WO2016143574A1 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子および該素子構成を含むウエハ - Google Patents

Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子および該素子構成を含むウエハ Download PDF

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WO2016143574A1
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mesa
light emitting
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type layer
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俊之 小幡
伴光 佐藤
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株式会社トクヤマ
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device having an emission peak wavelength of ultraviolet rays.
  • the present invention relates to a technique for preventing deterioration of an element due to current concentration at an end portion of a mesa structure of a light emitting element.
  • the present invention also relates to a wafer including the light emitting device configuration.
  • FIG. 7A and 7B show a typical schematic structure of the group III nitride semiconductor light emitting device 20.
  • FIG. 7A is a top view of the element
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 7A.
  • the group III nitride semiconductor light emitting device 20 includes a stacked body (hereinafter sometimes referred to as “laminated semiconductor layer”) including an n-type layer 12, an active layer 13, and a p-type layer 14 on one surface side of the substrate 11.
  • laminated semiconductor layer stacked body
  • the mesa structure 15 is formed by forming a laminated semiconductor layer including the n-type layer 12, the active layer 13, and the p-type layer 14 on one surface side of the substrate 11, and then removing a part of the laminated structure by etching or the like. A part of 12 is exposed. A mesa structure 15 is formed by leaving a plateau-like portion (also referred to as a mesa) including the active layer 13 and the p-type layer 14 (see Patent Document 1). An n electrode 16 is formed on the exposed n-type layer 12 surface, and a p-electrode 17 is formed on the p-type layer 14 surface.
  • the current flows between the p electrode and the n electrode. Since the current tends to flow through a low resistance path (usually the shortest path), the current is in the vicinity of the end of the mesa structure 15 (hereinafter sometimes referred to as “mesa end”) close to the n electrode and the p electrode. Concentrate on the flow. As a result, the current does not flow uniformly in the active layer 13 and light emission unevenness occurs. Further, since the current is concentrated on the mesa end, heat is locally generated in the vicinity of the mesa end. As a result, deterioration of the light emitting element is likely to proceed, leading to a decrease in light emission efficiency, an increase in operating voltage, a decrease in reliability, and the like.
  • Patent Document 2 discloses an ultraviolet semiconductor in which a p-type layer or a high-resistance layer having a higher resistance than a p-electrode is formed on the surface of the p-type layer on the side close to the n-electrode along the shape of the p-type layer side. A light emitting device is disclosed.
  • a high resistance layer is formed on a p-type layer near the mesa edge as in Patent Document 2, it is possible to suppress current concentration in a region near the mesa edge.
  • the presence of the high-resistance layer increases the resistance between the p-electrode and the semiconductor layer, which causes a problem that the operating voltage increases.
  • Patent Document 3 discloses a semiconductor light emitting device in which a trench is formed between a p electrode and an n electrode. By forming the trench, the variation in the length of the current path flowing between the p electrode and the n electrode is reduced, and the current is prevented from concentrating on a specific portion.
  • it is necessary to increase the depth of the trench. Increasing the depth of the trench results in a problem that the current path becomes longer as a whole, the resistance increases, and the operating voltage increases.
  • the current flowing between the p-electrode and the n-electrode is concentrated in a region near the mesa end without increasing the number of steps in manufacturing the light-emitting element and without excessively increasing the operating voltage. It aims at providing the technique which suppresses deterioration of the light emitting element by this.
  • the inventors of the present invention have studied earnestly, thinking that the above problem can be solved by adjusting the structure of the p-electrode. Then, it was found that the above problem can be solved by forming the p-electrode at a certain distance from the end of the mesa structure in a part of the mesa structure, particularly in the protruding part of the mesa structure, and the present invention was completed. It came to do.
  • the first invention includes an active layer between an n-type layer and a p-type layer, has an n-electrode on the n-type layer, a p-electrode on the p-type layer, and includes a p-type layer
  • a group III nitride semiconductor light emitting device having a mesa structure, wherein a distance between a part of a mesa end and an outer periphery of the p electrode is 1 / d of a diffusion length L s in a top view of the group III nitride semiconductor light emitting device.
  • a group III nitride semiconductor light emitting device in which a distance between a part of a mesa end and an outer periphery of the p electrode is 12 ⁇ m or more in a top view of the group III nitride semiconductor light emitting device.
  • the object of the present invention can be sufficiently achieved if the distance between a part of the mesa end and the outer periphery of the p electrode is 12 ⁇ m or more.
  • the second invention is the first invention, the distance between the outer periphery of the projecting portion and the p electrode of the mesa edge is group III nitride semiconductor light-emitting device is 1/3 or more of the diffusion length L s. Since current tends to concentrate on the p-electrode part at the protrusion at the mesa end, the distance between the protrusion at the mesa end and the outer periphery of the p-electrode is preferably within the above range.
  • the third invention is the group III nitride semiconductor light emitting device according to the first invention, wherein the distance between the protrusion at the mesa end and the outer periphery of the p electrode is 12 ⁇ m or more.
  • the fourth invention is a group III nitride semiconductor light-emitting device having a light emission peak wavelength of 200 to 350 nm in the first to third inventions.
  • a Group III nitride semiconductor light emitting device having an emission peak wavelength of 200 to 350 nm is difficult to manufacture itself, and improvement in yield is strongly desired, and the present invention is suitable.
  • the fifth invention provides a group III nitride semiconductor light emitting device including an active layer between an n-type layer and a p-type layer, and having an n-electrode on the n-type layer and a p-electrode on the p-type layer.
  • the group III nitride semiconductor light-emitting device has the structure of the first to fourth aspects of the invention.
  • the distance between a part of the mesa end and the outer periphery of the p electrode is set to a predetermined value or more, and the p electrode is limited to the vicinity of the end of the mesa structure.
  • the p electrode restriction region the formation rate of the p electrode is restricted to be lower than that of the mesa portion other than this region.
  • an ultraviolet light-emitting device having an emission peak wavelength in the range of 200 to 350 nm is more difficult to manufacture due to the influence of the composition of each layer and a yield is lower than a light-emitting device having an emission peak wavelength exceeding 350 nm, for example, a light-emitting device in the visible light region.
  • the present invention is suitable for an ultraviolet light emitting element having an emission peak wavelength in the range of 200 to 350 nm because it can suppress a decrease in yield due to local deterioration in the mesa structure.
  • An example of a group III nitride semiconductor light emitting device viewed from above is shown.
  • An example of a group III nitride semiconductor light emitting device viewed from above is shown.
  • An example of a group III nitride semiconductor light emitting device viewed from above is shown.
  • An example of a group III nitride semiconductor light emitting device viewed from above is shown.
  • An example of a group III nitride semiconductor light emitting device viewed from above is shown.
  • An example of a group III nitride semiconductor light emitting device viewed from above is shown.
  • An example of a group III nitride semiconductor light emitting device viewed from above is shown.
  • a method for determining a “mesa edge protrusion” using a definition circle is shown.
  • Various mesa end shapes are shown.
  • a method for determining the p-electrode restriction region will be described.
  • a method for determining the p-electrode restriction region will be described.
  • the positional relationship between the mesa end of the element and the p electrode in the example is shown.
  • An example of the positional relationship between the mesa end and the p-electrode is shown.
  • An example of the positional relationship between the mesa end and the p-electrode is shown.
  • An example of a typical group III nitride semiconductor light emitting device viewed from above is shown. 1 shows a cross-sectional view of a typical group III nitride semiconductor light emitting device.
  • the light emitting region of light emitted from the group III nitride semiconductor light emitting device of the present invention is not particularly limited. According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in output caused by deterioration due to local current concentration in the mesa structure regardless of the light emitting region, and to improve the yield.
  • the present invention is applied to a group III nitride semiconductor light emitting device having an emission peak wavelength in the visible light region or the ultraviolet region. More preferably, the present invention is applied to a group III nitride semiconductor light emitting device that emits ultraviolet light having an emission peak wavelength of 200 to 350 nm.
  • a group III nitride semiconductor light emitting device having an emission peak wavelength of 200 to 350 nm will be mainly described.
  • a typical group III nitride semiconductor light emitting device 20 has a mesa structure 15 (laminated semiconductor layer) including a substrate 11, an n-type layer 12, an active layer 13, and a p-type layer 14. ) And an n-electrode 16 and a p-electrode 17.
  • mesa structure 15 laminated semiconductor layer
  • substrate 11 an n-type layer 12, an active layer 13, and a p-type layer 14.
  • the refractive index, transmittance, and reflectance were based on light having a wavelength of 265 nm. This is because light of wavelength 265 nm is most suitable for sterilization because DNA has maximum absorption in the vicinity of wavelength 265 nm, and is considered to have high industrial utility value.
  • the refractive index, the transmittance, and the reflectance are simply used, the values are for light with a wavelength of 265 nm.
  • the substrate 11 is not particularly limited as long as it can epitaxially grow a group III nitride semiconductor crystal on the surface and transmits ultraviolet rays.
  • Examples of the material used for the substrate 11 include sapphire, SiC (silicon carbide), AlN (aluminum nitride), Si (silicon), and the like. Among them, an AlN single crystal substrate having a c-plane as a main surface is preferable.
  • the transmittance of the substrate 11 with respect to light having a wavelength of 265 nm is preferably as high as possible, preferably 50% or more, and more preferably 60% or more.
  • the upper limit of the transmittance of the substrate 11 is preferably 100%, but the upper limit is 80% in consideration of industrial production.
  • the transmittance of the light-transmitting substrate can be adjusted by the material, the thickness of the substrate, the crystallinity, and the impurity content.
  • the thickness of the substrate 11 is not particularly limited, but is preferably 30 to 150 ⁇ m, more preferably 50 to 100 ⁇ m. By setting the thickness of the substrate 11 in the above range, the transmittance is improved and the productivity is improved.
  • the thickness of the substrate 11 only needs to satisfy the above range after the manufacture of the group III nitride semiconductor light-emitting device, and after laminating a laminated semiconductor layer or electrode to be described later on the substrate, the lower surface of the substrate is ground or polished. The thickness may be in the above range.
  • the laminated semiconductor layer (the main part of the element including the mesa structure 15 in FIG. 7) is formed on the substrate 11 as shown in FIG. 7B, and the n-type layer 12, the active layer 13, and the p-type layer 14 (p-type cladding layer). And a p-type contact layer) are laminated in this order. Non-limiting examples are described below for each layer.
  • Group III nitride semiconductor preferably containing impurities.
  • the impurity concentration is 1.0 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 5.0 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less, preferably 1.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 5.0 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less.
  • the refractive index of the n-type layer is not particularly limited, but is 1.5 to 3.0.
  • the refractive index may be adjusted by the composition of the n-type layer.
  • the thickness of the n-type layer is 100 nm or more and 10,000 nm or less, preferably 500 nm or more and 3000 nm or less.
  • the group III nitride semiconductor light-emitting element 20 is formed of AlN or III having the same or similar composition as that of the n-type layer between the substrate 11 and the n-type layer 12.
  • a buffer layer including a group nitride semiconductor may be included.
  • a well layer having a bandgap energy larger than that of the well layer (x, y, z are 0 ⁇ x ⁇ 1.0, 0 ⁇ y ⁇ 0.1, 0 ⁇ z ⁇ 1.0).
  • the active layer may be a multiple quantum well structure or a single quantum well structure.
  • the thickness of the well layer is 1 nm or more, preferably 2 nm or more, and the upper limit is 100 nm.
  • the thickness of the barrier layer is 1 nm or more, preferably 2 nm or more, and the upper limit is 1 ⁇ m.
  • Such an active layer can be manufactured by the MOCVD method.
  • the p-type layer 14 includes a p-type cladding layer and a p-type contact layer.
  • Group III nitride semiconductor preferably containing impurities.
  • the impurity of the p-type cladding layer is preferably Mg.
  • the impurity concentration in the p-type cladding layer is 1.0 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 5.0 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less, preferably 1.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 5.0 ⁇ 10 20 cm ⁇ . 3 or less.
  • the thickness of the p-type cladding layer is 5 nm to 100 nm, preferably 10 nm to 50 nm.
  • the p-type contact layer is made of GaN. If the p-type contact layer is made of GaN, that is, a p-GaN layer, the contact characteristics of the p-type contact layer can be improved.
  • the p-type contact layer preferably contains an impurity.
  • the impurity of the p-type contact layer is preferably Mg, like the p-type cladding layer.
  • the impurity concentration in the p-type contact layer is 1.0 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 5.0 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less, preferably 1.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 2.0 ⁇ 10 20 cm ⁇ . 3 or less.
  • the p-type contact layer has a thickness of 1 nm to 100 nm, preferably 5 nm to 50 nm. By setting the thickness of the p-type contact layer within the above range, the ultraviolet transmittance and contact characteristics of the p-type layer are improved.
  • the transmittance of the p-type layer 14, that is, the transmittance with respect to light having a wavelength of 265 nm is preferably 50% or more, and more preferably 60% or more.
  • the upper limit of the transmittance is not particularly limited, but is 85% in consideration of production stability.
  • the transmittance of the p-type layer 14 greatly depends on the composition and layer thickness of the p-type contact layer.
  • the p-type contact layer is composed of GaN (p-GaN layer)
  • GaN has an absorption edge at a wavelength of 365 nm
  • light with a wavelength of 265 nm hardly transmits when the layer thickness is too large.
  • the absorption coefficient ⁇ of GaN at a wavelength of 265 nm is 1.8 ⁇ 10 5 (cm ⁇ 1 ).
  • the thinner the thickness of the p-GaN layer the higher the transmittance can be obtained.
  • the thickness of the p-GaN layer is too small, the current does not spread sufficiently and the electrical characteristics of the light emitting element may be inferior.
  • the thickness of the p-GaN layer is preferably 1 nm to 40 nm, and more preferably 10 nm to 30 nm.
  • the current is sufficiently spread in the p-type contact layer to improve the electrical characteristics of the light-emitting element, and the ultraviolet transmittance of the p-type layer is improved.
  • Such a p-type layer can be manufactured by the MOCVD method.
  • the n electrode 16 is formed on the exposed surface of the n-type layer 12.
  • the exposed surface of the n-type layer is formed by means such as etching.
  • the stacked semiconductor layer remains in a plateau shape, and the mesa structure 15 is formed.
  • the n-electrode on the n-type layer is formed along the lower end of the mesa structure in the low-level portion of the mesa structure, but is slightly spaced from the bottom of the mesa structure and is n-type between the mesa structure 15 and the n-electrode 16.
  • the structure in which the layer 12 is exposed may be used.
  • the n electrode 16 may be formed so as to surround the entire p electrode 17 along the mesa edge, and the n electrode may surround a part of the p electrode. It may be formed. Alternatively, the p electrode may be formed so as to surround the n electrode.
  • Etching techniques include dry etching such as reactive ion etching and inductively coupled plasma etching.
  • the exposed surface is preferably surface-treated with an acid or alkali solution in order to remove etching damage.
  • an n-type electrode 16 having ohmic properties is formed on the exposed surface of the n-type layer.
  • the patterning of the n electrode can be performed using a lift-off method.
  • a photoresist is applied to the surface on which the electrode is to be formed, irradiated with ultraviolet rays using a UV exposure machine equipped with a photomask, and immersed in a developer to dissolve the exposed photoresist to form a desired pattern.
  • an electrode metal is deposited on the patterned photoresist, and the photoresist is dissolved with a stripping solution to form an electrode metal pattern.
  • an electrode metal film is formed on the electrode formation surface, a photoresist is applied, the photoresist is patterned through an exposure and development process, and dry etching or wet etching is performed using the photoresist as a mask.
  • a method of patterning the electrode metal and dissolving the photoresist with a stripping solution is preferable because the process is relatively simple.
  • Examples of the method for depositing the n-electrode metal include vacuum deposition, sputtering, and chemical vapor deposition. In particular, vacuum deposition is preferable because impurities in the electrode metal can be eliminated.
  • the material used for the n-electrode can be selected from known materials. For example, Ti, Al, Rh, Cr, In, Ni, Pt, Au, etc. are mentioned. Among these, Ti, Al, Rh, Cr, Ni, and Au are preferable. In particular, a combination of Ti, Al, and Au is preferable because it can improve ohmic properties and reflectivity.
  • the n-electrode may be a single layer containing an alloy or oxide of these metals, or a multilayer structure.
  • the layer thickness of the n electrode is not particularly limited, but it is preferably 2 nm or more in consideration of production stability, and the upper limit is 2 ⁇ m.
  • the n-electrode pattern is not particularly limited, and may be formed so as to surround the entire mesa structure 15 along the mesa edge (FIGS. 1A to 1F). It may be formed so as to surround a part of the structure 15 (FIG. 1G).
  • the n electrode may be formed so as to surround the p electrode (FIGS. 1A to E and G), and conversely, the p electrode may be formed so as to surround the n electrode (FIG. 1F).
  • the width of the n electrode is not particularly limited, but is usually about 5 to 100 ⁇ m, preferably 10 to 50 ⁇ m.
  • the width of the n electrode may not be uniform.
  • a narrow part and a wide part may be mixed.
  • the average width of the n electrodes may be in the above range.
  • heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 3 minutes.
  • optimal conditions can be selected suitably according to the metal seed
  • the p-electrode 17 is formed on the p-type layer 14 of the mesa structure 15.
  • the formation pattern of the p-electrode 17, that is, the shape and size of the p-electrode 17 are almost similar to the mesa structure 15.
  • the formation position of the p-electrode 17 is set based on a predetermined pointer related to the shape of the mesa structure 15. As a result, a current that tends to concentrate near the mesa end is diffused, and current concentration at the mesa end is suppressed.
  • a guideline for setting a p-electrode formation pattern will be described later. First, a typical non-limiting example of a general p-electrode property and formation method will be described.
  • the p-electrode 17 may have ultraviolet transparency.
  • the transmittance of the p-electrode with respect to 265 nm light is preferably 60% or more, more preferably 70% or more.
  • the upper limit of the transmittance is not particularly limited, and is preferably 100%, but is industrially 90% or more. If the wavelength transmittance for light having a wavelength of 265 nm is 60% or more, the film has sufficient transparency in the wavelength range of 200 to 350 nm.
  • the patterning of the p-electrode is preferably performed using the lift-off method, similarly to the patterning of the n-electrode.
  • the metal material used for the p-electrode can be selected from known materials. For example, Ni, Cr, Au, Mg, Zn, Pd, Pt, etc. are mentioned. Among these, a combination of Ni and Au is preferable.
  • the p-electrode may be a single layer or multilayer structure containing an alloy or oxide of these metals.
  • the shape of the p electrode is not particularly limited, but is formed in a similar shape slightly smaller than the mesa structure 15 as described above. Therefore, the shape of the p electrode is a rectangular shape that is substantially similar to the mesa structure 15 shown in FIG. 1A, a cross shape as shown in FIGS. 1B and C, and a comb shape as shown in FIGS. 1D to 1G. There may be.
  • the width of the p-electrode is not particularly limited, but in the shape similar to the mesa structure 15 shown in FIGS. 1B to 1G, it is usually about 5 to 100 ⁇ m, preferably 10 to 50 ⁇ m.
  • the width of the p electrode may not be uniform. For example, a narrow part and a wide part may be mixed. In this case, the average width of the p electrode may be in the above range.
  • the method for depositing the p-electrode metal includes, for example, vacuum deposition, sputtering, chemical vapor deposition, etc., as in the n-electrode formation method.
  • vacuum deposition is preferable because impurities in the electrode metal can be eliminated.
  • a heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. to 800 ° C. for 30 seconds to 3 minutes. About the temperature and time of heat processing, optimal conditions can be selected suitably according to the metal seed
  • the p-electrode 17 is formed on the p-type layer 14 located on the plateau-like mesa structure 15 in a substantially similar shape to the mesa structure 15.
  • the n-electrode 16 is formed in a lower low area as viewed from the mesa structure 15.
  • a path with low resistance is given priority, so that the current is likely to be concentrated in a region near the end of the mesa structure 15 at the shortest distance between the n-electrode and the p-electrode.
  • the present invention in order to avoid current concentration at the mesa end, a certain distance or more is provided between the mesa end and the p-electrode. That is, according to the first aspect of the present invention, when the group III nitride semiconductor light emitting device is viewed from the top, the distance between a part of the mesa end and the outer periphery of the p electrode is set to 1/3 or more of the diffusion length L s. . In other words, there is a p-electrode limiting region in which electrode formation is limited between a part of the mesa end and the p-electrode. In other words, the present invention is, in a part near the end of the mesa structure is characterized by a width with 1/3 or more of the p-electrode restricted area of the diffusion length L s.
  • the “mesa end” is the outline of the mesa structure 15, the end of the mesa structure in the top view, and is shown as the outer periphery (that is, the outline) of the p-type layer 14.
  • the mesa structure is formed by etching the stacked semiconductor layer substantially vertically, but does not have to be completely vertical, and may be formed in a tapered shape from the top to the bottom of the mesa structure.
  • the taper part is observed in a top view.
  • the taper part is formed in an overhang shape, so that it is difficult to observe in a top view.
  • the mesa end is the end of the mesa structure as viewed from above, and is defined as the outer periphery (that is, the contour) of the p-type layer 17 located at the uppermost layer of the mesa structure, and does not include the tapered portion.
  • the distance between the mesa end and the outer periphery of the p electrode is the length of the shortest path from the arbitrarily selected mesa end to the outline of the p electrode in the top view.
  • a "portion" of the mesa end, all of the mesa end not intended to essential and that apart more than 1/3 of the diffusion length L s from the p-electrode, in part, the mesa end and p electrode and contour means that may be close in less than one third of the distance of the diffusion length L s. That is, in a portion where current concentration is likely to occur, if the mesa end and the p-electrode are separated by a predetermined distance or more, the current concentration that causes the element failure is eliminated. On the other hand, the hard portion occur current concentration near the contour of the mesa end and p electrode, in a top view, the p electrode and the n electrode is also in close proximity at a distance of less than 1/3 of the diffusion length L s Good.
  • the mesa end where current concentration tends to occur is in the state surrounded by the n electrode.
  • the mesa end in such a state varies depending on the contour shape of the mesa structure, but usually exists at a ratio of 5 to 30% with respect to the entire circumference of the mesa structure. Therefore, in the present invention, the mesa end surrounded by the n electrode among the mesa ends has a distance of a predetermined value or more between the mesa end and the p electrode, and the p electrode limiting region is provided.
  • the distance between the mesa end and the p-electrode may be set to a predetermined value or more particularly in a portion where current tends to concentrate.
  • the diffusion length L s is a distance in which most electrons can diffuse in the n-type layer from the end of the n-electrode closer to the mesa end toward the mesa end in consideration of electrons moving to the p-type layer. Point to. In the prior art, the distance between the outer peripheral part of the mesa end and the p-electrode, is not performed can be adjusted based on the diffusion length L s. The present inventors have found that an excellent effect can be exhibited by setting the distance to 1/3 or more of the diffusion length L s , and have completed the present invention.
  • ⁇ c contact resistance between p electrode / p type layer and n electrode / n type layer
  • ⁇ p specific resistance of p type layer
  • ⁇ n specific resistance of n type layer
  • t p p type layer Thickness
  • t n the thickness of the n-type layer.
  • the contact resistance is measured by a TLM (Transfer Length Method) method.
  • a p-electrode pattern having a donut-shaped electrode non-formation region is formed on the p-GaN surface by the same method as that for manufacturing a light-emitting element (interelectrode distance: 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100 ⁇ m).
  • the resistance value at each inter-electrode distance is measured, and the contact resistance between the p-electrode / p-type layer and the n-electrode / n-type layer is calculated from the relationship between the inter-electrode distance and the resistance value.
  • circular p-electrodes and n-electrodes having a diameter of 1.5 mm are formed at four corners of the surface of 7 mm square p-GaN, p-AlGaN and n-AlGaN using the same method as that for manufacturing a light emitting device. Form four each.
  • the specific resistance of the p-type layer (p-GaN, p-AlGaN) and the n-type layer (n-AlGaN) is calculated by measuring the Hall effect for the obtained sample.
  • the distance between the outer peripheral part of the mesa end and the p-electrode, by 1/3 or more of the diffusion length L s the yield can be improved in the ultraviolet light-emitting device.
  • the distance between the outer peripheral part of the mesa end and the p-electrode preferably 1/3 or more of the diffusion length L s, the diffusion length 1.2 times the L s or less, more preferably 1/3 or more of the diffusion length L s, and more than 1.0 times the diffusion length L s.
  • the diffusion length L s does not depend on the width of the electrode, it becomes a guideline for device design for suppressing current concentration even when the element is downsized and the electrode is thinned.
  • the distance between the outer peripheral part of the mesa end and p electrode defined 1/3 or more and the diffusion length L s, at the present time in the art of the present invention, the mesa edge one It is sufficient that the distance between the portion and the outer periphery of the p-electrode is 12 ⁇ m or more (second invention).
  • the distance between a part of the mesa end and the outer periphery of the p electrode is preferably 12 to 80 ⁇ m, more preferably 15 to 80 ⁇ m, The thickness is preferably 20 to 80 ⁇ m, more preferably 20 to 40 ⁇ m. This distance is sufficient for the current (2015) device design.
  • the distance between a part of the mesa end and the outer periphery of the p electrode may not be 12 ⁇ m or more.
  • the distance between a part of the mesa end and the outer periphery of the p electrode may be set using the diffusion length L s as a guide.
  • the present invention there is a p-electrode restriction region in which formation of an electrode is restricted between a part of the mesa end and the p-electrode.
  • the present invention is characterized in that a p-electrode limiting region having a width of 12 ⁇ m or more exists in a part near the end of the mesa structure.
  • the distance between a part of the mesa end and the outer periphery of the p electrode is a predetermined value or more when the light emitting element is viewed from the top.
  • the meaning of “part” of the mesa end is mainly because it is sufficient that the distance between the mesa end and the outer periphery of the p-electrode is a predetermined value or more in a portion where current concentration is likely to occur.
  • the portion where current tends to concentrate refers to a portion where the p-electrode projects into the n-electrode formation region in top view.
  • the p electrode is surrounded by the n electrode, electrons from the n electrode are easily concentrated. As a result, the portion emits light more strongly, but the load is large and the deterioration tends to occur.
  • the p-electrode 17 is formed on the mesa structure 15 in a shape substantially similar to the mesa structure.
  • the distance between the mesa end and the p electrode is greater than or equal to a predetermined value in the portion where the mesa structure 15 protrudes into the n-electrode formation region, current concentration at the end of the mesa structure that is likely to deteriorate may be suppressed. is there.
  • the distance between the outer circumference of the projection and the p electrode of the mesa edge diffusion length L s of 1/3 or more, 1/3 or more preferably the diffusion length L s, the diffusion length L s 1.2 times or less, more preferably 1/3 or more of the diffusion length L s, and more than 1.0 times the diffusion length L s.
  • the distance between the protrusion at the mesa end and the outer periphery of the p electrode is 12 ⁇ m or more, preferably 12 to 80 ⁇ m, more preferably 15 to 80 ⁇ m, still more preferably 20 to 80 ⁇ m, and still more preferably 20 to 20 ⁇ m. 40 ⁇ m. That is, the third and fourth inventions are characterized in that a p-electrode limiting region is provided in the vicinity of the protrusion at the mesa end.
  • the “projection at the end of the mesa” refers to a portion where the outline of the mesa structure 15 projects into the n-electrode formation region in a top view.
  • the p electrode is formed in this portion, electrons from the n electrode surrounding the periphery are concentrated on the p electrode in the portion, so that the semiconductor layer directly under the p electrode is likely to deteriorate. Therefore, by setting the distance from the protrusion at the mesa end to the p-electrode to a predetermined value or more, current concentration can be suppressed and deterioration of the element can be reduced.
  • FIG. 1 shows a non-limiting example of the outline of the mesa structure 15 in the top view of the element and the formation pattern of the n electrode, and the “mesa end protrusion” where current tends to concentrate is indicated by a dashed circle. did.
  • the n electrode 12 and the mesa structure 15 are in contact with each other in the top view of FIG. 1, but as shown in FIG. 7B, the taper portion of the mesa structure is between the end of the mesa structure 15 and the n electrode in the cross section. Or an exposed n-type layer may be present.
  • the p-electrode is formed at a predetermined distance from the “mesa end protrusion”, and the p-electrode is formed in a region less than the predetermined distance. A limited p-electrode limiting region is formed.
  • FIG. 1A shows an element structure in which a rectangular mesa structure 15 is formed in a top view.
  • each vertex of the rectangle protrudes into the n-electrode formation region, and when a p-electrode is formed in this area, current tends to concentrate on the mesa portion immediately below the p-electrode.
  • FIG. 1B shows a cross-shaped mesa structure 15. Even in this structure, each vertex of the cross protrudes into the n-electrode formation region.
  • FIG. 1C shows a mesa structure 15 with a rounded shape at the cross-shaped end. Even in this structure, the end of the cross projects into the n-electrode formation region.
  • FIG. 1D shows a comb-like mesa structure 15. Even in this structure, each tip of the comb and the vertex of the rectangle protrude into the n-electrode formation region.
  • FIG. 1E is a modification of FIG. 1D and shows a structure in which the electrodes extend in a comb-teeth shape from the back of the comb.
  • FIG. 1F shows a structure in which the n-electrode has a linear portion and the electrode extends from the back of the comb forming the n-electrode.
  • FIG. 1G shows a state in which a comb-shaped n-electrode surrounding the comb-shaped mesa structure is formed.
  • the group III nitride semiconductor light emitting devices according to the third and fourth inventions in the formation pattern of the mesa structure having the illustrated configuration and the similar configuration, from the center of the circle indicating the “projection of the mesa end” There is no p-electrode in the region less than the predetermined distance.
  • the “projection at the mesa end” can also be defined as a mesa portion in which an n-electrode is excessively present around the group III nitride semiconductor light-emitting device as viewed from above. Therefore, in order to determine whether or not a “certain point” at the mesa end corresponds to a “projection at the mesa end”, the area of the n-electrode existing around the “certain point” may be considered. Specifically, a circle with a predetermined radius (hereinafter sometimes referred to as a “definition circle”) is drawn around the “certain point” to be determined, and the larger the area of the n electrode existing inside the circle, It is determined that the “certain point” is highly surrounded by the n electrode.
  • a circle with a predetermined radius hereinafter sometimes referred to as a “definition circle”
  • a circle having a predetermined radius is drawn around the “certain point” to be determined, and the smaller the area of the mesa portion (including the p-electrode) existing inside the circle, the “certain point” is n It can be said that the degree of being surrounded by the electrodes is high.
  • the radius of the definition circle may be as long as the circle does not touch the other mesa edges. However, if the circle is too small, the area of the tapered portion between the mesa end and the n electrode or the exposed n-type layer area is overestimated, so it is necessary that the circle be larger than a certain size. That is, if the definition circle at the mesa end is too small, the area of the taper portion of the mesa portion and the area of the exposed n-type layer are overestimated in the definition circle, and the mesa portion (including the p electrode) and the n electrode The total area is relatively reduced, and appropriate evaluation cannot be performed.
  • the center point an arbitrary point (the point to be determined) on the mesa edge, draw a circle of radius r n gradually increases.
  • the radius of the circle is small, the relative ratio of the taper area and the n-electrode area is large, but as the circle increases, the relative ratio decreases, and the mesa part (including the p-electrode) and the n-electrode The area can be properly evaluated. Therefore, it is preferable that the radius of the circle in which the total area of the mesa portion (including the p electrode) and the n electrode in the circle is 80% of the total area of the circle is the radius of the “definition circle”. Note that the radius of the definition circle may be increased as long as the definition circle does not contact other mesa ends.
  • a method for determining a “mesa end protrusion” using a definition circle will be described.
  • a definition circle is drawn around a certain point on the mesa edge, a mesa portion (p electrode), an n-type layer, and an n electrode region exist in the definition circle, and the taper portion of the mesa structure in a top view May be observed.
  • the above evaluation parameters are calculated from the area of the mesa portion, the area of the electrode, and the total area of the circle.
  • the p-electrode is omitted.
  • the p-electrode is formed on the mesa structure 15 in the same shape as the mesa portion or smaller than this.
  • FIG. 3 schematically shows a top view of mesa edges and n-electrodes of various contours.
  • the n-type layer exposed between the electrodes and the tapered portion have a small area, and thus the illustration is omitted.
  • the p electrode has a similar shape slightly smaller than the mesa portion, and the area of the p electrode is included in the area of the mesa portion, and thus illustration is omitted.
  • the area of the mesa portion in the definition circle is smaller than the area of the n electrode. That is, although the evaluation parameter is smaller than that in the state A, the area of the n electrode is excessive, and current concentration is likely to occur in this portion of the p electrode.
  • the area of the mesa portion in the definition circle is smaller than the area of the n electrode. That is, the area of the n electrode is excessive, and current concentration tends to occur in this portion of the p electrode.
  • the area of the mesa portion in the definition circle is smaller than the area of the n electrode. That is, the area of the n electrode is excessive, and current concentration tends to occur in this portion of the p electrode.
  • the area of the mesa portion in the definition circle is larger than the area of the n electrode. That is, the evaluation parameter is less than 100%. Current concentration is less likely to occur in this portion of the p-electrode than in state E.
  • the area of the mesa structure in the definition circle is larger than the area of the n electrode. That is, the evaluation parameter is less than 100%. Current concentration is unlikely to occur in this portion of the p-electrode.
  • the p electrode when the area of the n electrode is excessive with respect to the area of the mesa portion as in the states A to D, the p electrode is not provided in the vicinity of the mesa end.
  • a p-electrode limiting region is used. That is, the vicinity of the mesa end having a large evaluation parameter is set as a p-electrode limiting region.
  • preferred embodiments of the present invention are as follows. Draw a definition circle with an arbitrary point on the mesa edge as the center point. When the evaluation parameter calculated by the area of each part in the definition circle exceeds 100%, it is determined that the center of the definition circle is located at the “projection at the mesa end”. If it is determined to be located on the protrusion of the mesa edge, and center of the circle, the distance between the p-electrode is provided with a p-electrode on the range of the (12 [mu] m or more in absolute distance) 1/3 or more of the diffusion length L s . In other words, the range of less than 1/3 of the diffusion length L s from the center of the circle (less than 12 ⁇ m in absolute distance), a p-electrode restricted area.
  • the n-type layer and the tapered portion exposed between the electrodes are not shown because they have a small area.
  • the evaluation parameter is approximately 300%. Therefore, the p-electrode is not formed in the range of less than 1/3 of the diffusion length L s (absolute distance is less than 12 ⁇ m) from the X point which is the vertex of the rectangle.
  • the evaluation parameter is almost 100%.
  • the radius from the Y point circle of the length of 1/3 of the diffusion length L s (12 [mu] m in absolute distance), the limit point of the p-electrode formation is obtained.
  • regulated by 4th this invention is obtained by making distance from X point and Y point into 12 micrometers or more and making it a p electrode restriction
  • a p-electrode is formed in all of the p-electrode limiting regions defined above.
  • the object of the present invention is achieved. As long as it does not inhibit, it is acceptable in the present invention.
  • the p electrode may not be formed in an area of 90% or more, more preferably 98% or more, and particularly preferably 99% or more of the p electrode limiting region defined above.
  • the lower limit of the evaluation parameter is set to 100%, but these lower limit values can be appropriately set according to the material of the laminated semiconductor layer (mesa structure portion) and the operating environment of the element.
  • the lower limit value of the allowable evaluation parameter is lowered from the viewpoint of surely suppressing the current concentration on the mesa portion, and the p electrode limiting region is set. Make it wider.
  • the evaluation parameter may be 80% or more, or 60% or more.
  • the evaluation parameter may be 120% or more, or 140% or more.
  • 12 ⁇ m can be used as a guideline for the radius of the definition circle for the current product. Further, as the electrodes become thinner in the future, appropriate evaluation is possible by reducing the radius of the definition circle. In this case as well, the circle is prevented from coming into contact with other mesa ends.
  • the predetermined range from the “projection at the end of the mesa” is defined as the p-electrode limiting region.
  • the p electrode is formed in a mesa portion other than the p electrode limiting region (hereinafter sometimes referred to as “p electrode allowable region”), it is not necessary that the p electrode is formed in all the p electrode allowable regions.
  • the p electrode only needs to be formed so as to be conductive to at least a part of the p electrode allowable region.
  • the outer peripheral shape of the p electrode formed in the vicinity of the protrusion at the mesa end is preferably formed so as to have a circular arc shape, an elliptical arc shape, a parabolic shape, or the like as shown in FIG.
  • FIG. 5 shows an example in which a blank portion having a width of 5 ⁇ m is formed.
  • the p electrode is not provided within a predetermined range from the “projection at the mesa end” where the evaluation parameter is equal to or greater than a specified value.
  • the evaluation parameter indicating the degree of protrusion of the portion continuously changes depending on the shape of the mesa end. Therefore, the distance from the mesa end to the p-electrode can be set according to the degree of protrusion of the mesa portion.
  • the evaluation parameter value at point X is high (the mesa portion protrudes highly), it is prohibited to form a p-electrode around this point (for example, within 12 ⁇ m).
  • the evaluation parameter at the Y point is low and current concentration is unlikely to occur, the distance between the Y point and the p electrode may be less than 1/3 of the diffusion length L s or less than 12 ⁇ m.
  • the mesa end with a high degree of protrusion to the n-electrode formation region should have a sufficient distance from the p electrode, and the mesa end with a low degree of protrusion should have a shorter distance between the p electrode and the mesa end.
  • the evaluation parameter may be determined at an arbitrary point on the mesa end, the “degree of protrusion” may be evaluated based on the result, and the p-electrode limiting region from the mesa end may be set.
  • the p-electrode limiting region can be made wider at the mesa end with a high evaluation parameter, and the p-electrode limiting region can be made narrower than the above definition at the mesa end with a low evaluation parameter. For this reason, it is considered effective to define the p-electrode restriction region using the absolute value or square value of the evaluation parameter.
  • the distance from the apex of the rectangle to the p-electrode is long in the longitudinal direction, and the distance from the midpoint in the short side of the rectangle to the p-electrode is A p-electrode is provided so as to be short.
  • the distance from the p-electrode is long from the apex and short from the midpoint in the longitudinal direction, the distance changes continuously, and the distance changes more gradually as the midpoint is approached.
  • the mesa end may eventually coincide with the p electrode end.
  • the distance from the apex of the arc (elliptical arc) to the p-electrode is long in the short direction.
  • the p-electrode is provided so that the distance from the mesa end to the p-electrode decreases as the arc at the mesa end (elliptical arc) changes in a straight line along the longitudinal direction.
  • the distance to the p electrode is longer from the apex of the arc at the mesa end, shorter from both ends of the arc, the distance changes continuously, and the distance changes more gradually as it approaches both ends.
  • the mesa end may eventually coincide with the p electrode end.
  • the light emission intensity in the light emission intensity distribution of light emitted from the surface opposite to the laminated surface of the substrate 11 (hereinafter sometimes referred to as the light emitting surface).
  • the ratio of the maximum value to the minimum value (hereinafter sometimes referred to as the emission intensity ratio) is preferably 2.1 or less. According to the present invention, since it is possible to prevent local current concentration in the mesa structure, variation in light emission intensity in the light emitting region of the light emitting surface can be suppressed.
  • the ratio between the maximum value and the minimum value of the emission intensity is more preferably 2.05 or less.
  • the light emission intensity distribution can be obtained according to the measurement of the light emission intensity distribution of the light emitting element described later, and the maximum value and the minimum value of the light emission intensity are the maximum value and the minimum value of the light emission intensity in the light emitting region of the light emitting surface.
  • the light emitting region of the light emitting surface is a region emitting light among the surface opposite to the laminated surface of the substrate 11.
  • the transmittance of the light-transmitting substrate can be reduced by grinding or polishing the lower surface of the light-transmitting substrate 11 to improve the transmittance. it can. Thereafter, a light-emitting element is manufactured by appropriately using a known light-emitting element separation method such as scribing, dicing, or laser cutting.
  • the light-emitting element of the present invention includes the conventional technology. For example, it is possible to combine techniques of forming a high resistance layer and forming a trench.
  • the light emission intensity distribution evaluation apparatus includes an electric control circuit that applies a voltage to the light emitting element, an optical system that controls a measurement range by a lens and a camera, a light detection unit, and a data analysis apparatus.
  • the distribution of the emission intensity is measured by measuring and mapping the emission intensity in the emission region of the light emitting surface with 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m as one range. Since the emission intensity is observed strongly where current concentration occurs, the effect of suppressing current concentration by adjusting the distance between the mesa edge and the p electrode can be confirmed by this measurement.
  • a laminated semiconductor layer having the cross-sectional structure shown in FIG. 7B was formed.
  • an Al 0.7 Ga 0.3 N layer doped with 1.0 ⁇ 10 19 [cm ⁇ 3 ] of Si on a C-plane AlN substrate (side 7 mm square, thickness 500 ⁇ m) using MOCVD ( 1 ⁇ m) was formed as an n-type semiconductor layer.
  • An active layer (well layer 2 nm, barrier layer 7 nm) having a quantum well structure was formed on the n-type layer.
  • the composition of the well layer and the barrier layer is Al 0.5 Ga 0.5 N and Al 0.7 Ga 0.3 N, respectively, and the barrier layer has 1.0 ⁇ 10 18 [cm ⁇ 3 ] Si.
  • the active layer has a laminated structure of three well layers and four barrier layers.
  • an AlN layer (15 nm) doped with 5 ⁇ 10 19 [cm ⁇ 3 ] of Mg was formed as an electron blocking layer on the active layer.
  • an Al 0.8 Ga 0.2 N layer (50 nm) doped with 5 ⁇ 10 19 [cm ⁇ 3 ] Mg was formed as a p-cladding layer on the electron blocking layer.
  • a GaN layer (100 nm) doped with 2 ⁇ 10 19 [cm ⁇ 3 ] of Mg was formed as a p-contact layer on the p-cladding layer.
  • the obtained semiconductor wafer was heat-treated in N 2 at 900 ° C. for 20 minutes. Thereafter, a predetermined metal mask pattern is formed on the surface of the p-contact layer by photolithography and vacuum deposition, and then the p-contact layer surface on which no pattern is formed is dry-etched until the n-type layer is exposed. A cross-shaped mesa structure having rounded ends as shown in FIG. At this time, the depth of the n-type layer was 300 nm. Next, after forming a resist pattern on the p-contact layer by photolithography, a Ti (20 nm) / Al (200 nm) / Au (5 nm) layer is formed by vacuum deposition, and then at 1 at 810 ° C. in N 2.
  • n-electrode was formed by heat treatment for a minute.
  • a Ni (20 nm) / Au (50 nm) layer is formed on the p-type layer so that a predetermined range from the end portion is the p electrode limiting region, and 550 in O 2 .
  • a p-electrode was formed by baking at 3 ° C. for 3 minutes. The obtained semiconductor wafer was cut into a 750 ⁇ m square to obtain a nitride semiconductor light emitting device (nitride semiconductor light emitting device having an emission peak wavelength of 265 nm).
  • the distance (a) from the mesa end to the p-electrode at the protrusion is 40 ⁇ m (Example 1), 20 ⁇ m (Example 2), 10 ⁇ m (Comparative Example 1), and 5 ⁇ m (Comparative Example 2).
  • Four types of devices having a p-electrode restriction region were prepared. The distance between the mesa end and the p electrode in the p electrode allowable region was 5 ⁇ m.
  • 50 light emitting elements as described above were manufactured, and the change over time in output characteristics of the obtained light emitting elements was measured.
  • the measurement of an instantaneous deterioration rate shows the result at the time of supplying a current of 150 mA.
  • the instantaneous deterioration rate after 500 hours was 2. 4% in Example 2, 20% in Comparative Example 1, and 24% in Comparative Example 2, when the distance between the mesa edge and the p electrode in the p electrode allowable region is 20 ⁇ m or more. In addition, a rapid improvement in the instantaneous deterioration rate was observed. Note that when the diffusion length L s of the obtained light emitting element was calculated to be 60 ⁇ m, 20 ⁇ m corresponds to 1/3 of the diffusion length L s .
  • Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 A nitride semiconductor light emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the n-type layer depth by dry etching during n electrode formation was changed to 100 nm.
  • the distance (a) from the mesa end to the p-electrode at the protrusion is 20 ⁇ m (Example 3), 12 ⁇ m (Example 4), 8 ⁇ m (Comparative Example 3), 5 ⁇ m (
  • Four types of elements provided with a p-electrode restriction region were prepared so as to be Comparative Example 4).
  • the distance between the mesa end and the p electrode in the p electrode allowable region was 5 ⁇ m.
  • 50 light emitting elements as described above were manufactured, and the change over time in output characteristics of the obtained light emitting elements was measured.
  • the instantaneous deterioration rate after the elapse of 500 hours was 2. 4% in Example 4, 16% in Comparative Example 3, and 24% in Comparative Example 4, when the distance between the mesa edge and the p electrode in the p electrode allowable region is 12 ⁇ m or more. In addition, a rapid improvement in the instantaneous deterioration rate was observed. Note that when the diffusion length L s of the obtained light emitting element was calculated to be 36 ⁇ m, 12 ⁇ m corresponds to 1/3 of the diffusion length L s .
  • the distance between a part of the mesa edge and the outer periphery of the p-electrode is not less than a predetermined value, thereby excessively increasing the operating voltage. Without suppressing, the current flowing between the p electrode and the n electrode is prevented from being concentrated in the region near the mesa end. As a result, a group III nitride semiconductor light-emitting device in which local deterioration in the mesa structure is less likely to occur and light emission unevenness is less likely to occur due to the current flowing easily through the active layer is obtained.

Abstract

【課題】発光素子の製造における工程数を増加することなく、また、動作電圧を過度に増大させることなく、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流がメサ端付近の領域に集中するのを抑制する技術を提供する。 【解決手段】ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有し、ｐ型層を含むメサ構造を有するIII族窒化物半導体発光素子であって、前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上であるIII族窒化物半導体発光素子。

Description

ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子および該素子構成を含むウエハ
　本発明は、紫外線の発光ピーク波長を有するIII族窒化物半導体発光素子に関する。特に、発光素子のメサ構造端部における電流集中に起因する素子の劣化を防止する技術に関する。また、本発明は該発光素子構成を含むウエハに関する。
　図７Ａ、図７ＢにIII族窒化物半導体発光素子２０の典型的模式構造を示す。図７Ａは、素子の上面図であり、図７Ｂは図７ＡのＡ－Ａ線断面図を示す。III族窒化物半導体発光素子２０は、基板１１の一表面側にｎ型層１２、活性層１３およびｐ型層１４を含む積層体（以下、「積層半導体層」と記載することがある）が形成され、その積層半導体層の一部にメサ構造１５を形成したものが知られている。メサ構造１５は、基板１１の一表面側にｎ型層１２、活性層１３およびｐ型層１４を含む積層半導体層を形成した後に、エッチング等により積層構造の一部を除去し、ｎ型層１２の一部を露出させて形成される。活性層１３およびｐ型層１４を含む台地状の部分（メサとも呼ばれる）を残存させることによりメサ構造１５が形成される（特許文献１参照）。露出したｎ型層１２表面にはｎ電極１６が形成され、ｐ型層１４表面にはｐ電極１７が形成される。
　メサ構造１５を有するIII族窒化物半導体発光素子２０において、ｐ型層上のｐ電極１７およびｎ型層上のｎ電極１６に動作電圧を印加すると、電流はｐ電極とｎ電極との間で抵抗の低い経路（通常は最短経路）を流れようとするため、電流はｎ電極およびｐ電極に近接するメサ構造１５の端部（以下、「メサ端」と記載することがある）付近の領域に集中して流れる。この結果、電流が活性層１３に均一に流れずに発光ムラが生じる。また、電流がメサ端に集中するため、メサ端近傍で局所的に発熱する。この結果、発光素子の劣化が進行しやすくなり、発光効率の低下、動作電圧の増加、信頼性の低下などを招く。
　特許文献２には、ｐ型層もしくはｐ電極よりも高抵抗の高抵抗層が、ｐ型層の表面においてｎ電極に近い側でｐ型層側の形状に沿った形状に形成された紫外半導体発光素子が開示されている。特許文献２のように、メサ端に近いｐ型層上に高抵抗層を形成すると、メサ端付近の領域に電流が集中するのを抑制できる。しかし、高抵抗層の存在により、ｐ電極と半導体層との間の抵抗が大きくなって、動作電圧が増大するという問題が生じる。
　特許文献３には、ｐ電極とｎ電極との間にトレンチが形成された半導体発光素子が開示されている。トレンチを形成することにより、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流経路の長さのバラツキを減少させ、特定の部分に電流が集中するのを抑制する。しかし、電流経路の長さのバラツキを十分に小さくするには、トレンチの深さを大きくする必要がある。トレンチの深さを大きくすると、電流経路が全体的に長くなり、抵抗が大きくなって、動作電圧が増大するという問題を生じる。
　さらに、近年のデバイス設計の多様化により、様々な形状、構成の発光素子が提案され、メサ構造、電極形状のデザインも多様化している。上記のような高抵抗層の形成、トレンチの形成などの技術は、発光素子の製造における工程数の増加を招くため、多様化したメサ構造、電極形状に迅速に対応することが困難になっている。
　そして、特に、発光ピーク波長が２００～３５０ｎｍである深紫外の発光素子は、発光素子自体の製造が難しく、歩留まりが低下しやすい。さらに、通電した際に電流がメサ端付近の領域に集中するため、その部分は発熱等により劣化が進行し品質不良を生じやすい。そのため、電流がメサ端付近の領域に集中することによる劣化を抑制できる発光素子の開発が望まれていた。
特開２０１４－９６５３９号公報 特開２０１４－９６４６０号公報 特開２００７－１３４７００号公報
　本発明は、発光素子の製造における工程数を増加することなく、また、動作電圧を過度に増大させることなく、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流がメサ端付近の領域に集中することによる発光素子の劣化を抑制する技術を提供することを目的としている。
　本発明者等は、ｐ電極の構造を調整することにより、上記課題が解決できるのではないかと考え、鋭意検討した。そして、メサ構造の一部、特に、メサ構造の突出した部分において、メサ構造の端部から一定の距離以上離してｐ電極を形成することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち、第１の発明は、ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有し、ｐ型層を含むメサ構造を有するIII族窒化物半導体発光素子であって、前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上である、または、前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上であるIII族窒化物半導体発光素子である。現在の発光素子の製造技術であれば、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上の距離を有していれば、十分に本発明の目的を達成することができる。
　第２の発明は、第１の発明において、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上であるIII族窒化物半導体発光素子である。メサ端の突部におけるｐ電極部に電流が集中し易いため、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離を上記範囲とすることが好ましい。
　第３の発明は、第１の発明において、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上であるIII族窒化物半導体発光素子である。
　第４の発明は、第１～３の発明において、発光ピーク波長が２００～３５０ｎｍのIII族窒化物半導体発光素子である。発光ピーク波長が２００～３５０ｎｍのIII族窒化物半導体発光素子は、その製造自体が難しく、歩留まりの向上が強く望まれており、本発明が適している。
　さらに、第５の発明は、ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有するIII族窒化物半導体発光素子の構成を含むウエハであって、前記III族窒化物半導体発光素子の構成が前記第１～４の発明の構成であるウエハである。
　本発明では、III族窒化物半導体発光素子を上面視から見た場合に、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が所定値以上として、メサ構造の端部近傍にｐ電極制限領域を設ける。ｐ電極制限領域では、この領域以外のメサ部と比べて、ｐ電極の形成割合が低く制限されている。ｐ電極制限領域を設けることで、素子の動作電圧を過度に増大させることなく、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流がメサ端付近の領域に集中するのを抑制する。その結果、メサ構造における局所的な劣化が生じにくく、また、電流が活性層に均一に流れやすくなることで発光ムラの生じにくい、III族窒化物半導体発光素子が得られる。
　その結果、通電した際にメサ端近傍の電流集中による品質不良の発生を低減することができ、発光素子の歩留まりを向上することができる。
　特に、２００～３５０ｎｍに発光ピーク波長を有する紫外発光素子は、３５０ｎｍを超える発光ピーク波長の発光素子、例えば、可視光領域の発光素子よりも、各層の組成の影響により製造が難しく、歩留まりが低下する傾向にある。本発明は、メサ構造における局所的な劣化を原因とする歩留まりの低下を抑制できるため、２００～３５０ｎｍに発光ピーク波長を有する紫外発光素子に適している。
上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。 上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。 上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。 上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。 上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。 上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。 上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。 定義円を用いた「メサ端の突部」の判定方法手法を示す。 様々なメサ端の形状を示す。 ｐ電極制限領域を決定する手法を示す。 ｐ電極制限領域を決定する手法を示す。 実施例における素子のメサ端とｐ電極との位置関係を示す。 メサ端とｐ電極との位置関係の例を示す。 メサ端とｐ電極との位置関係の例を示す。 上面視から見た典型的III族窒化物半導体発光素子の例を示す。 典型的III族窒化物半導体発光素子の断面図を示す。
　以下、本発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光素子は、本発明の技術思想を具体化した一例であって、本発明を限定しない。たとえば、以下に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。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。
　　本発明のIII族窒化物半導体発光素子が放出する光の発光領域は、特に制限されるものではない。本発明によれば、発光領域に関係なく、メサ構造における局所的な電流集中による劣化を原因とする出力低下を抑制し、歩留まりを向上することができる。好ましくは、本発明は、可視光領域、又は紫外領域に発光ピーク波長を有するIII族窒化物半導体発光素子に適用される。より好ましくは、本発明は、発光ピーク波長２００～３５０ｎｍの紫外線を放出するIII族窒化物半導体発光素子に適用される。以下、発光ピーク波長が２００～３５０ｎｍのIII族窒化物半導体発光素子を中心に説明する。
　典型的なIII族窒化物半導体発光素子２０は、図７Ａおよび図７Ｂに示したように、基板１１と、ｎ型層１２、活性層１３およびｐ型層１４を含むメサ構造１５（積層半導体層）と、ｎ電極１６およびｐ電極１７とを含む。以下に、これらについて非限定的な典型例を説明する。
　なお、屈折率、透過率および反射率は、波長２６５ｎｍの光を基準とした。これは、ＤＮＡが波長２６５ｎｍ付近で極大吸収を持つことから波長２６５ｎｍの光は殺菌に最も適しており、産業上の利用価値が高いと考えられるからである。以下、単に、屈折率、透過率、および反射率とした場合には、波長２６５ｎｍの光に対する値である。
＜基板＞
　基板１１は、III族窒化物半導体結晶を表面にエピタキシャル成長でき、紫外線を透過する基板であれば特に限定されるものではない。基板１１に用いられる材料としては、例えば、サファイア、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ（シリコン）などが挙げられる。中でもｃ面を主面とするＡｌＮ単結晶基板が好ましい。
　基板１１の波長２６５ｎｍの光に対する透過率は、高ければ高いほど良く、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは６０％以上である。基板１１の透過率の上限は、好ましくは１００％であるが、工業的な生産を考慮すると上限は８０％である。透光性基板の透過率は、材質、基板の厚み、結晶性、不純物含有量によって調整できる。
　基板１１の厚みは、特に制限されるものではないが、好ましくは３０～１５０μｍであり、より好ましくは５０～１００μｍである。基板１１の厚みを上記範囲とすることにより、透過率が向上し、かつ生産性が向上する。基板１１の厚みは、III族窒化物半導体発光素子の製造後に上記範囲を満たせばよく、基板上に後述する積層半導体層または電極を積層後に該基板の下面を研削または研磨することにより、基板の厚みが上記範囲となるようにしてもよい。
　＜積層半導体層＞
　積層半導体層（図７におけるメサ構造１５を含む素子の主要部）は、図７Ｂに示すように基板１１上に形成され、ｎ型層１２、活性層１３ならびにｐ型層１４（ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層からなる層）がこの順で積層されてなる。各層について以下に非限定的例を説明する。
＜ｎ型層＞
　ｎ型層１２は、ＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成されるIII族窒化物半導体であり、好ましくは不純物を含む。
　不純物としては、特に限定されるものではないが、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎなどが挙げられる。中でもＳｉ、Ｇｅが好ましい。不純物の濃度は１．０×１０１７ｃｍ－３以上５．０×１０２０ｃｍ－３以下、好ましくは１．０×１０１８ｃｍ－３以上５．０×１０１９ｃｍ－３以下である。不純物の濃度を上記範囲とすることで、ｎ型層の結晶性およびコンタクト特性が向上する。このようなｎ型層は、ＭＯＣＶＤ法により製造できる。
　ｎ型層の屈折率は、特に制限されるものではないが、１．５～３．０である。屈折率は、ｎ型層の組成等により調整すればよい。
　ｎ型層の厚みは、１００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であり、好ましくは５００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。ｎ型層の厚みを上記範囲とすることで、ｎ型層の結晶性および導電性が向上する。
　なお、図７には図示していないが、III族窒化物半導体発光素子２０は、基板１１とｎ型層１２との間に、ＡｌＮ、または上記ｎ型層と同じ、または類似した組成のIII族窒化物半導体を含むバッファ層を有していてもよい。
＜活性層＞
　活性層１３は、ＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成される井戸層と、前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きいＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成される障壁層との積層構造からなる。活性層は、多重量子井戸構造であっても単一量子井戸構造であってもよい。
　井戸層の厚みは１ｎｍ以上、好ましくは２ｎｍ以上であり、上限は１００ｎｍである。障壁層の厚みは１ｎｍ以上、好ましくは２ｎｍ以上であり、上限は１μｍである。このような活性層は、ＭＯＣＶＤ法により製造できる。
　＜ｐ型層＞
　　ｐ型層１４は、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層で構成される。ｐ型クラッド層は、ＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成されるIII族窒化物半導体であり、好ましくは不純物を含む。
　ｐ型クラッド層の不純物は、好ましくはＭｇである。ｐ型クラッド層における不純物の濃度は１．０×１０１７ｃｍ－３以上５．０×１０２０ｃｍ－３以下、好ましくは１．０×１０１８ｃｍ－３以上５．０×１０２０ｃｍ－３以下である。ｐ型クラッド層の厚みは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
　ｐ型コンタクト層は、ＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ＜１．０、０≦ｙ≦０．１、０＜ｚ≦１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成されるIII族窒化物半導体である。好ましくは、ｐ型コンタクト層はＧａＮで構成される。ｐ型コンタクト層をＧａＮで構成すると、すなわち、ｐ－ＧａＮ層とすると、ｐ型コンタクト層のコンタクト特性を向上させることができる。また、ｐ型コンタクト層は、好ましくは不純物を含む。
　ｐ型コンタクト層の不純物は、ｐ型クラッド層と同様に、好ましくはＭｇである。ｐ型コンタクト層における不純物の濃度は１．０×１０１７ｃｍ－３以上５．０×１０２０ｃｍ－３以下、好ましくは１．０×１０１８ｃｍ－３以上２．０×１０２０ｃｍ－３以下である。ｐ型コンタクト層の厚みは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ｐ型コンタクト層の厚みを上記範囲とすることで、ｐ型層の紫外線透過性およびコンタクト特性が向上する。
　ｐ型層１４の透過率、すなわち波長２６５ｎｍの光に対する透過率は、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは６０％以上である。透過率の上限は、特に制限されるものではないが、生産の安定性を考慮すると８５％である。ｐ型層の波長２６５ｎｍの光に対する透過率を上記範囲とすることで、光取出し効率が向上する。
　ｐ型層１４の透過率は、ｐ型コンタクト層の組成や層厚みに大きく依存する。ｐ型コンタクト層をＧａＮ（ｐ－ＧａＮ層）で構成する場合、ＧａＮは波長３６５ｎｍに吸収端を持つため、層厚みが大きすぎると波長２６５ｎｍの光はほとんど透過しない。ｐ型コンタクト層の厚みと透過率との関係は、Ｔを透過率、αを吸収係数（ｃｍ－１）、ｔを層厚み（ｃｍ）としたとき、Ｔ＝ｅｘｐ（－αｔ）で表すことができる。ＧａＮの波長２６５ｎｍにおける吸収係数αは１．８×１０５（ｃｍ－１）である。すなわち、ｐ－ＧａＮ層の厚みが小さいほど高い透過率が得られる。しかし、ｐ－ＧａＮ層の厚みが小さすぎると十分に電流が拡がらず、発光素子の電気特性が劣ることがある。
　したがって、ｐ型コンタクト層をＧａＮ（ｐ－ＧａＮ層）で構成する場合、ｐ－ＧａＮ層の厚みは、好ましくは１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。ｐ－ＧａＮ層の厚みを上記範囲とすることで、ｐ型コンタクト層において電流が十分に拡がって発光素子の電気特性が向上し、また、ｐ型層の紫外線透過性が向上する。このようなｐ型層は、ＭＯＣＶＤ法により製造できる。
＜ｎ電極＞
　ｎ電極１６は、ｎ型層１２の露出面に形成される。ｎ型層の露出面はエッチング等の手段により形成される。ｎ型層の露出面形成により、積層半導体層は台地状に残り、メサ構造１５が形成される。ｎ型層上のｎ電極はメサ構造の低地部に、メサ構造の下端に沿って形成されるが、メサ構造の底部からやや距離をあけ、メサ構造１５とｎ電極１６との間にｎ型層１２が露出した構造であってもよい。
　III族窒化物半導体発光素子２０の上面視において、ｎ電極１６は、メサ端に沿ってｐ電極１７の全部を取り囲むように形成されてもよく、ｎ電極がｐ電極の一部を取り囲むように形成されてもよい。または、ｐ電極がｎ電極を取り囲むように形成されてもよい。
　エッチングの手法としては、例えば反応性イオンエッチング、誘導結合プラズマエッチング等のドライエッチングが挙げられる。ｎ型層１２の露出面形成後、エッチングのダメージを除去するため、好ましくは、露出面を酸またはアルカリの溶液で表面処理する。その後、ｎ型層の露出面にオーミック性を有するｎ電極１６を形成する。
　ｎ電極のパターンニングは、リフトオフ法を用いて実施することができる。リフトオフ法では、電極を形成する面にフォトレジストを塗布して、フォトマスクを備えたＵＶ露光機で紫外線を照射し、現像液に浸漬させて感光したフォトレジストを溶解させて所望のパターンを形成した後、パターニングされたフォトレジスト上に電極金属を堆積させ、剥離液でフォトレジストを溶解して電極金属のパターンを形成する。また、その他のパターンニング手法として、電極形成面に電極金属膜を形成し、フォトレジストを塗布後、露光、現像工程を経てフォトレジストをパターニングし、フォトレジストをマスクとしてドライエッチング、またはウェットエッチングで電極金属をパターニングし、剥離液でフォトレジストを溶解する方法もある。リフトオフ法は、比較的工程が簡略であるため好ましい。
　ｎ電極金属を堆積する手法としては、例えば、真空蒸着、スパッタリング、化学気相成長法等が挙げられる。特に、電極金属中の不純物を排除できるため真空蒸着が好ましい。ｎ電極に用いられる材料は、公知の材料から選択することができる。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｎｉ、ＰｔおよびＡｕなどが挙げられる。中でも、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｒ、ＮｉおよびＡｕが好ましい。特に、Ｔｉ、ＡｌおよびＡｕの組み合わせは、オーミック性および反射率を向上できるため好ましい。ｎ電極は、これらの金属の合金または酸化物を含む単層、または多層構造であってもよい。
　ｎ電極の層厚みは、特に制限されるものではないが、生産の安定性を考えると好ましくは２ｎｍ以上であり、上限は２μｍである。
　図１に種々示すように、ｎ電極のパターンは特に限定はされず、メサ端に沿ってメサ構造１５の全部を取り囲むように形成されてもよく（図１Ａ～図１Ｆ）、ｎ電極がメサ構造１５の一部を取り囲むように形成されてもよい（図１Ｇ）。この場合、ｎ電極がｐ電極を取り囲むように形成されてもよく（図１Ａ～ＥおよびＧ）、その逆にｐ電極がｎ電極を取り囲むように形成されてもよい（図１Ｆ）。
　図１Ｆに示すように、ｎ電極が線状部分を有する場合、ｎ電極の幅は特に限定はされないが、通常は5～100μｍ程度であり、好ましくは10～50μｍである。この場合、ｎ電極の幅は、一様でなくてもよい。たとえば、幅の狭い部分と幅の広い部分とが混在してもよい。この場合、ｎ電極の平均幅が上記の範囲にあればよい。
　ｎ型層とのコンタクト性を向上させるため、好ましくは、ｎ電極金属を堆積後、３００℃～１１００℃の温度で３０秒～３分間熱処理を施す。熱処理の温度、時間については、ｎ電極の金属種、層厚みに応じて適宜最適な条件を選択できる。
＜ｐ電極＞
　ｐ電極１７は、メサ構造１５のｐ型層１４上に形成される。ｐ電極１７の形成パターン、すなわちｐ電極１７の形状、大きさはメサ構造１５とほぼ相似である。本発明では、ｐ電極１７の形成位置を、メサ構造１５の形状と関連する所定の指針に基づいて設定する。これにより、メサ端近傍に集中しやすい電流を拡散し、メサ端への電流集中を抑制する。ｐ電極の形成パターンの設定指針については後述し、まず一般的なｐ電極の性質およびその形成方法について、非限定的な典型例を説明する。
　ｐ電極１７は、紫外線透過性を有してもよい。ｐ電極の２６５ｎｍの光に対する透過率は、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上である。透過率の上限は、特に制限されるものではなく、好ましくは１００％であるが、工業的には９０％以上である。なお、波長２６５ｎｍの光に対する波長の透過率が６０％以上であれば、波長２００～３５０ｎｍの範囲で、十分な透過性を有する。
　ｐ電極のパターニングは、ｎ電極のパターニング同様、リフトオフ法を用いて実施することが好ましい。ｐ電極に用いられる金属材料は、公知の材料から選択することができる。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＰｄおよびＰｔなどが挙げられる。中でも、Ｎｉ、Ａｕの組み合せが好ましい。ｐ電極は、これらの金属の合金または酸化物を含む単層、または多層構造であってもよい。
　ｐ電極の形状は特に限定はされないが、前述したようにメサ構造１５よりもやや小さな相似形に形成される。したがって、ｐ電極の形状は、図１Ａに示したメサ構造１５とほぼ相似形となる矩形状、図１Ｂ、Ｃに示したように十字状、図１Ｄ～図１Ｇに示したように櫛状であってもよい。ｐ電極の幅は特に限定はされないが、図１Ｂ～図１Ｇに示したメサ構造１５に類似した形状では、通常は５～１００μｍ程度であり、好ましくは１０～５０μｍである。ｐ電極の幅は、一様でなくてもよい。たとえば、幅の狭い部分と幅の広い部分とが混在してもよい。この場合、ｐ電極の平均幅が上記の範囲にあればよい。
　ｐ電極金属を堆積する方法としては、ｎ電極の形成方法と同様に、例えば真空蒸着、スパッタリング、化学気相成長法等が挙げられる。特に、電極金属中の不純物を排除できるため真空蒸着が好ましい。ｐ型コンタクト層とのコンタクト性向上のため、好ましくは、ｐ電極金属を堆積後、２００℃～８００℃の温度で３０秒～３分間熱処理を施す。熱処理の温度、時間については、ｐ電極の金属種、層厚みに応じて適宜最適な条件を選択できる。
＜ｐ電極の形成パターン＞
　図７に示したように、ｐ電極１７は、台地状のメサ構造１５の上部に位置するｐ型層１４上に、メサ構造１５とほぼ相似形に形成される。ｎ電極１６はメサ構造１５から見て下方の低地部に形成されている。ｎ電極１６とｐ電極１７との導通は、抵抗の低い経路が優先されるため、電流はｎ電極とｐ電極との最短距離にあるメサ構造１５の端部付近の領域に集中しやすい。
　そこで、本発明では、メサ端における電流集中を回避するため、メサ端とｐ電極との間に一定以上の距離を設けることとした。すなわち、第１の本発明では、III族窒化物半導体発光素子を上面視から見た場合に、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上とする。つまり、メサ端の一部とｐ電極との間には、電極の形成が制限されたｐ電極制限領域が存在する。換言すれば、本発明は、メサ構造の端部近傍の一部に、幅が拡散長Ｌｓの１／３以上のｐ電極制限領域を有することを特徴としている。
　ここで、「メサ端」とは、メサ構造１５の輪郭であり、メサ構造における上面視における端部であり、ｐ型層１４の外周（すなわち輪郭）として示される。メサ構造は、積層半導体層をほぼ垂直にエッチングして形成されるが、完全に垂直である必要はなく、メサ構造上部から下部にかけて、テーパ状に形成されていてもよい。メサ構造上部の面積がメサ構造下部の面積よりも小さい場合には、テーパ部は上面視により観察される。メサ構造上部の面積がメサ構造下部の面積よりも大きな場合には、テーパ部はオーバーハング状に形成されるため、上面視では観察が難しくなる。
　以下の説明では、メサ端とは、上面視におけるメサ構造の端部であり、メサ構造の最上層に位置するｐ型層１７の外周（すなわち輪郭）と定義し、テーパ部は含めない。
　また、メサ端とｐ電極の外周との距離とは、上面視において、任意に選択したメサ端からｐ電極の輪郭に到達する最短経路の長さである。
　メサ端の「一部」とした意味は、メサ端のすべてがｐ電極から拡散長Ｌｓの１／３以上離れていることを必須とするものではなく、一部において、メサ端とｐ電極の輪郭とが拡散長Ｌｓの１／３以下の距離で近接していてもよいことを意味する。すなわち、電流集中が起りやすい部分において、メサ端とｐ電極とが所定距離以上離れていれば、素子不良の要因となる電流集中は解消される。一方、電流集中が起り難い部分では、メサ端とｐ電極の輪郭とが近接し、上面視において、ｐ電極とｎ電極とが拡散長Ｌｓの１／３未満の距離で近接していてもよい。
　電流集中が起りやすいメサ端とは、周囲がｎ電極により囲まれた状態にある。このような状態にあるメサ端は、メサ構造の輪郭形状により様々であるが、メサ構造の全周に対して、通常は５～３０％の割合で存在する。したがって、本発明では、メサ端の中でも、周囲がｎ電極に囲まれたメサ端において、メサ端とｐ電極との間に所定値以上の距離をとり、ｐ電極制限領域を設ける。
　このように、メサ端とｐ電極との間に距離があると、この部分には電流が流れにくくなり、メサ構造１５の端部付近の領域における電流集中を抑制できる。すべてのメサ端において、ｐ電極の外周との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上とすると、III族窒化物半導体発光素子の動作電圧が上がり、発光効率は低下することがある。したがって、本発明では、特に電流が集中しやすい部分で、メサ端とｐ電極との距離を所定値以上とすればよい。
　本発明者等の検討によれば、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上であれば、動作電圧を過度に増大させることなく、電流集中を効果的に抑制し、発光素子の歩留まりを向上できることを見出した。
　発光素子に通電すると、電子がｎ型層からｐ型層へと移動する。拡散長Ｌｓとは、電子がｐ型層へ移動するのを考慮し、メサ端に近い側のｎ電極の端からメサ端へ向かって、大部分の電子がｎ型層内で拡散できる距離を指す。従来技術においては、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を、拡散長Ｌｓに基づいて調整することは行われていない。本発明者等は、該距離を拡散長Ｌｓの１／３以上とすることにより、優れた効果が発揮されることを見出し、本発明を完成した。
　なお、拡散長Ｌｓは、以下の式で定義される。
　Ｌｓ＝｛（ρｃ＋ρｐｔｐ）ｔｎ／ρｎ｝１／２
　ここで、ρｃ：ｐ電極／ｐ型層間およびｎ電極／ｎ型層間の接触抵抗、ρｐ：ｐ型層の比抵抗、ρｎ：ｎ型層の比抵抗、ｔｐ：ｐ型層の厚み、ｔｎ：ｎ型層の厚みである。
（接触抵抗の測定方法）
　本発明において、接触抵抗はＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｌｅｎｇｔｈ　Ｍｅｔｈｏｄ）法により測定する。まず、発光素子の製造と同様の方法により、ｐ－ＧａＮ表面上にドーナツ状の電極不形成領域を有するｐ電極パターンを形成する（電極間距離：５、１０、２０、４０、６０、８０、１００μｍ）。得られた電極パターンを用いて、各電極間距離における抵抗値を測定し、電極間距離と抵抗値との関係からｐ電極/ｐ型層間およびｎ電極／ｎ型層間の接触抵抗を算出する。
（比抵抗の測定方法）
　まず、本発明においては、発光素子の製造と同様の方法を用いて、７ｍｍ角のｐ－ＧａＮ、ｐ－ＡｌＧａＮおよびｎ－ＡｌＧａＮの表面四隅に直径１．５ｍｍの円形のｐ電極およびｎ電極をそれぞれ４つ形成する。得られたサンプルについてホール効果測定を行うことで、ｐ型層（ｐ－ＧａＮ、ｐ－ＡｌＧａＮ）およびｎ型層（ｎ－ＡｌＧａＮ）の比抵抗を算出する。
　第１の発明において、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を、拡散長Ｌｓの１／３以上とすることにより、紫外発光素子の歩留まりを向上できる。中でも、動作電圧の増大を抑制し、より効率よく歩留まりを向上するためには、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を、好ましくは拡散長Ｌｓの１／３以上、拡散長Ｌｓの１．２倍以下、より好ましくは拡散長Ｌｓの１／３以上、拡散長Ｌｓの１．０倍以下とする。
　拡散長Ｌｓは、電極の幅に依存しないため、素子が小型化し、電極が細線化した場合であっても、電流集中を抑制するためのデバイス設計の指針となる。
　また、第１の発明では、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上と規定したが、本発明の現時点での技術においては、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を１２μｍ以上とすれば十分である（第２の本発明）。そして、動作電圧の増大を抑制し、歩留まりをより効率よく向上するためには、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を、好ましくは１２～８０μｍ、より好ましくは１５～８０μｍ、さらに好ましくは２０～８０μｍ、一層好ましくは２０～４０μｍとすればよい。この距離は現行（２０１５年）の素子設計における十分値である。しかしながら、素子がさらに小型化し、電極が細線化した場合には、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を１２μｍ以上にできないことがある。このような場合には、第１の本発明のように、拡散長Ｌｓを目安として、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を設定すればよい。
　第２の本発明によれば、メサ端の一部とｐ電極との間には、電極の形成が制限されたｐ電極制限領域が存在する。換言すれば、本発明は、メサ構造の端部近傍の一部に幅１２μｍ以上のｐ電極制限領域を存在させることを特徴としている。
　第１および第２の発明では、発光素子を上面視から見た場合に、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離が所定値以上であることを規定した。メサ端の「一部」とした意味は、主に、電流集中が起りやすい部分において、メサ端とｐ電極の外周との距離を所定値以上とすれば十分なためである。
　電流が集中しやすい部分とは、上面視において、ｐ電極がｎ電極の形成領域に突出している部分を指す。この部分では、ｐ電極がｎ電極に囲繞されているため、ｎ電極からの電子を集中しやすい。その結果、その部分はより強く発光するが、負荷も大きく劣化が生じやすい。ｐ電極１７はメサ構造１５上に、メサ構造とほぼ相似形状に形成される。したがって、メサ構造１５がｎ電極の形成領域に突出している部分において、メサ端とｐ電極との距離を所定値以上とすれば、劣化しやすいメサ構造端部における電流集中を抑制できる可能性がある。
　したがって、第３の本発明においては、メサ端の突部とｐ電極の外周との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上、好ましくは拡散長Ｌｓの１／３以上、拡散長Ｌｓの１．２倍以下、より好ましくは拡散長Ｌｓの１／３以上、拡散長Ｌｓの１．０倍以下とする。また、第４の発明では、メサ端の突部とｐ電極の外周との距離を１２μｍ以上、好ましくは１２～８０μｍ、より好ましくは１５～８０μ、さらに好ましくは２０～８０μｍ、一層好ましくは２０～４０μｍとする。すなわち、第３、第４の発明では、メサ端の突部近傍にｐ電極制限領域を設けることを特徴とする。
　ここで、「メサ端の突部」とは、上面視において、メサ構造１５の輪郭がｎ電極の形成領域に突出している部分を指す。この部分にｐ電極が形成されていると、周囲を囲繞するｎ電極からの電子が当該部分のｐ電極に集中するため、ｐ電極直下の半導体層が劣化しやすい。したがって、メサ端の突部からｐ電極への距離を所定値以上とすることで、電流集中を抑制し、素子の劣化を低減できる。
　メサ構造１５の輪郭は、素子設計における電極パターンに応じて様々である。したがって、「メサ端の突部」を一義的に定義することは困難である。そこで、図１に素子の上面視におけるメサ構造１５の輪郭と、ｎ電極の形成パターンについての非制限的な例を示し、電流が集中しやすい「メサ端の突部」を破線の円により表示した。なお、図１の上面視ではｎ電極１２とメサ構造１５とが接しているが、図７Ｂに示すように断面ではメサ構造１５の端部とｎ電極との間には、メサ構造のテーパ部や、露出したｎ型層が存在していてもよい。第３および第４の発明に係るIII族窒化物半導体発光素子においては、「メサ端の突部」から所定距離を離れてｐ電極が形成され、所定距離未満の領域にはｐ電極の形成が制限された、ｐ電極制限領域が形成される。
　図１Ａは、上面視において長方形のメサ構造１５が形成された素子構造を示す。この構造では、長方形の各頂点がｎ電極の形成領域に突出しており、この部分にｐ電極を形成すると、ｐ電極直下のメサ部に電流が集中しやすい。
　図１Ｂは、十字状のメサ構造１５を示す。この構造でも十字の各頂点がｎ電極の形成領域に突出している。
　図１Ｃは、十字状の端部に丸みを帯びた形状のメサ構造１５を示す。この構造でも十字の端部はｎ電極の形成領域に突出している。
　図１Ｄは、櫛状のメサ構造１５を示す。この構造でも櫛の各先端や、矩形の頂点はｎ電極の形成領域に突出している。
　図１Ｅは、図１Ｄの変形例であり、櫛の背からも櫛歯状に電極が延在する構造を示す。
　図１Ｆは、ｎ電極が線状部分を有し、さらに、ｎ電極を形成する櫛の背からも電極が延在する構造を示す。
　図１Ｇは、櫛状のメサ構造を囲繞する櫛状のｎ電極が形成された状態を示す。
　これら図示した構成では、ｐ電極である櫛の各先端や、矩形の頂点はｎ電極の形成領域に突出ししている。第３および第４の発明に係るIII族窒化物半導体発光素子においては、これら図示した構成、および類似の構成を有するメサ構造の形成パターンにおいて、「メサ端の突部」を示す円の中心から所定距離未満の領域にはｐ電極が存在しない。
　また、「メサ端の突部」とは、III族窒化物半導体発光素子を上面視から見て、周囲にｎ電極が過剰に存在しているメサ部分と定義することもできる。したがって、メサ端の「ある点」が「メサ端の突部」に該当するか否かを判定するために、当該「ある点」の周囲に存在するｎ電極の面積を考慮してもよい。具体的には、判定対象の「ある点」を中心として、所定半径の円（以下では「定義円」と呼ぶことがある）を描き、円の内部に存在するｎ電極の面積が大きいほど、当該「ある点」はｎ電極に囲繞されている度合が高いと判定される。また、逆に、判定対象の「ある点」を中心として、所定半径の円を描き、円の内部に存在するメサ部（ｐ電極を含む）の面積が小さいほど、当該「ある点」はｎ電極に囲繞されている度合が高いともいえる。
　これらの知見から、メサ端の「ある点」が「メサ端の突部」に該当するか否かを判定するために、図２に示すように、メサ端上の「ある点」を中心とする、所定の円内におけるメサ部（ｐ電極、ｐ型層を含む）、ｎ電極の面積を用いた、以下の評価パラメータが提案される。
　評価パラメータ＝（ｎ電極面積／メサ構造面積）×１００（％）
　上記の評価パラメータが大きいほど、当該「ある点」はｎ電極により囲繞されている割合が高く、「メサ端の突部」に位置すると判定される。
　定義円の半径は、円と他のメサ端とが接しない程度であればよい。しかし、円が小さすぎると、メサ端とｎ電極との間のテーパ部や露出しているｎ型層の面積が過大に評価されるため、ある程度以上の大きさの円である必要がある。すなわち、メサ端における定義円が小さすぎると、定義円内において、メサ部のテーパ部の面積、露出したｎ型層の面積が過大に評価され、メサ部（ｐ電極を含む）およびｎ電極の合計面積が相対的に低下し、適切な評価ができなくなる。
　したがって、メサ端上の任意の点（判定対象の点）を中心点として、徐々に大きくなる半径ｒｎの円を描く。円の半径が小さな場合には、テーパ部の面積やｎ電極の面積の相対比は大きいが、円が大きくなるに従いこれらの相対比は小さくなり、メサ部（ｐ電極を含む）およびｎ電極の面積を適正に評価できるようになる。したがって、円内におけるメサ部（ｐ電極を含む）およびｎ電極の合計面積が円の全面積に対し、８０％となる円の半径を「定義円」の半径とすることが好ましい。なお、定義円が他のメサ端と接しないかぎり、定義円の半径を大きくしてもよい。
　図２に参照して、定義円を用いた「メサ端の突部」の判定法を説明する。メサ端上のある点を中心にして定義円を描いた場合、定義円内には、メサ部（ｐ電極）、ｎ型層、ｎ電極の領域が存在し、上面視においてメサ構造のテーパ部が観察されることもある。この円において、メサ部の面積、電極の面積、円の全面積から、上記の評価パラメータを算出する。図２において、ｐ電極を省略した。ｐ電極はメサ構造１５上に、メサ部と同形状であるか、これよりも小さく形成される。
　図３には、様々な輪郭のメサ端、ｎ電極の上面視を模式的に示した。なお、図３では、電極間に露出したｎ型層およびテーパ部の面積は小さいため、図示を省略した。またｐ電極もメサ部よりもやや小さな相似形状であり、ｐ電極の面積はメサ部の面積に算入されるため、図示を省略した。
　状態Ａで示すように、鋭角なメサ端がｎ電極の形成領域に突出している場合、定義円内のメサ部の面積は小さく、ｎ電極の面積は大きい。すなわち、評価パラメータは大きくなり、この部分のｐ電極には電流集中が起りやすい。
　状態Ｂで示すように、メサ端が直角の場合も、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積よりも小さい。すなわち、評価パラメータは状態Ａよりは小さいが、なおｎ電極の面積が過大であり、この部分のｐ電極には電流集中が起りやすい。
　状態Ｃで示すように、メサ構造が細い場合も、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積よりも小さい。すなわち、ｎ電極の面積が過大であり、この部分のｐ電極には電流集中が起りやすい。
　状態Ｄで示すように、メサ構造がｎ電極側に凸状の円弧を描く場合も、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積よりも小さい。すなわち、ｎ電極の面積が過大であり、この部分のｐ電極には電流集中が起りやすい。
　状態Ｅで示すように、メサ構造の輪郭が直線の場合、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積とほぼ等しい。すなわち、評価パラメータはほぼ１００％である。この部分のｐ電極には電流集中は起こり難い。
　状態Ｆで示すように、ｎ電極をメサ構造が囲繞する場合、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積よりも大きくなる。すなわち評価パラメータは１００％未満である。この部分のｐ電極には状態Ｅよりもさらに電流集中は起こり難い。
　状態Ｇで示すように、ｎ電極形成領域がメサ構造側に凸状の円弧を描く場合も、定義円内のメサ構造の面積は、ｎ電極の面積よりも大きくなる。すなわち、評価パラメータは１００％未満である。この部分のｐ電極には電流集中は起こり難い。
　以上から明らかなように、本発明では状態Ａ～Ｄのような、メサ部の面積に対し、ｎ電極の面積が過大な場合には、当該メサ端の近傍にはｐ電極を設けずに、ｐ電極制限領域とする。すなわち評価パラメータが大きなメサ端の近傍をｐ電極制限領域とする。
　したがって、本発明の好ましい態様は以下のとおりである。
　メサ端上の任意の点を中心点として、定義円を描く。定義円内の各部の面積により計算される評価パラメータが１００％を超える場合には、当該定義円の中心は「メサ端の突部」に位置すると判定される。メサ端の突部に位置すると判定された場合、当該円の中心と、ｐ電極との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上（絶対距離としては１２μｍ以上）となる範囲にｐ電極を設ける。換言すると、円の中心から拡散長Ｌｓの１／３未満（絶対距離としては１２μｍ未満）の範囲は、ｐ電極制限領域とする。
　上記について、図４を参照して、さらに具体的に説明する。なお、図４でも、電極間に露出したｎ型層およびテーパ部は面積も小さいため、図示を省略した。図４ＡのＸ点（矩形の頂点）における定義円では、評価パラメータはほぼ３００％となる。したがって、矩形の頂点であるＸ点から拡散長Ｌｓの１／３未満（絶対距離としては１２μｍ未満）の範囲にはｐ電極を形成しない。また図４ＡのＹ点（頂点Ｘから定義円の半径の距離にあるメサ端部）における定義円では、評価パラメータはほぼ１００％となる。したがって、Ｙ点から半径が拡散長Ｌｓの１／３の長さ（絶対距離としては１２μｍ）の円上が、ｐ電極形成の限界点となる。ここで、定義円の半径が拡散長Ｌｓの１／３以上の長さであったとすると、図４Ｂにおいて、メサ部の輪郭と破線で囲繞される領域をｐ電極制限領域とする。この結果、第３の本発明で規定する電極構造が得られる。また、Ｘ点、Ｙ点からの距離を１２μｍ以上としてｐ電極制限領域とすることで、第４の本発明で規定する電極構造が得られる。
　なお、上記で規定されるｐ電極制限領域のすべてにおいて、ｐ電極が形成されていないことが好ましいが、ｐ電極制限領域の一部において、ｐ電極が形成されていても、本発明の目的を阻害しない限り、本発明では許容される。特にメサ端からの距離が離れている部分にはｐ電極を形成しても良い場合がある。具体的には、上記で規定されるｐ電極制限領域のうち、９０％以上、さらに好ましくは９８％以上、特に好ましくは９９％以上の面積において、ｐ電極が形成されていなければよい。
　上記では、評価パラメータの下限を１００％としたが、これらの下限値は積層半導体層（メサ構造部）の材質や、素子の動作環境に応じて適宜に設定することができる。
　たとえば、素子の材質が劣化を受けやすく、動作環境が厳しい場合には、メサ部への電流集中を確実に抑制する観点から、許容される評価パラメータの下限値を低くし、ｐ電極制限領域を広めにする。ただし、この場合には、ｐ電極とｎ電極との平均距離が長くなるため、素子の動作電圧が上昇することがある。たとえば評価パラメータは８０％以上であってもよく、６０％以上であってもよい。
　一方、素子の材質が劣化し難い場合、動作環境が温和な場合には、メサ部への電流集中はある程度許容されるため、評価パラメータの下限値を高くして、ｐ電極制限領域を狭くしてもよい。たとえば評価パラメータは１２０％以上であってもよく、１４０％以上であってもよい。
　なお、適切な定義円の設定が難しい場合には、現行品については１２μｍを定義円の半径の目安とすれば良い。また今後の電極の細線化が進むにつれて、定義円の半径を小さくすれば、適切な評価は可能である。なお、この場合にも、円が他のメサ端と接することの無いようにする。
　上記の態様では、「メサ端の突部」から所定範囲内をｐ電極制限領域とした。ｐ電極制限領域以外のメサ部（以下、「ｐ電極許容領域」とよぶことがある）にｐ電極が形成されるが、すべてのｐ電極許容領域にｐ電極が形成されている必要はない。ｐ電極は、ｐ電極許容領域の少なくとも一部に導通しうるように形成されていればよい。メサ端の突部近傍に形成されるｐ電極の外周形状は、図５に示すように円弧状、楕円弧状、放物線状などの形状となるように形成することが好ましい。
　また、ｐ電極形成の技術上の問題から、メサ端とｐ電極端部とが一致するようにｐ電極を形成することは困難であるため、ｐ電極端部とメサ端との間に、拡散長Ｌｓの１／３未満あるいは１２μｍ未満の幅での余白部を設けても良い。なお、図５には幅５μｍの余白部を形成した例を示した。
　さらに、第３および第４の発明では、評価パラメータが規定値以上となる「メサ端の突部」から所定の範囲内にはｐ電極を設けないことを要件としたが、上記したようにメサ部の突出の度合を示す評価パラメータは、メサ端の形状によって連続的に変化する。したがって、メサ部の突出の度合によって、メサ端からｐ電極への距離を設定することもできる。図４Ａにおいて、Ｘ点は評価パラメータ値が高い（メサ部が高度に突出している）ため、この周辺（たとえば１２μｍ以内）にｐ電極を形成することは禁止される。しかし、Ｙ点の評価パラメータは低く、電流集中も起こり難いため、Ｙ点とｐ電極との距離を拡散長Ｌｓの１／３未満あるいは１２μｍ未満としてもよい。
　すなわち、ｎ電極形成領域への突出の度合が高いメサ端では、ｐ電極との距離をより十分にとり、突出度合の低いメサ端では、ｐ電極とメサ端との距離をより短めに設定することもできる。たとえば、メサ端上の任意の点で、評価パラメータを決定し、その結果に基づいて「突出の度合」を評価し、当該メサ端からのｐ電極制限領域を設定してもよい。
　つまり、評価パラメータの高いメサ端では、よりｐ電極制限領域を広くし、評価パラメータの低いメサ端では、ｐ電極制限領域を上記の定義よりも狭くすることができる。このため、評価パラメータの絶対値や二乗した値を用いてｐ電極制限領域を定義することも有効と考えられる。
　図６Ａのようにメサ端が矩形状の端部の場合には、長手方向について、矩形の頂点からｐ電極までの距離は長く、矩形の短手方向の中点からはｐ電極までの距離が短くなるようにｐ電極を設ける。ｐ電極との距離は、長手方向について、頂点からは長く、中点からは短く、距離は連続的に変化し、中点に近づくほど、距離の変化は緩やかになる。長手方向では、最終的にはメサ端とｐ電極端部が一致してもよい。
　図６Ｂのようにメサ端が円弧、楕円弧状の場合、短手方向について、円弧（楕円弧）の頂点からｐ電極までの距離は長い。長手方向に沿って、メサ端の円弧（楕円弧）が直線状に代わるにつれて、メサ端からｐ電極までの距離が短くなるようにｐ電極を設ける。ｐ電極との距離は、メサ端の円弧の頂点からは長く、円弧の両端からは短く、距離は連続的に変化し、両端に近づくほど、距離の変化は緩やかになる。長手方向において、最終的にはメサ端とｐ電極端部が一致してもよい。
　また、本発明のIII族窒化物半導体発光素子では、基板１１の積層面とは反対側の面（以下、発光面と記載することがある。）から発光する光の発光強度分布において、発光強度の最大値と最小値との比（以下、発光強度比と記載することがある。）は、好ましくは２．１以下である。本発明によれば、メサ構造における局所的な電流集中を防ぐことが可能になるため、発光面の発光領域において発光強度のばらつきを抑制することができる。発光強度の最大値と最小値との比は、より好ましくは２．０５以下である。なお、発光強度分布は、後述する発光素子の発光強度分布の測定に従って求めることが出来、発光強度の最大値と最小値は、発光面の発光領域における発光強度の最大値と最小値である。発光面の発光領域とは、基板１１の積層面とは反対側の面のうち、光を発光している領域をいう。
＜発光素子の製造＞
　上記III族窒化物半導体発光素子の構成を含むウエハを製造した後、透光性基板１１の下面を研削または研磨することにより、透光性基板の厚みを薄くして透過率を向上させることもできる。その後、スクライビング、ダイシング、レーザ溶断など、公知の発光素子分離方法を適宜用いて、発光素子を製造する。
　なお、本発明の上記説明においては、ｐ電極部の形状のみを調整した場合の例を示したが、当然のことながら、性能をより向上させるためには、本発明の発光素子に、従来技術、例えば、高抵抗層の形成、トレンチの形成の技術を組み合わせることもできる。
＜発光素子の発光強度分布の測定＞
　発光素子のｎ電極－ｐ電極間へ電流を連続して通電しながら、発光素子の基板１１の積層面とは反対側の面から発光する光の発光強度を測定する。発光強度分布の評価装置は、発光素子へ電圧を印加する電気制御回路、レンズとカメラにより測定範囲を制御する光学系、光検出部およびデータ解析装置から成る。１０μｍ×１０μｍを1範囲として、発光面の発光領域における発光強度を測定しマッピングすることで、発光強度の分布を測定する。電流集中が起こっている場所は発光強度が強く観測されるため、本測定により、メサ端とｐ電極との距離を調整することによる電流集中抑制の効果が確認できる。
　次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
（実施例１、２および比較例１、２）
　図７Ｂに示した断面構造を有する積層半導体層を形成した。
　まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｃ面ＡｌＮ基板（一辺７ｍｍ角、厚さ５００μｍ）上に、Ｓｉを１．０×１０１９ [ｃｍ－３]ドープしたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（１ μｍ）をｎ型半導体層として形成した。このｎ型層上に、量子井戸構造を有する活性層（井戸層２ｎｍ、障壁層７ｎｍ）を形成した。この時、井戸層および障壁層の組成はそれぞれＡｌ０．５Ｇａ０．５ＮおよびＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎとし、障壁層には１．０×１０１８ [ｃｍ－３]のＳｉをドープした。活性層は、井戸層３層と障壁層４層の積層構造から成る。
　次に、この活性層上に、電子ブロック層として、Ｍｇを５×１０１９ [ｃｍ－３]ドープしたＡｌＮ層（１５ｎｍ）を形成した。その後、電子ブロック層上に、ｐクラッド層として、Ｍｇを５×１０１９ [ｃｍ－３]ドープしたＡｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層（５０ｎｍ）を形成した。最後に、ｐクラッド層上に、ｐコンタクト層として、Ｍｇを２×１０１９ [ｃｍ－３]ドープしたＧａＮ層（１００ｎｍ）を形成した。
　次に、得られた半導体ウエハをＮ２中において、９００℃で２０分間の熱処理を行った。その後、ｐコンタクト層の表面にフォトリソグラフィーおよび真空蒸着により所定のメタルマスクパターンを形成した後、パターンの形成されていないｐコンタクト層表面をｎ型層が露出するまでドライエッチングする事で、図１Ｃに示す端部が丸みを帯びた十字状のメサ構造を形成した。このとき、ｎ型層の堀量は、３００ｎｍであった。次に、フォトリソグラフィーによりｐコンタクト層上にレジストパターンを形成した後、真空蒸着によって、Ｔｉ（２０ｎｍ）/Ａｌ（２００ｎｍ）/Ａｕ（５ｎｍ）層を形成した後、Ｎ２中において８１０℃で１分間熱処理することでｎ電極を形成した。同様に、図５に示すように、端部から所定の範囲がｐ電極制限領域となるように、ｐ型層上にＮｉ（２０ｎｍ）/Ａｕ（５０ｎｍ）層を形成し、Ｏ２中において５５０℃で３分間焼成することでｐ電極を形成した。得られた半導体ウエハを７５０μｍ角に切り出して、窒化物半導体発光素子（発光ピーク波長２６５ｎｍの窒化物半導体発光素子）とした。
　なお、突部におけるメサ端からｐ電極までの距離（ａ）が、４０μｍ（実施例１）、２０μｍ（実施例２）、１０μｍ（比較例１）、５μｍ（比較例２）となるように、ｐ電極制限領域を有する４種の素子を作成した。また、ｐ電極許容領域におけるメサ端とｐ電極との距離は５μｍとした。以上のような発光素子を各実施例、比較例において、５０個製造し、得られた発光素子について、出力特性の経時変化を測定した。なお、瞬時劣化率の測定は、１５０ｍＡの電流を通電した際の結果を示す。
　実施例１の発光素子では、５００時間経過後の瞬時劣化率（全素子の中で出力の大幅な低下があった素子の割合（ｐ電極に電流集中が起こり劣化した素子の割合））が２％であったのに対して、実施例２では４％、比較例１では２０％、比較例２では２４％となり、ｐ電極許容領域におけるメサ端とｐ電極との距離を２０μｍ以上にした場合に瞬時劣化率の急激な改善が見られた。なお、得られた発光素子について拡散長Ｌｓを算出したところ６０μｍであったため、２０μｍは拡散長Ｌｓの１／３に相当する。
（実施例３、４および比較例３、４）
　ｎ電極形成時のドライエッチングによるｎ型層の堀量を１００ｎｍに変更した以外は、実施例１と同様の方法で窒化物半導体発光素子を作製した。
　なお、実施例１と同様の方法で、突部におけるメサ端からｐ電極までの距離（ａ）が、２０μｍ（実施例３）、１２μｍ（実施例４）、８μｍ（比較例３）、５μｍ（比較例４）となるように、ｐ電極制限領域を設けた４種の素子を作製した。また、ｐ電極許容領域におけるメサ端とｐ電極との距離は５μｍとした。以上のような発光素子を各実施例、比較例において、５０個製造し、得られた発光素子について、出力特性の経時変化を測定した。
　実施例３の発光素子では、５００時間経過後の瞬時劣化率（全素子の中で出力の大幅な低下があった素子の割合（ｐ電極に電流集中が起こり劣化した素子の割合））が２％であったのに対して、実施例４では４％、比較例３では１６％、比較例４では２４％となり、ｐ電極許容領域におけるメサ端とｐ電極との距離を１２μｍ以上にした場合に瞬時劣化率の急激な改善が見られた。なお、得られた発光素子について拡散長Ｌｓを算出したところ３６μｍであったため、１２μｍは拡散長Ｌｓの１／３に相当する。
　また、実施例３と実施例４、比較例３と比較例４で得られた窒化物半導体発光素子について、発光面の発光領域における発光強度の最大値と最小値との比（発光強度比）を測定した結果を表１に示した。発光強度比は、ｐ電極とメサ端との距離が拡散長Ｌｓの１／３に相当する１２μｍの時に、２．１０であった（実施例４）。つまり、ｐ電極とメサ端との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上に調整することで、発光強度比が２．１以下となり、かつ、瞬時劣化率が抑制されることが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明では、III族窒化物半導体発光素子を上面視から見た場合に、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が所定値以上であることにより、動作電圧を過度に増大させることなく、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流がメサ端付近の領域に集中するのを抑制する。その結果、メサ構造における局所的な劣化が生じにくく、また、電流が活性層に均一に流れやすくなることで発光ムラの生じにくい、III族窒化物半導体発光素子が得られる。
１１…基板
１２…ｎ型層
１３…活性層
１４…ｐ型層
１５…メサ構造
１６…ｎ電極
１７…ｐ電極
２０…III族窒化物半導体発光素子

Claims (5)

  1. 　ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有し、ｐ型層を含むメサ構造を有するIII族窒化物半導体発光素子であって、
    　前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上である、または、
    　前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上である、III族窒化物半導体発光素子。
  2. 　前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上である、請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
  3. 　前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上である、請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
  4. 　発光ピーク波長が２００～３５０ｎｍである請求項１～３の何れかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
  5. 　ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有するIII族窒化物半導体発光素子の構成を含むウエハであって、
    　前記III族窒化物半導体発光素子の構成が請求項１～４の何れかに記載の構成であるウエハ。
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