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮの多重量子井戸構造をＭＯＣＶＤ法などにより成長させて形成することができる。各層の厚みは、例えばｎ型半導体層１０３は１０００〜５０００ｎｍ、発光層１０４は１０〜１００ｎｍ、ｐ型半導体層１０５は５０〜３００ｎｍとすることができる。

ここで本発明の特徴的構成である混在層１１１について説明する。まず、ＩＩＩ族窒化物半層体積層体１０６の、光取出し側（図１矢印）の第１表面１０７とは反対側の第２表面１０８上の一部領域に、反射電極部１０９を形成する。反射電極部１０９は、発光層１０４で発生する紫外光 (波長が２００〜３５０ｎｍ)に対して高い反射率（例えば６０％以上）を有する金属であれば特に限定されず、例えば、ロジウム（Ｒｈ），白金（Ｐｔ），イリジウム（Ｉｒ），ルテニウム（Ｒｕ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ）、およびこれらを含有する合金を例示できる。中でもＲｈ，Ｒｕ，Ｍｏがより好ましい。

一方、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部１１０を、反射電極部１０９を形成した第２表面１０８上の一部領域以外の領域に形成する。本実施形態では、図１および図２に示すように、反射電極部１０９を複数列の縞状に形成し、その間を埋めるように、複数列の縞状のコンタクト部１１０を形成する。すなわち、反射電極部およびコンタクト部が、交互に線状（互いに縞状）となるように形成されている。本実施形態において、上記コンタクト部１１０は、Ａｌ含有量が少ない、または、Ａｌを含まないため、ｐ型半導体層１０５と格子整合が良く、また、ｐ側電極１１３との接触抵抗がｐ型半導体層１０５よりも低い。また、コンタクト部１１０の伝導型は、第２表面を構成する半導体層と同じとする。本実施形態では、ｐ型半導体層１０５が第２表面１０８を構成するため、コンタクト部１１０はｐ型とする。また、ｘ＞０．０５の場合、Ａｌ含有量が多すぎてキャリア密度が大幅に減少してしまうため、本発明では０≦ｘ≦０．０５とする。

第２表面１０８上の反射電極部１０９を形成した領域では、コンタクト部１１０を構成するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）にほとんど吸収されることなく、発光層１０４で発生した紫外光を反射することができる。一方で、第２表面１０８上のコンタクト部１１０を形成した領域では、ｐ側電極１１３と良好なオーミックコンタクトを得ることができる。このように本発明では、光取出し側とは反対側の第２表面１０８上に、反射電極部１０９とコンタクト部１１０との混在層１１１を形成したため、電極と半導体層との良好なオーミック接触と反射電極層の機能を十分に発揮させることとの両立を図ることができる。その結果、順方向電圧をさほど上昇させることなく、発光効率を向上させることが可能となる。

ここで、反射電極部１０９とコンタクト部１１０との位置関係は、第２表面１０８上に両者が混在していれば、特に図２には限定されない。

例えば、混在層１１１は、反射電極部１０９およびコンタクト部１１０の少なくとも一方が、第２表面１０８上で複数の島状領域を形成するように設けられ、他方がこの複数の島状領域間に少なくとも位置するよう設けられる。例えば、コンタクト部１１０が複数の島状領域を形成する例としては、図２と同様の上面視で、反射電極部１０９に矩形または円形などの所定形状の開口部が規則的または不規則に点在しており、その開口部をコンタクト部が埋めるような構成が挙げられる。また、反射電極部１０９が複数の島状領域を形成する例としては、図２と同様の上面視で、矩形または円形など所定形状の反射電極部が規則的にまたは不規則に点在しており、その間をコンタクト部が埋めるような構成が挙げられる。図２に示した縞状の構成は、反射電極部１０９およびコンタクト部１１０がともに複数の島状領域を形成するように設けられ、互いに他方が形成された島状領域の間を埋めるように配置されている例である。このような例としては、反射電極部１０９およびコンタクト部１１０が、図２と同様の上面視で市松模様を形成する構成も挙げられる。

ここで、良好なオーミック接触と高い光反射率との両立をより十分に図る観点から、第２表面上の反射電極部を設けた面積Ｓ１とコンタクト部を設けた面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が、０．１〜１０の範囲であることが好ましく、０．２５〜１．５の範囲がより好ましい。Ｓ１／Ｓ２が０．１以上であれば、反射電極部１０９による光の反射効率が不十分となることがなく、また、１０以下であれば、電極と半導体層とのオーミック接触が不十分となることもないからである。

ここで、ｐ側のキャリアの移動について説明する。ｐ側電極１１３からコンタクト部１１０へ移動したキャリアは、そのままｐ型半導体層１０５へと移動する。一方、ｐ側電極１１３から反射電極部１０９へ移動したキャリアは、隣接するコンタクト部１１０との障壁の方が、ｐ型半導体層１０５との障壁よりも低いため、コンタクト部１１０へと移動した後、ｐ型半導体層１０５へと移動する経路が優先されると考えられる。しかし、反射電極部１０９から直接ｐ型半導体層１０５へと移動するキャリアも存在すると考えられるため、反射電極部１０９は、いわゆる電流狭窄層として機能するものではない。

そして、第２表面１０８を構成する半導体層がｐ型である本実施形態においては、反射電極部を、Ｒｈ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｍｏ、およびこれらを含有する合金のいずれかから構成することが好ましい。これらの金属は、ｐ型半導体層１０５と比較的良好なオーミック接触を形成しうる。このため、コンタクト部１１０のみならず、反射電極部１０９においてもｐ型半導体層１０５との良好なオーミック接触を形成して、よりキャリア密度を高めることができる。また、これらの金属は、反射電極部１０９を形成した後、コンタクト部１１０を形成する工程時に、ｐ型半導体層１０５へ拡散しにくく、ｐ型半導体層１０５に転位を生じさせにくい点でも好ましい。

本実施形態のように、コンタクト部１１０が反射電極部１０９よりも厚いことが好ましい。コンタクト部１１０を厚く形成することにより、十分な量のホールを供給することができるからである。そして、反射電極部１０９の膜厚は、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲とすることが好ましい。５ｎｍ以上の膜厚であれば発光層１０４で発生した紫外光をより確実に反射することができ、２００ｎｍ以下の膜厚であれば、反射電極部から生じる応力が素子に影響を及ぼすおそれがないためである。コンタクト部１１０の膜厚は、２０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とすることが好ましい。コンタクト部２０ｎｍ以上の膜厚であればホールを十分に供給でき、３００ｎｍ以下の膜厚であれば電子線照射やアニール処理によって、ホールを十分活性化できるからである。コンタクト部１１０は、反射電極部１０９上の一部または全部を被覆しても良い。

ｎ側電極１１２としては、ｎ型半導体層１０３との接触抵抗が低いという理由から、たとえば真空蒸着法によりＴｉ含有膜およびＡｌ含有膜を順次蒸着させたＴｉ／Ａｌ電極を用いることができる。ｐ側電極１１３としては、ｐ型半導体層１０５との接触抵抗が低いという理由から、たとえば真空蒸着法によりＮｉ含有膜およびＡｕ含有膜を順次蒸着させたＮｉ／Ａｕ電極、およびＮｉ／Ｐｔ電極を用いることができる。

第２表面１０８を構成する半導体層側の電極であるｐ側電極１１３は、本実施形態のように、反射電極部１０９およびコンタクト部１１０（混在層１１１）上に直接形成されることが好ましい。

また、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６の第２表面１０８、すなわち第２伝導型半導体層１０５の表面は、厚さ５ｎｍ以下で形成されたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなる半導体層で構成されることが好ましい。つまり、本実施形態では、ｐ型半導体層１０５の最上層が上記半導体層で構成されることになる。ｐ型半導体層１０５を形成した後、反射電極部１０９を形成するにあたり、一旦基板を成膜炉から取り出すため、ｐ型半導体層１０５のＡｌが酸化されてコンタクト部１１０の結晶成長が困難となる可能性があるが、上記半導体層を形成すれば、Ａｌの酸化を抑制することができる。なお、厚さ５ｎｍ以下としたのは、５ｎｍを超えて上記半導体層を設けると、発光層１０４から発生した紫外光を該半導体層が吸収してしまうことで、発光効率が低下するためである。

これまで、本発明における第１伝導型をｎ型、第２伝導型をｐ型として、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００を説明したが、本発明はこれに限定されず、第１伝導型をｐ型、第２伝導型をｎ型としても良いことは勿論である。この場合、反射電極部１０９の材料としては、ｎ型半導体層であるｎ−ＡｌＧａＮと比較的良好なオーミック接触を形成するＴｉ／Ａｌ，Ｍｏ／Ａｌ，Ｗ／Ａｌなどの金属とすることが好ましい。

（製造方法）
次に、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００の製造方法の一例を、図３を用いて説明する。まず、図３（ａ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、基板１０１上にＡｌＮからなるバッファ層１０２を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、バッファ層１０２上に第１伝導型であるｎ型の半導体層１０３、発光層１０４、および第１伝導型とは異なる第２伝導型であるｐ型の半導体層１０５を順にエピタキシャル成長させて、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６を形成する。これも同様にＭＯＣＶＤ法で行うことができる。

ここで、後の工程で反射電極部およびコンタクト部を設ける側の、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６の面１０８、すなわち、ｐ型半導体層１０５を構成する最上層部には、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなる半導体層を厚さ５ｎｍ以下で形成することが好ましい。これにより、上記の通り、次の工程で基板を制膜炉から取り出すにあたり、ｐ型半導体層１０５のＡｌの酸化を抑制することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６の、ｐ型半導体層１０５側の面１０８上の一部領域に反射電極部１０９を形成する。これは例えば、フォトリソグラフ法により所望パターンにレジストを形成し、反射電極部を構成する材料をスパッタ法、真空蒸着法などにより製膜した後、レジストを除去することで形成することができる。ｐ型半導体層１０５のＡｌの酸化を抑制できれば、反射電極部となる金属を製膜後にレジストを形成してエッチングにより反射電極部を形成してもよい。

次に、図３（ｄ）に示すように、反射電極部１０９上に保護層１１６を形成することが好ましい。これは、次工程でコンタクト部をエピタキシャル成長させる際、反射電極部１０９がアンモニア雰囲気中にさらされて窒化されることを抑制するためである。反射電極部１０９が窒化されると、発光層１０４から発生した光の反射率が減少するため、好ましくない。この場合、反射電極部１０９を形成する際に用いたレジストを除去するのは、保護層１１６を形成した後とする。保護層としては、上記のように反射電極部の変質防止を達成できるものであれば限定されないが、ＳｉＯ_２，ＳｉＮ_ｘなどを例示できる。

保護層１１６の形成後、図３（ｅ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、少なくとも反射電極部１０９間にｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部１１０を形成する。その後、図３（ｆ）に示すように、例えばＢＨＦなどの薬液により、保護層１１６を除去することが好ましい。

その後、図３（ｇ）に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６のｎ型半導体層１０３およびｐ型半導体層１０５側に、それぞれｎ側電極１１２およびｐ側電極１１３を形成する。ｎ側電極１１２は、例えば研磨またはウェットエッチングなどにより、発光素子の一部の領域において混在層１１１およびＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６の一部を除去して、ｎ型半導体層１０３の表面を露出させ、露出したｎ型半導体層１０３上に、スパッタ法または真空蒸着法などにより形成することができる。ｐ側電極１１３は、同じくスパッタ法または真空蒸着法などにより、混在層１１１上に直接形成することができる。ここで、反射電極部１０９とコンタクト部１１０とで膜厚が異なる場合、図示したとおり、ｐ側電極１１３の表面形状は、混在層１１１の表面凹凸に追随する傾向がある。

このようにして、ラテラル型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００を製造することができる。

（実施形態２）
本発明の他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子２００について、図４を用いて説明する。この実施形態では、混在層２１１において、コンタクト部２１０が反射電極部２０９よりも薄い点以外は、実施形態１と同様である。２０１は基板、２０２はバッファ層、２０３はｎ型半導体層、２０４は発光層、２０５はｐ型半導体層、２０６はＩＩＩ族窒化物半導体積層体、２１２はｎ側電極、２１３はｐ側電極である。本実施形態は、ｐ側電極の面抵抗を低減できる点で好ましい。

（実施形態３）
本発明の他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子３００について、図５を用いて説明する。この実施形態では、混在層３１１において、コンタクト部３１０が、反射電極部３０９を覆うように形成される点以外は、実施形態１と同様である。実施形態１よりもコンタクト部３１０のエピタキシャル成長を長時間行うと、コンタクト部３１０は反射電極部３０９上で横方向成長して、図５に示すような平坦な表面を有するコンタクト部３１０が形成される。反射電極部３０９のない部位でのコンタクト部３１０の膜厚は、１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲とすることが好ましい。３０１は基板、３０２はバッファ層、３０３はｎ型半導体層、３０４は発光層、３０５はｐ型半導体層、３０６はＩＩＩ族窒化物半導体積層体、３１２はｎ側電極、３１３はｐ側電極である。なお、本実施形態では、反射電極部３０９の形成後、反射電極部３０９上にＳｉＯ_２，ＳｉＮ_ｘなどからなる保護層（不図示）を形成し、それを除去することなくコンタクト部３１０を形成することが、反射電極部の窒化を抑制する観点から好ましい。

（実施形態４）
本発明の一実施形態として、垂直（Vertical）型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子４００を製造する工程を、図６により説明する。混在層４１１を形成する工程までは、実施形態１の製造方法として図３（ｆ）で示した工程と同様である。図６（ａ）に示すように、その後、混在層４１１上に順次、ｐ側電極４１３、接続金属層４１４、サポート基板４１５を形成する。

まず、ｐ側電極４１３は、スパッタ法または真空蒸着法などにより、混在層４１１上に直接形成する。

接続金属層４１４は、接合によりサポート基板と接続する場合は、Ａｕ含有材料とするのが好ましく、より好ましくはＡｕまたはＡｕＳｎとする。めっき法によりサポート基板と接続する場合はＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属やＮｉ、Ｃｕのいずれかを含む材料とするのが好ましい。また、ケミカルリフトオフ法により基板４０１を剥離する際に使用するエッチング液に対して耐性を持つ金属を選択することが望ましい。接続金属層４１４からのＡｕの拡散を止めるバリア層として、接続金属層４１４とｐ側電極４１３との間に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層さらに形成してもよい。

サポート基板４１５は、放熱性の良い材料からなるものとすることができ、例えば導電性Ｓｉ基板やＭｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕおよびこれらの合金を材料とする基板を用いるのが好ましい。ただし、その後のケミカルリフトオフのエッチング液に対する耐性により基板を選択する。

また、図６には示されていないが、サポート基板４１５を接続する工程（図６（ａ））は、サポート基板４１５上に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層およびＡｕ含有材料からなるサポート基板側接続層を順に形成し、このサポート基板側接続層と、接続金属層４１４とを接合することを含むのが好ましい。

続いて図６（ｂ）に示すように、バッファ層４０２をエッチングなどにより除去し、ＩＩＩ族窒化物半導体積層体１０６から基板４０１を剥離する。そして、この剥離により露出したｎ型半導体層４０３上にｎ側電極４１２を形成する。このようにして、垂直型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子４００を製造することができる。なお、垂直型の場合、このようにバッファ層４０２を除去する必要があるため、バッファ層４０２は、ケミカルリフトオフが可能な金属材料（例えばクロム(Ｃｒ）、スカンジウム(Ｓｃ)、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム(Ｚｒ)など）、または、これらの金属窒化物で構成することが好ましい。

上述したところはいずれも代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
サファイア基板(０００１)面上にＡｌＮエピタキシャル層を有するＡｌＮテンプレートの上に、ＭＯＣＶＤ法により、初期層としてＡｌＮ層（厚さ２７ｎｍ）を積層後、超格子歪緩衝層、ｎ型窒化物半導体層、発光層、ｐ型窒化物半導体層を順次エピタキシャル成長させ、エピタキシャル積層体を形成した。ここまでの積層構造を表１に示す。表１に示すとおり、ｐ型窒化物半導体層の最上部には、酸化防止層として厚さ３ｎｍのｐ−ＧａＮを形成した。なお、ＡｌＮエピタキシャル層は厚さが８００ｎｍであり転位密度が１×１０^１０ｃｍ^−２以下のものを使用した。

ｐ型窒化物半導体層上に、フォトリソグラフ法によりレジストのパターンを形成し、厚さ１０ｎｍのＲｕをスパッタ法により形成後、レジストを除去によりレジスト上のＲｕを除去して、５μｍ幅５μｍ間隔の短冊状のＲｕからなる反射電極部を形成した。アッシングによる表面洗浄の後、ｐ型窒化物半導体層上に、コンタクト部として、ｐ−ＧａＮをエピタキシャル成長させて厚さ５０ｎｍとした。厚さ５０ｎｍの場合、コンタクト部は反射電極部上に横方向成長しなかった。このようにして混在層を形成した。

その後、ドライエッチング法によりｎ型窒化物半導体層の表面を一部露出させ、ｎ側電極（Ｔｉ／Ａｌ）をｎ型窒化物半導体層上に形成し、ｐ側電極（Ｎｉ／Ａｕ）を上記混在層上に形成した。５５０℃でアニール後、ｐ側電極、ｎ側電極それぞれにパット電極を形成した。このようにして、図１に示す実施形態１のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００を作製した。

（実施例２）
反射電極部の厚さを３０ｎｍ、コンタクト部の厚さを２０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で、図４に示す実施形態２のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子２００を作製した。

（実施例３）
反射電極部のない部位でのコンタクト部の厚さを２００ｎｍとした結果、コンタクト部は反射電極部上に横方向成長して、コンタクト部が厚さ１０ｎｍの反射電極部を覆うように形成された。この点以外は、実施例１と同様の方法で、図５に示す実施形態３のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子３００を作製した。

（実施例４）
Ｒｕ膜の形成後にさらにスパッタ法によりＲｕ膜上にＳｉＯ_２保護膜（厚さ１０ｎｍ）を形成し、レジストの除去によりレジスト上の保護膜およびＲｕを除去して、５μｍ幅５μｍ間隔の短冊状のＲｕからなる反射電極部を形成としたこと、および、コンタクト部としてｐ−ＧａＮを形成後に、ＢＨＦを用いてＳｉＯ_２保護膜を除去したこと以外は、実施例１と同様の方法で、図１に示す実施形態１のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００を作製した。

（比較例１）
表１において最上部の酸化防止層を形成しない点以外は、表１と同様の積層構造でｐ型窒化物半導体層までを形成した。その後、ｐ型窒化物半導体層の最上部の全面に、ｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ：厚さ２０ｎｍ）、反射電極層（Ｒｕ：厚さ１０ｎｍ）を順に形成した。ｐ側電極およびｎ側電極は、実施例１と同様に形成した。このようにして、図７に示すＩＩＩ族窒化物半導体発光素子５００を作製した。なお、５０１は基板、５０２はバッファ層、５０３はｎ型半導体層、５０４は発光層、５０５はｐ型半導体層、５０６はＩＩＩ族窒化物半導体積層体、５１０はｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ）、５０９は反射電極層、５１２はｎ側電極、５１３はｐ側電極である。

（比較例２）
比較例１のｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ）を形成しなかった点以外は比較例１と同様の方法で、図８に示すＩＩＩ族窒化物半導体発光素子６００を作製した。なお、６０１は基板、６０２はバッファ層、６０３はｎ型半導体層、６０４は発光層、６０５はｐ型半導体層、６０６はＩＩＩ族窒化物半導体積層体、６０９は反射電極層、６１２はｎ側電極、６１３はｐ側電極である。

（比較例３）
表１において最上部の酸化防止層を形成しない点以外は、表１と同様の積層構造でｐ型窒化物半導体層までを形成した。その後、ｐ型窒化物半導体層の最上部の全面に、ｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ：厚さ２０ｎｍ）を形成し、その後、実施例１と同様に短冊状の反射電極部（Ｒｕ：厚さ１０ｎｍ）を形成した。そして、反射電極部および露出したｐ型コンタクト層の上に、ｐ側電極としてＮｉ／Ａｕを形成した。このようにして図９に示すＩＩＩ族窒化物半導体発光素子７００を作製した。なお、７０１は基板、７０２はバッファ層、７０３はｎ型半導体層、７０４は発光層、７０５はｐ型半導体層、７０６はＩＩＩ族窒化物半導体積層体、７１０はｐ型コンタクト層、７０９は反射電極層、７１２はｎ側電極、７１３はｐ側電極である。

（評価方法）
得られた発光素子に定電流電圧電源を用いて２０ｍＡの電流を流したときの順方向電圧Ｖｆおよび積分球による発光出力Ｐｏを測定し、比較例１における値を１として指数表示した。結果を表２に示す。Ｐｏについては、指数が大きいほど発光出力が大きく優れた特性いることを示す。Ｖｆについては、指数が小さいほど順方向電圧が小さく優れた特性であることを示す。

（評価結果）
表２に示すとおり、実施例１〜４は、順方向電圧Ｖｆが比較例１と同等以上で、発光出力Ｐｏが比較例１よりも格段に大きくなった。特に実施例４では、ＳｉＯ_２によりＲｕの窒化が確実に防止できた結果、最も高い発光出力を得ることができた。一方、比較例２は、ｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ）を形成しなかったため、十分なキャリア密度を得ることができず、比較例１よりもＶｆは大きく、Ｐｏは小さくなり、両特性とも比較例１よりさらに劣っていた。また比較例３は、比較例１よりもＶｆは小さいものの、Ｐｏが小さかった。

なお、今回の実施例では、反射電極の形状が短冊状の場合を示したが、反射電極部の中にドット形状の開口部を形成し、該開口部にｐ型コンタクト層を再成長させた場合でも、同様の効果を得ることができた。また、反射電極がＲｕの場合を示したが、Ｍｏ、Ｒｈでも類似の効果を得ることができた。

本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半層体積層体の、光取出し側とは反対側の表面上に、反射電極部とコンタクト部との混在層を形成したことにより、電極と半導体層との良好なオーミック接触と反射電極層の機能を十分に発揮させることとの両立を図ることができる。その結果、順方向電圧をさほど上昇させることなく、発光効率を向上させることが可能となる。

１００ ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
１０１ 基板
１０２ バッファ層
１０３ ｎ型半導体層（第１伝導型半導体層）
１０４ 発光層
１０５ ｐ型半導体層（第２伝導型半導体層）
１０６ ＩＩＩ族窒化物半導体積層体
１０７ 第１表面
１０８ 第２表面
１０９ 反射電極部
１１０ コンタクト部
１１１ 混在層
１１２ ｎ側電極（第１電極）
１１３ ｐ側電極（第２電極）
４１４ 接合金属
４１５ サポート基板
１１６ 保護層

上記課題に鑑み、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）発光層と、該発光層を挟んで形成される第１伝導型の半導体層および第１伝導型とは異なる第２伝導型の半導体層とからなるＩＩＩ族窒化物半導体積層体と、
該ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の前記第１伝導型半導体層側および前記第２伝導型半導体層側にそれぞれ形成された第１電極および第２電極と、
を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
前記ＩＩＩ族窒化物半層体積層体の、光取出し側の第１表面とは反対側の第２表面上に、反射電極部と、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部との混在層を有し、かつ、前記コンタクト部は前記反射電極部よりも厚いことを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（６）前記コンタクト部が、前記反射電極部を覆うように形成される（１）〜（５）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。

（７）基板上にバッファ層を形成する工程と、
該バッファ層上に第１伝導型の半導体層、発光層、および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型の半導体層を順に形成してＩＩＩ族窒化物半導体積層体を形成する工程と、
該ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の、前記第２伝導型半導体層側の面上の一部領域に反射電極部を形成する工程と、
少なくとも前記一部領域以外の領域に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部を、前記コンタクト部は前記反射電極部よりも厚く形成する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の前記第１伝導型半導体層側および前記第２伝導型半導体層側に、それぞれ第１電極および第２電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。

（８）前記ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の、前記反射電極部およびコンタクト部が設けられる側の面に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなる半導体層を厚さ５ｎｍ以下で形成する工程をさらに有する上記（７）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。

（９）前記反射電極部を形成する前記工程の後、前記反射電極部上に保護層を設ける工程をさらに有し、
その後前記コンタクト層を形成する前記工程を行い、
その後前記保護層を除去する工程をさらに有する上記（７）または（８）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。

本発明に従うＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００（実施形態１）を示す模式断面図である。 図１に示したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子において、ｐ側電極１１３を取り除いた状態の上面図であり、反射電極部１０９とコンタクト部１１０の配置関係を説明する図である。 本発明に従うＩＩＩ族窒化物半導体発光素子１００の製造工程の一例を示す模式断面図である。 本発明の参考形態に従う別のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子２００（参考形態１）を示す模式断面図である。 本発明に従う別のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子３００（実施形態３）を示す模式断面図である。 本発明に従う別のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子４００（実施形態４）の製造工程の一例を示す模式断面図である。 比較例１のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子５００を示す模式断面図である。 比較例２のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子６００を示す模式断面図である。 比較例３のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子７００を示す模式断面図である。

（参考形態１）
本発明の参考形態であるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子２００について、図４を用いて説明する。この参考形態１では、混在層２１１において、コンタクト部２１０が反射電極部２０９よりも薄い点以外は、実施形態１と同様である。２０１は基板、２０２はバッファ層、２０３はｎ型半導体層、２０４は発光層、２０５はｐ型半導体層、２０６はＩＩＩ族窒化物半導体積層体、２１２はｎ側電極、２１３はｐ側電極である。本参考形態は、ｐ側電極の面抵抗を低減できる点で好ましい。

（参考例１）
反射電極部の厚さを３０ｎｍ、コンタクト部の厚さを２０ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で、図４に示す参考形態１のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子２００を作製した。

（評価結果）
表２に示すとおり、実施例１，３，４および参考例１は、順方向電圧Ｖｆが比較例１と同等以上で、発光出力Ｐｏが比較例１よりも格段に大きくなった。特に実施例４では、ＳｉＯ_２によりＲｕの窒化が確実に防止できた結果、最も高い発光出力を得ることができた。一方、比較例２は、ｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＮ）を形成しなかったため、十分なキャリア密度を得ることができず、比較例１よりもＶｆは大きく、Ｐｏは小さくなり、両特性とも比較例１よりさらに劣っていた。また比較例３は、比較例１よりもＶｆは小さいものの、Ｐｏが小さかった。

Claims (10)

1. 発光層と、該発光層を挟んで形成される第１伝導型の半導体層および第１伝導型とは異なる第２伝導型の半導体層とからなるＩＩＩ族窒化物半導体積層体と、
   該ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の前記第１伝導型半導体層側および前記第２伝導型半導体層側にそれぞれ形成された第１電極および第２電極と、
   を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子であって、
   前記ＩＩＩ族窒化物半層体積層体の、光取出し側の第１表面とは反対側の第２表面上に、反射電極部と、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部との混在層を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
2. 前記混在層は、
   前記反射電極部および前記コンタクト部の少なくとも一方が、前記第２表面上で複数の島状領域を形成するように設けられ、
   他方が前記複数の島状領域間に少なくとも位置するよう設けられる請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
3. 前記第２表面を構成する半導体層がｐ型であり、
   前記反射電極部が、Ｒｈ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｍｏ、およびこれらを含有する合金のいずれかからなる請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
4. 前記第１電極および第２電極のうち、前記第２表面を構成する半導体層側の電極が、前記反射電極部および／または前記コンタクト部上に形成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
5. 前記ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の前記第２表面は、厚さ５ｎｍ以下で形成されたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなる半導体層で構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
6. 前記コンタクト部が前記反射電極部よりも厚い請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
7. 前記コンタクト部が、前記反射電極部を覆うように形成される請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
8. 基板上にバッファ層を形成する工程と、
   該バッファ層上に第１伝導型の半導体層、発光層、および前記第１伝導型とは異なる第２伝導型の半導体層を順に形成してＩＩＩ族窒化物半導体積層体を形成する工程と、
   該ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の、前記第２伝導型半導体層側の面上の一部領域に反射電極部を形成する工程と、
   少なくとも前記一部領域以外の領域に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなるコンタクト部を形成する工程と、
   前記ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の前記第１伝導型半導体層側および前記第２伝導型半導体層側に、それぞれ第１電極および第２電極を形成する工程と、
   を有することを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
9. 前記ＩＩＩ族窒化物半導体積層体の、前記反射電極部およびコンタクト部が設けられる側の面に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）よりなる半導体層を厚さ５ｎｍ以下で形成する工程をさらに有する請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。
10. 前記反射電極部を形成する前記工程の後、前記反射電極部上に保護層を設ける工程をさらに有し、
    その後前記コンタクト層を形成する前記工程を行い、
    その後前記保護層を除去する工程をさらに有する請求項８または９に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。

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