(57)【要約】【課題】ＩＩＩ族窒化物半導体層と接続電極との接合性および電極の信頼性を向上させる。【解決手段】半導体発光素子１は、基板１１０と、発光層１５０を含み基板１１０上に積層される積層半導体層１００と、インジウム酸化物を含み積層半導体層１００上に積層される透明電極１７０と、透明電極１７０上に積層される第１の接合層１９０と、第１の接合層１９０上に積層されて外部との電気的な接続に用いられる第１のボンディングパッド電極２００とを備える。また、半導体発光素子１は、弁作用金属の一種であるタンタルを含むとともにｎコンタクト層の半導体層露出面１４０ｃと接する側がタンタル酸化物あるいはタンタル窒化物層となるように積層される第２の接合層２２０と、第２の接合層２２０上に積層されて外部との電気的な接続に用いられる接続電極の一例としての第２のボンディングパッド電極２３０とを備えている。【選択図】図１
2010147097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
ＩＩＩ族窒化物半導体にて構成され前記基板上に積層される積層半導体層と、
弁作用金属より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに前記積層半導体層のうちの一つの半導体層と接する側が当該元素の酸化物または窒化物の少なくともいずれか一方を含むように当該一つの半導体層上に積層される接合層と、
前記接合層上に積層されて外部との電気的な接続に用いられる接続電極と
を含む半導体素子。
【請求項２】
前記積層半導体層が発光層を有することを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
【請求項３】
前記接合層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含んでいることを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
【請求項４】
前記接合層が、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含んでいることを特徴とする請求項３記載の半導体素子。
【請求項５】
前記接続電極が、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属のいずれかを含む合金からなるボンディング層を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体素子。
【請求項６】
前記接続電極が、前記接合層と前記ボンディング層との間に積層されるバリア層をさらに備え、
前記バリア層が、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂのうちの何れかまたはこれら金属の何れかを含む合金からなるものであることを特徴とする請求項５記載の半導体素子。
【請求項７】
基板上にＩＩＩ族窒化物半導体にて構成される積層半導体層を形成する工程と、
前記積層半導体層のうちの一つの半導体層上に、弁作用金属より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに当該一つの半導体層と接する側が当該元素の酸化物または窒化物の少なくともいずれか一方を含む接合層を形成する工程と、
前記接合層上に外部との電気的な接続に用いられる接続電極を形成する工程と
を含む半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記積層半導体層を形成する工程では、前記積層半導体層中に発光層を形成することを特徴とする請求項７記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記接合層を形成する工程が、前記弁作用金属のターゲットを用いて、酸素または窒素の少なくともいずれか一方を含む雰囲気下でスパッタリングを行うことを特徴とする請求項７または８記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記弁作用金属が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含んでいることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記一つの半導体層上に前記接合層が形成された後に、少なくとも当該一つの半導体層と当該接合層とを１５０℃以上６００℃以下に加熱する熱処理を行う工程をさらに含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子および半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長光発光素子用の半導体材料として、ＧａＮ系化合物半導体が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
【０００３】
このようなＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、通常、基板上に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層からなるＬＥＤ構造を有する積層半導体層を形成し、最上部のｐ型半導体層に透明電極およびボンディング用のパッド電極を形成する一方、ｐ型半導体層および発光層の一部をエッチング等によって除去して露出させたｎ型半導体層にボンディング用のパッド電極を形成する。
【０００４】
公報記載の従来技術として、ｎ型窒化物半導体層上のパッド電極をＡｕ／Ｃｒで構成することが記載されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４４５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＣｒはＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体やＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極との接合性が高いことから、ＩＩＩ族窒化物半導体とパッド電極とを接合する接合層の構成材として用いることが考えられる。
しかしながら、接合層にＣｒを用いた場合には、使用環境によっては接合層に外部から空気または水分が侵入しやすくなり、接合層へ侵入した空気または水分が、通電時に接合層を分解して、半導体発光素子の素子寿命を短くする恐れがあった。
【０００７】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体層と接続電極との接合性および電極の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明が適用される半導体素子は、基板と、ＩＩＩ族窒化物半導体にて構成され基板上に積層される積層半導体層と、弁作用金属より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに積層半導体層のうちの一つの半導体層と接する側が当該元素の酸化物または窒化物の少なくともいずれか一方を含むように一つの半導体層上に積層される接合層と、接合層上に積層されて外部との電気的な接続に用いられる接続電極とを含んでいる。
【０００９】
このような半導体素子において、積層半導体層が発光層を有することを特徴とすることができる。
また、接合層が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含んでいることを特徴とすることができる。
さらに、接合層が、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含んでいることを特徴とすることができる。
さらにまた、接続電極が、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属のいずれかを含む合金からなるボンディング層を有していることを特徴とすることができる。
そして、接続電極が、接合層とボンディング層との間に積層されるバリア層をさらに備え、バリア層が、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂのうちの何れかまたはこれら金属の何れかを含む合金からなるものであることを特徴とすることができる。
【００１０】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される半導体素子の製造方法は、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体にて構成される積層半導体層を形成する工程と、積層半導体層のうちの一つの半導体層上に、弁作用金属より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに一つの半導体層と接する側が当該元素の酸化物または窒化物の少なくともいずれか一方を含む接合層を形成する工程と、接合層上に外部との電気的な接続に用いられる接続電極を形成する工程とを含んでいる。
【００１１】
このような製造方法において、積層半導体層を形成する工程では、積層半導体層中に発光層を形成することを特徴とすることができる。
また、接合層を形成する工程が、弁作用金属のターゲットを用いて、酸素または窒素の少なくともいずれか一方を含む雰囲気下でスパッタリングを行うことを特徴とすることができる。
さらに、弁作用金属が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含んでいることを特徴とすることができる。
そして、一つの半導体層上に接合層が形成された後に、少なくとも一つの半導体層と接合層とを１５０℃以上６００℃以下に加熱する熱処理を行う工程をさらに含むことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体層と接続電極との接合性および電極の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１は、半導体素子に関し、本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の断面模式図の一例であり、図２は図１に示す半導体発光素子１の平面模式図であり、図３は半導体発光素子を構成する積層半導体層の断面模式図の一例である。
【００１４】
（半導体発光素子）
図１に示すように、半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０上に積層される透明電極１７０と、透明電極１７０上に積層される保護層１８０とを備える。そして、半導体発光素子１は、透明電極１７０のうち保護層１８０によって覆われない部位に積層される第１の接合層１９０と、第１の接合層１９０上に積層される第１のボンディングパッド電極２００とを備える。さらにまた、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上の一部に積層される第２の接合層２２０と、第２の接合層２２０上に積層される第２のボンディングパッド電極２３０(外部との電気的な接続のための接続電極とも言う。)とを備える。なお、以下の説明においては、透明電極１７０と透明電極１７０上に積層される第１の接合層１９０と第１のボンディングパッド電極２００とを、まとめて第１の電極２１０と呼ぶ。また、以下の説明においては、第２の接合層２２０と第２のボンディングパッド電極２３０とを、まとめて第２の電極２４０と呼ぶ。
この半導体発光素子１においては、第１の電極２１０における第１のボンディングパッド電極２００を正極、第２の電極２４０を負極とし、両者を介して電流を流すことで、発光層１５０が発光するようになっている。
【００１５】
では次に、半導体発光素子１の各構成要素について、より詳細に説明する。
＜基板＞
基板１１０としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等からなる基板を用いることができる。
また、上記基板の中でも、特に、ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合は、サファイアのｃ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
【００１６】
なお、上記基板の内、高温でアンモニアに接触することで化学的な変性を引き起こすことが知られている酸化物基板や金属基板等を用いることができ、アンモニアを使用せずに中間層１２０を成膜することもでき、またアンモニアを使用する方法では、後述のｎ型半導体層１４０を構成するために下地層１３０を成膜した場合には、中間層１２０がコート層としても作用するので、これらの方法は基板１１０の化学的な変質を防ぐ点で効果的である。
また、中間層１２０をスパッタ法により形成した場合、基板１１０の温度を低く抑えることが可能なので、高温で分解してしまう性質を持つ材料からなる基板１１０を用いた場合でも、基板１１０にダメージを与えることなく基板上への各層の成膜が可能である。
【００１７】
＜積層半導体層＞
積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図１に示すように、基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層がこの順で積層されて構成されている。
また、図３に示すように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０及びｐ型半導体層１６０の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。さらにまた、積層半導体層１００は、さらに下地層１３０、中間層１２０を含めて呼んでもよい。
なお、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
【００１８】
＜中間層＞
中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にＣ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明においては、中間層形成工程を行なうことが好ましいが、行なわなくても良い。
【００１９】
また、中間層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものであってもよく、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層１２０の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶からなる中間層１２０とすることができる。このような単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶（多結晶）とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。
【００２０】
＜下地層＞
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌxＧａ1-xＮ層が得られやすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
【００２１】
＜ｎ型半導体層＞
図３に示すように、ｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層１４０ａとｎクラッド層１４０ｂとから構成されるのが好ましい。なお、ｎコンタクト層１４０ａはｎクラッド層１４０ｂを兼ねることも可能である。また、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
ｎコンタクト層１４０ａは、第２の電極２４０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、ＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１４０ａにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、第２の電極２４０との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
ｎコンタクト層１４０ａの膜厚は、０．５〜５μｍとされることが好ましく、１〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４０ａの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００２２】
ｎコンタクト層１４０ａと発光層１５０との間には、ｎクラッド層１４０ｂを設けることが好ましい。ｎクラッド層１４０ｂは、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。ｎクラッド層１４０ｂはＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ｎクラッド層１４０ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
ｎクラッド層１４０ｂの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型ドープ濃度は１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3、が好ましく、より好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００２３】
なお、ｎクラッド層１４０ｂを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、ｎ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。
また、ｎクラッド層１４０ｂは、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造であることが好ましい。
【００２４】
＜発光層＞
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
図３に示すような、量子井戸構造の井戸層１５０ｂとしては、Ｇａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層１５０ｂの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば１〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２〜６ｎｍとすると発光出力の点で好ましい。
また、多重量子井戸構造の発光層１５０の場合は、上記Ｇａ1-yＩｎyＮを井戸層１５０ｂとし、井戸層１５０ｂよりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層１５０ａとする。井戸層１５０ｂおよび障壁層１５０ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
【００２５】
＜ｐ型半導体層＞
図３に示すように、ｐ型半導体層１６０は、通常、ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１６０ｂがｐクラッド層１６０ａを兼ねることも可能である。
ｐクラッド層１６０ａは、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。ｐクラッド層１６０ａとしては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
ｐクラッド層１６０ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６０ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６０ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層１６０ａは、複数回積層した超格子構造としてもよく、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＮとの交互構造又はＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
【００２６】
ｐコンタクト層１６０ｂは、第１の電極２１０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６０ｂは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および第１の電極２１０との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐ型不純物（ドーパント）を１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3の濃度、好ましくは５×１０19〜５×１０20／ｃｍ3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００２７】
＜第１の電極＞
次に、第１の電極２１０の構成の一例について詳細に説明する。なお、本発明では、第１の電極であるＰ電極は、公知な材料や構造、形状を採用することができるが、好ましくは後述の電極構成を採用することができる。
上述したように、第１の電極２１０は、透明電極１７０と、透明電極１７０上に積層される第１の接合層１９０と、第１の接合層１９０上に積層される第１のボンディングパッド電極２００とを有している。
【００２８】
＜透明電極＞
図１に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には透明電極１７０が積層されている。
図２に示すように、平面視したときに、透明電極１７０（図１参照）は、第２の電極２４０を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃのほぼ全面を覆うように形成されているが、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。なお、透明電極１７０の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００２９】
透明電極１７０は、ｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものが好ましい。また、この半導体発光素子１では、発光層１５０からの光を第１の電極２１０が形成された側に取り出すことから、透明電極１７０は光透過性に優れたものが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透明電極１７０は優れた導電性を有していることが好ましい。
【００３０】
本実施の形態では、透明電極１７０として、Ｉｎを含む酸化物の導電性材料が用いられる。Ｉｎを含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ2Ｏ3−ＣｅＯ2））等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などのドーパントが添加されていてもかまわない。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、透明電極１７０を形成できる。また、透明電極１７０を形成した後に、透明電極１７０の透明化を目的とした熱アニールを施す場合もある。
【００３１】
本実施の形態において、透明電極１７０は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶を含む透光性材料（例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等）を好ましく使用することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯを透明電極１７０として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
【００３２】
また、ＩＺＯ膜としては、比抵抗が最も低くなる組成を使用することが好ましい。
例えば、ＩＺＯ中のＺｎＯ濃度は１〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％の範囲であることが更に好ましい。１０質量％であると特に好ましい。また、ＩＺＯ膜の膜厚は、低比抵抗、高光透過率を得ることができる３５ｎｍ〜１００００ｎｍ（１０μｍ）の範囲であることが好ましい。さらに、生産コストの観点から、ＩＺＯ膜の膜厚は１０００ｎｍ（１μｍ）以下であることが好ましい。
ＩＺＯ膜のパターニングは、後述の熱処理工程を行なう前に行なうことが望ましい。熱処理により、アモルファス状態のＩＺＯ膜は結晶化されたＩＺＯ膜となるため、アモルファス状態のＩＺＯ膜と比較してエッチングが難しくなる。これに対し、熱処理前のＩＺＯ膜は、アモルファス状態であるため、周知のエッチング液（ＩＴＯ−０７Ｎエッチング液（関東化学社製））を用いて容易に精度良くエッチングすることが可能である。
【００３３】
アモルファス状態のＩＺＯ膜のエッチングは、ドライエッチング装置を用いて行なっても良い。このとき、エッチングガスにはＣｌ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3等を用いることができる。アモルファス状態のＩＺＯ膜は、例えば５００℃〜１０００℃の熱処理を行ない、条件を制御することで六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯ膜や、ビックスバイト構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯ膜にすることができる。六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯ膜は前述したようにエッチングし難いので、上述のエッチング処理の後に熱処理することが好ましい。
【００３４】
ＩＺＯ膜の熱処理は、Ｏ2を含まない雰囲気で行なうことが望ましく、Ｏ2を含まない雰囲気としては、Ｎ2雰囲気などの不活性ガス雰囲気や、またはＮ2などの不活性ガスとＨ2との混合ガス雰囲気などを挙げることができ、Ｎ2雰囲気、またはＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とすることが望ましい。なお、ＩＺＯ膜の熱処理をＮ2雰囲気、またはＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気中で行なうと、例えば、ＩＺＯ膜を六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含む膜に結晶化させるとともに、ＩＺＯ膜のシート抵抗を効果的に減少させることが可能である。
また、ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００℃〜１０００℃が好ましい。５００℃未満の温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できない恐れが生じ、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合には、ＩＺＯ膜は結晶化されているが、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。また、１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜の下にある半導体層を劣化させる恐れもある。
【００３５】
アモルファス状態のＩＺＯ膜を結晶化させる場合、成膜条件や熱処理条件などが異なるとＩＺＯ膜中の結晶構造が異なる。しかし、本発明の実施形態においては、接着層との接着性の点において、透明電極１７０は材料に限定されないが結晶性の材料の方が好ましく、特に結晶性ＩＺＯの場合にはビックスバイト結晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯであってもよく、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯであってもよい。特に六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯがよい。
特に、前述のように、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、第１の接合層１９０やｐ型半導体層１６０との密着性が良いため、本発明の実施形態において大変有効である。
【００３６】
＜第１の接合層＞
第１の接合層１９０は、透明電極１７０に対する第１のボンディングパッド電極２００の接合強度を高めるために、透明電極１７０と第１のボンディングパッド電極２００との間に積層される。また、第１の接合層１９０は、透明電極１７０を透過して第１のボンディングパッド電極２００に照射される発光層１５０からの光を低損失で透過させるために、透光性を有していることが好ましい。
【００３７】
第１の接合層１９０は、弁作用金属（バルブメタル）で形成することが好ましく、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに透明電極１７０と接する側が当該元素の酸化物または窒化物を含むように透明電極１７０上に積層される。また、当該元素からなる金属を一部酸化させたものまたは一部窒化させたものを含む構成がより好ましい。これにより、弁作用金属そのもので第１の接合層１９０を構成した場合と比較して、透明電極１７０と第１のボンディングパッド電極２００との接合強度をより向上させることができる。
また、第１の接合層１９０は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに透明電極１７０と接する側が当該元素の酸化物または窒化物を含むように透明電極１７０上に積層される。また、当該元素からなる金属を一部酸化または一部窒化させたものを含む構成がさらに好ましい。接合層金属でも酸化部あるいは窒化部が、金属酸化物である透明電極１７０との接合強度を向上させるからである。特に、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ等の金属は弁作用金属の中でもイオン化しにくい性質を持つため、これらを酸化あるいは窒化させたものを含めることによって、水（水分）の存在下における電気化学反応により接合金属元素がイオン化して溶出することを防ぐことができ、好ましい。これにより、透明電極１７０に対する第１のボンディングパッド電極２００の接合強度を格段に高めることができる。
【００３８】
また、第１の接合層１９０のすべてすなわち全体が弁作用金属の酸化物あるいは窒化物で構成されていてもよいが、少なくとも部分的、局所的あるいは薄膜状に透明電極１７０と接する側が弁作用金属の酸化物あるいは窒化物で形成されていればよい。したがって、第１の接合層１９０が、透明電極１７０側に形成される弁作用金属酸化物層あるいは弁作用金属窒化物層と第１のボンディングパッド電極２００側に形成される弁作用金属層とで形成されていてもかまわない。
【００３９】
また、第１の接合層１９０は厚みが５オングストローム以上１０００オングストローム以下の範囲の薄膜であること、より好ましくは１０オングストローム以上４００オングストローム以下の範囲の薄膜であることが好ましい。これにより、発光層１５０からの光を遮ることなく効果的に透過させることができる。なお、厚みが５オングストローム未満になると、第１の接合層１９０の強度が低下し、これにより透明電極１７０に対する第１のボンディングパッド電極２００の接合強度が低下する恐れがある。第１の接合層１９０における金属酸化物層の厚さは約５〜５０オングストロームが好ましい。５オングストローム以下では透明電極１７０との接合強度の向上効果が少なくなり、５０オングストローム以上では、第１の接合層１９０と透明電極１７０との導電性の低下を招く恐れがある。
【００４０】
＜第１のボンディングパッド電極＞
図１に示すように、接続電極の一例としての第１のボンディングパッド電極２００は、透明電極１７０側から順に、第１のバリア層２００ａと第１のボンディング層２００ｂとが積層された積層体からなる。第１のバリア層２００ａは、第１のボンディング層２００ｂを形成する元素のマイグレーションをバリアする作用を有し、第１のボンディング層２００ｂは、給電用の外部端子材料との密着性を高める作用がある。
なお、第１のボンディングパッド電極２００は、第１のバリア層２００ａのみからなる単層構造であってもよく、第１のバリア層２００ａと第１のボンディング層２００ｂとの間に、第１のボンディングパッド電極２００全体の強度を強化する別のバリア層をさらに挿入して、三層構造としてもよい。また、第１のバリア層２００ａに代えてバリア層を挿入して、二層構造としてもよい。
【００４１】
＜第１のバリア層＞
図１に示す第１のバリア層２００ａは、第１のボンディングパッド電極２００全体の強度を強化する役割を有している。このため、比較的強固な金属材料を使用することが好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂのうちの何れかまたはこれら金属の何れかを含む合金からなるものが選べる。また、第１のバリア層２００ａは、発光層１５０から出射された光を反射させるために、反射率の高い金属で構成することが好ましく、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ等の白金族金属、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金で構成することがより好ましい。これにより、発光層１５０からの光を効果的に反射させることができる。
なかでも、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔおよびこれらの金属の少なくとも一種を含む合金は、電極用の材料として一般的であり、入手のし易さ、取り扱いの容易さなどの点から優れている。
また、第１のバリア層２００ａは、高い反射率を有する金属で形成した場合、厚さが２００〜３０００オングストロームであることが望ましい。第１のバリア層２００ａが薄すぎると充分な反射の効果が得られない。一方、厚すぎると特に利点は生じず、工程時間の長時間化と材料の無駄を生じるのみである。更に望ましくは、５００〜２０００オングストロームである。
【００４２】
また、第１のバリア層２００ａは、第１の接合層１９０に密着していることが、発光層１５０からの光を効率良く反射するとともに、第１のボンディングパッド電極２００との接合強度を高められる点で好ましい。第１のボンディングパッド電極２００が充分な強度を得るためには、第１のバリア層２００ａが第１の接合層１９０を介して透明電極１７０に強固に接合されていることが必要である。最低限、一般的な方法でボンディングパッドに金線を接続する工程で剥離しない程度の強度が好ましい。特に、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金は、光の反射性などの点から第１のバリア層２００ａとして好適に使用される。
【００４３】
また、第１のボンディングパッド電極２００の反射率は、第１のバリア層２００ａの構成材料によって大きく変わるが、６０％以上であることが望ましい。更には、８０％以上であることが望ましく、９０％以上であればなお良い。反射率は、分光光度計等で比較的容易に測定することが可能である。しかし、第１のボンディングパッド電極２００そのものは面積が小さいために反射率を測定することは難しい。そこで、透明な例えばガラス製の、面積の大きい「ダミー基板」をボンディングパッド電極形成時にチャンバに入れて、同時にダミー基板上に同じボンディングパッド電極を作成して測定するなどの方法を用いて測定することができる。
【００４４】
＜第１のボンディング層＞
図１に示す第１のボンディング層２００ｂは、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくとも一種を含む合金からなることが好ましい。ＡｕおよびＡｌはボンディングボールとして使用されることが多い金ボールとの密着性の良い金属なので、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金を用いることにより、ボンディングワイヤとの密着性に優れたものとすることができる。中でも、特に望ましいのはＡｕである。
また、第１のボンディング層２００ｂの厚みは、５００オングストローム以上２００００オングストローム以下の範囲であることが好ましく、更に望ましくは５０００オングストローム以上１５０００オングストローム以下である。
第１のボンディング層２００ｂが薄すぎるとボンディングボールとの密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。
【００４５】
第１のボンディングパッド電極２００に向かった光は、第１のボンディングパッド電極２００の最下面（透明電極１７０側の面）の第１のバリア層２００ａで反射され、一部は散乱されて横方向あるいは斜め方向に進み、一部は第１のボンディングパッド電極２００の直下に進む。散乱されて横方向や斜め方向に進んだ光は、半導体発光素子１の側面から外部に取り出される。一方、第１のボンディングパッド電極２００の直下の方向に進んだ光は、半導体発光素子１の下面でさらに散乱や反射されて、側面や透明電極１７０（上に第１のボンディングパッド電極２００が存在しない部分）を通じて外部へ取り出される。
【００４６】
第１の接合層１９０およびこれに積層される第１のボンディングパッド電極２００は、透明電極１７０の上であれば、どこへでも形成することができる。例えば第２の電極２４０から最も遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心などに形成してもよい。しかし、あまりにも第２の電極２４０に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にワイヤ間、ボール間のショートを生じてしまうため好ましくない。
また、第１のボンディングパッド電極２００の電極面積としては、できるだけ大きいほうがボンディング作業はしやすいものの、発光の取り出しの妨げになる。例えば、チップ面の面積の半分を超えるような面積を覆っては、発光の取り出しの妨げとなり、出力が著しく低下する。逆に小さすぎるとボンディング作業がしにくくなり、製品の収率を低下させる。
具体的には、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径１００μｍの円形程度であることが一般的である。
また、本発明においては、前述したように、第１の電極２１０であるＰ電極は、公知な材料や構造、形状を採用することができるが、第１のボンディングパッド電極２００を積層した第１の接合層１９０は、透明電極１７０表面上以外にｐコンタクト層１６０ｂの表面上または当該層内部に接して形成してもよい。
【００４７】
＜第２の電極＞
続いて、第２の電極２４０の構成について詳細に説明する。
上述したように、第２の電極２４０は、第２の接合層２２０と、第２の接合層２２０上に積層される第２のボンディングパッド電極２３０とを有している。
図１に示すように、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに第２の電極２４０が形成されている。このように、第２の電極２４０を形成する際には、エッチング等の手段によって発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の一部を切り欠け除去してｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａを露出させ、得られた半導体層露出面１４０ｃ上に第２の電極２４０を形成する。
図２に示すように、平面視したときに、第２の電極２４０は円形状とされているが、このような形状に限定されるわけでなく、多角形状など任意の形状とすることができる。また、第２の電極２４０はボンディングパットを兼ねており、ボンディングワイヤを接続することができる構成とされている。
【００４８】
＜第２の接合層＞
第２の接合層２２０は、ｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａに形成される半導体層露出面１４０ｃに対する第２のボンディングパッド電極２３０の接合強度を高めるために、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との間に積層される。なお、本実施の形態では、ｎコンタクト層１４０ａが一つの半導体層に対応している。
【００４９】
第２の接合層２２０は、第１の接合層１９０と同様に、弁作用金属（バルブメタル）すなわちＡｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに半導体層露出面１４０ｃと接する側が当該元素の酸化物または窒化物を含むように半導体層露出面１４０ｃ上に積層される。また、当該元素からなる金属を一部酸化させたものあるいは一部窒化させたさせたものを含む構成がより好ましい。これにより、弁作用金属そのもので第２の接合層２２０を構成した場合と比較して、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との接合強度をより向上させることができる。
また、第２の接合層２２０は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに半導体層露出面１４０ｃと接する側が当該元素の酸化物または窒化物にて構成することがより好ましい。また、当該元素からなる金属を一部酸化または一部窒化させたものを含む構成がさらに好ましい。特に、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ等の金属を酸化または窒化させたものを用いることによって、ｎコンタクト層１４０ａに対する第２のボンディングパッド電極２３０の接合強度を格段に高めることができる。
【００５０】
ただし、第２の接合層２２０のすべてすなわち全体が弁作用金属の酸化物あるいは窒化物で構成されている必要はなく、少なくともｎコンタクト層１４０ａと接する側が弁作用金属の酸化物あるいは窒化物で形成されていればよい。したがって、第２の接合層２２０が、ｎコンタクト層１４０ａ側に形成される弁作用金属酸化物層あるいは弁作用金属窒化物層と第２のボンディングパッド電極２３０側に形成される弁作用金属層とで形成されていてもかまわない。
【００５１】
また、第２の接合層２２０は厚みが５オングストローム以上１０００オングストローム以下の範囲の薄膜であること、より好ましくは１０オングストローム以上４００オングストローム以下の範囲の薄膜であることが好ましい。なお、厚みが５オングストローム未満になると、第２の接合層２２０の強度が低下し、これによりｎコンタクト層１４０ａに対する第２のボンディングパッド電極２３０の接合強度が低下するので好ましくない。
【００５２】
＜第２のボンディングパッド電極＞
図１に示すように、第２のボンディングパッド電極２３０は、ｎコンタクト層１４０ａ（図３参照）側から順に、第２のバリア層２３０ａと第２のボンディング層２３０ｂとが積層された積層体からなる。バリア層２３０ａは、第２のボンデインッグ層２３０ｂを形成する元素のマイグレーションをバリアする作用を有し、第２のボンディング層２３０ｂは、給電用の外部端子材料との密着性を高める作用がある。
なお、第２のボンディングパッド電極２３０は、第２のバリア層２３０ａのみからなる単層構造であってもよく、第２のバリア層２３０ａと第２のボンディング層２３０ｂとの間に、第２のボンディングパッド電極２３０全体の強度を強化する別のバリア層を挿入して、三層構造としてもよい。また、第２のバリア層２３０ａに代えてバリア層を挿入して、二層構造としてもよい。
【００５３】
＜第２のバリア層＞
図１に示す第２のバリア層２３０ａは、第１のバリア層２００ａと同様に第２のボンディングパッド電極２３０全体の強度を強化する役割を有している。このため、比較的強固な金属材料を使用することが好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂのうちの何れかまたはこれら金属の何れかを含む合金からなるものが選べる。なお、本実施の形態では、第２のバリア層２３０ａを、第１のバリア層２００ａと同様に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ等の白金族金属、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金で構成することがより好ましい。
そして、第２のバリア層２３０ａは、第１のバリア層２００ａと同様に厚さが２００〜３０００オングストロームであることが望ましく、５００〜２０００オングストロームであることがさらに望ましい。
【００５４】
また、第２のバリア層２３０ａは、第２の接合層２２０に密着していることが、第２のボンディングパッド電極２３０との接合強度を高められる点で好ましい。第２のボンディングパッド電極２３０が充分な強度を得るためには、第２のバリア層２３０ａが第２の接合層２２０を介してｎコンタクト層１４０ａに強固に接合されていることが必要である。最低限、一般的な方法でボンディングパッドに金線を接続する工程で剥離しない程度の強度が好ましい。特に、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金は、第２のバリア層２３０ａとして好適に使用される。
【００５５】
＜第２のボンディング層＞
図１に示す第２のボンディング層２３０ｂは、第１のボンディング層２００ｂと同様、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金からなることが好ましい。ＡｕおよびＡｌはボンディングボールとして使用されることが多い金ボールとの密着性の良い金属なので、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金を用いることにより、ボンディングワイヤとの密着性に優れたものとすることができる。中でも、特に望ましいのはＡｕである。
また、第２のボンディング層２３０ｂの厚みは、５００オングストローム以上２００００オングストローム以下の範囲であることが好ましく、更に望ましくは５０００オングストローム以上１５０００オングストローム以下である。
第２のボンディング層２３０ｂが薄すぎるとボンディングボールとの密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。
【００５６】
第２の接合層２２０およびこれに積層される第２のボンディングパッド電極２３０は、ｎコンタクト層１４０ａの半導体層露出面１４０ｃの上であれば、どこへでも形成することができる。ただし、ボンディング作業のしやすさという観点からは、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径１００μｍの円形程度であることが一般的である。
【００５７】
なお、本実施の形態では、後述するように、第１の接合層１９０と第２の接合層２２０とが同一のプロセスにおいて形成され、また、第１のボンディングパッド電極２００と第２のボンディングパッド電極２３０とが同一のプロセスにおいて形成される。このため、第１の接合層１９０と第２の接合層２２０とが同じ構成を有しており、第１のボンディングパッド電極２００と第２のボンディングパッド電極２３０とが同じ構成を有している。
【００５８】
（半導体発光素子の製造方法）
次に、図１に示す半導体発光素子１の製造方法の一例について説明する。
本実施形態における半導体発光素子１の製造方法は、基板１１０上に、発光層１５０を含む積層半導体層１００を形成する工程と、積層半導体層１００の一部を切り欠けて半導体層露出面１４０ｃを形成する工程と、積層半導体層１００の上面１６０ｃに第１の電極２１０を形成し且つ半導体層露出面１４０ｃに第２の電極２４０を形成する電極形成工程とを有している。
【００５９】
ここで、発光層１５０を含む積層半導体層１００を形成する工程は、中間層１２０を形成する中間層形成工程、下地層１３０を形成する下地層形成工程、ｎ型半導体層１４０を形成するｎ型半導体層形成工程、発光層１５０を形成する発光層形成工程、ｐ型半導体層１６０を形成するｐ型半導体層形成工程を有している。さらに、電極形成工程では、積層半導体層１００の上面１６０ｃに透明電極１７０を形成する透明電極形成工程、透明電極１７０上に第１の接合層１９０を形成するとともに半導体層露出面１４０ｃ上に第２の接合層２２０を形成する接合層形成工程、第１の接合層１９０上に第１のバリア層２００ａを形成するとともに第２の接合層２２０上に第２のバリア層２３０ａを形成するバリア層形成工程、第１のバリア層２００ａ上に第１のボンディング層２００ｂを形成するとともに第２のバリア層２３０ａ上に第２のボンディング層２３０ｂを形成するボンディング層形成工程を有している。
【００６０】
さらに、本実施の形態が適用される半導体発光素子１の製造方法は、必要に応じて、電極形成工程の後、得られた半導体発光素子に熱処理を施すアニール工程をさらに有している場合がある。
【００６１】
以下、各工程について、順番に説明する。
＜積層半導体層形成工程＞
積層半導体層形成工程は、中間層形成工程と、下地層形成工程と、ｎ型半導体層形成工程と、発光層形成工程と、ｐ型半導体層形成工程とからなる。
＜中間層形成工程＞
先ず、サファイア基板等の基板１１０を用意し、前処理を施す。前処理としては、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に基板１１０を配置し、中間層１２０を形成する前にスパッタするなどの方法によって行うことができる。具体的には、チャンバ内において、基板１１０をＡｒやＮ2のプラズマ中に曝す事によって上面を洗浄する前処理を行なってもよい。ＡｒガスやＮ2ガスなどのプラズマを基板１１０に作用させることで、基板１１０の上面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。
【００６２】
次に、基板１１０の上面に、スパッタ法によって、中間層１２０を積層する。
スパッタ法によって、単結晶構造を有する中間層１２０を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が５０％〜１００％、望ましくは７５％となるようにすることが望ましい。
また、スパッタ法によって、柱状結晶（多結晶）を有する中間層１２０を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が１％〜５０％、望ましくは２５％となるようにすることが望ましい。なお、中間層１２０は、上述したスパッタ法だけでなく、ＭＯＣＶＤ法で形成することもできる。
【００６３】
＜下地層形成工程＞
次に、中間層１２０を形成した後、中間層１２０が形成された基板１１０の上面に、単結晶の下地層１３０を形成する。下地層１３０は、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。
【００６４】
＜ｎ型半導体層形成工程＞
下地層１３０の形成後、ｎコンタクト層１４０ａ及びｎクラッド層１４０ｂを積層してｎ型半導体層１４０を形成する。ｎコンタクト層１４０ａ及びｎクラッド層１４０ｂは、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。
【００６５】
＜発光層形成工程＞
発光層１５０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよいが、特にＭＯＣＶＤ法が好ましい。具体的には、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に繰り返して積層し、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側に障壁層１５０ａが配される順で積層すればよい。
【００６６】
＜ｐ型半導体層形成工程＞
また、ｐ型半導体層１６０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよい。具体的には、ｐクラッド層１６０ａと、ｐコンタクト層１６０ｂとを順次積層すればよい。
【００６７】
＜半導体層露出面形成工程＞
透明電極１７０の形成に先立ち、公知のフォトリソグラフィーの手法によってパターニングして、所定の領域の積層半導体層１００の一部をエッチングしてｎコンタクト層１４０ａの一部を露出させ、半導体層露出面１４０ｃを形成させる。
【００６８】
＜電極形成工程＞
電極形成工程は、透明電極形成工程と、接合層形成工程と、バリア層形成工程と、ボンディング層形成工程とからなる。
＜透明電極形成工程＞
マスクで半導体層露出面１４０ｃをカバーして、エッチング除去せずに残したｐ型半導体層１６０上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて、透明電極１７０を形成する。
なお、ｐ型半導体層１６０上に先に透明電極１７０を形成した後、透明電極１７０を形成した状態で、所定の領域の積層半導体層１００の一部をエッチングすることで半導体層露出面１４０ｃを形成するようにしてもよい。
【００６９】
そして、透明電極１７０の上面にＳｉＯ2からなる保護層１８０を形成した後、保護層１８０上および半導体層露出面１４０ｃに図示しないレジストを塗布する。
そして、第１のボンディングパッド電極２００および第２のボンディングパッド電極２３０をそれぞれ形成する部分に対応する部位のレジストを公知の手法によって除去することで、保護層１８０の一部および半導体層露出面１４０ｃの一部を外側に露出させる。
そして、マスクで半導体層露出面１４０ｃ側をカバーした状態で、透明電極１７０の上面に垂直な方向よりＳｉＯ2からなる保護層１８０のＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行い、第１のボンディングパッド電極２００および第２のボンディングパッド電極２３０を形成する部分に対応する部位の保護層１８０を除去して、透明電極１７０の一部およびｎコンタクト層１４０ａの一部の上面を露出させる。
【００７０】
＜接合層形成工程＞
次に、スパッタ法により、透明電極１７０の露出面上に第１の接合層１９０を形成するとともに、半導体層露出面１４０ｃの露出面に第２の接合層２２０を形成する。
接合層形成工程では、上述したように、バルブメタルの酸化物の層が透明電極１７０および半導体層露出面１４０ｃと接するように製膜を行う。ここで、スパッタ法を用い、バルブメタルの酸化膜を形成する手法としては、例えばバルブメタルからなる金属ターゲットを用い、酸素を含む雰囲気下においてスパッタを行う方法が挙げられる。ここで、スパッタの雰囲気としては、アルゴンに対して０．１体積％以上１５体積％以下、より好ましくは１．０体積％以上１０体積％以下の酸素が存在していることが好ましい。このとき、例えば第１の接合層１９０の透明電極１７０側および第２の接合層２２０の半導体層露出面１４０ｃ側をバルブメタル酸化物層とし、第１の接合層１９０の第１のバリア層２００ａ側および第２の接合層２２０の第２のバリア層２３０ａ側をバルブメタル層とする場合には、接合層形成工程の初期における酸素濃度を高くし、接合層形成工程の終期における酸素濃度を初期よりも低くあるいは酸素供給を停止するようにすればよい。また、バルブメタルの酸化膜を形成する他の手法としては、例えばバルブメタル酸化物からなる金属酸化物ターゲットを用い、酸素を含む雰囲気下あるいは酸素を含まない雰囲気下においてスパッタを行う方法が挙げられる。このとき、スパッタ条件を制御したスパッタ法を用いることにより、スパッタ材料によらず、カバレッジ性を高くして第１の接合層１９０および第２の接合層２２０を成膜することができる。なお、このとき、透明電極１７０上および半導体層露出面１４０ｃ上に残存するレジストの硬化部にも第１の接合層１９０および第２の接合層２２０と同じ材料が積層される。
【００７１】
＜バリア層形成工程＞
続いて、スパッタ法により、第１の接合層１９０上に第１のバリア層２００ａを形成するとともに、第２の接合層２２０上に第２のバリア層２３０ａを形成する。このとき、スパッタ条件を制御したスパッタ法を用いることにより、スパッタ材料によらず、カバレッジ性を高くして、第１のバリア層２００ａおよび第２のバリア層２３０ａを成膜することができる。なお、このとき、透明電極１７０上および半導体層露出面１４０ｃ上に残存するレジストの硬化部側にも第１のバリア層２００ａおよび第２のバリア層２３０ａと同じ材料が積層される。
【００７２】
＜ボンディング層形成工程＞
さらに、スパッタ法により、第１のバリア層２００ａ上に第１のボンディング層２００ｂを形成するとともに、第２のバリア層２３０ａ上に第２のボンディング層２３０ｂを形成する。このとき、スパッタ条件を制御したスパッタ法を用いることにより、スパッタ材料によらず、カバレッジ性を高くして、第１のボンディング層２００ｂおよび第２のボンディング層２３０ｂを成膜することができる。なお、このとき、透明電極１７０上および半導体層露出面１４０ｃ上に残存するレジストの硬化部側にも第１のボンディング層２００ｂおよび第２のボンディング層２３０ｂと同じ材料が積層される。
【００７３】
最後に、レジスト剥離液に浸漬することにより、レジストの硬化部を剥離する。これにより、透明電極１７０上には、第１の接合層１９０と第１のバリア層２００ａおよび第１のボンディング層２００ｂを有する第１のボンディングパッド電極２００とが形成される。また、ｎコンタクト層１４０ａ上には、第２の接合層２２０と第２のバリア層２３０ａおよび第２のボンディング層２３０ｂを有する第２のボンディングパッド電極２３０が形成される。
【００７４】
＜アニール工程＞
そして、このようにして得られた半導体発光素子１を、例えば窒素などの還元雰囲気下において、１５０℃以上６００℃以下、より好ましくは２００℃以上５００℃以下でアニール処理する。このアニール工程は、第１の接合層１９０を介した透明電極１７０と第１のボンディングパッド電極２００との密着性、および、第２の接合層２２０を介した半導体層露出面１４０ｃと第２のボンディングパッド電極２３０との密着性を高めるために行われる。なお、上述したように、接合層形成工程において酸素雰囲気下で第１の接合層１９０および第２の接合層２２０の形成を行っている場合、あるいは、接合層形成工程において金属酸化物ターゲットを用いて第１の接合層１９０および第２の接合層２２０の形成を行っている場合については、アニール処理は必ずしも行う必要はないが、密着性を高めるためには行う方がより好ましい。
【００７５】
［実施の形態２］
実施の形態１では、半導体発光素子１の第２の接合層２２０を、半導体層露出面１４０ｃと接する側にバルブメタル酸化物が含まれるように構成していた。これに対し、本実施の形態では、半導体発光素子１の第２の接合層２２０を、半導体層露出面１４０ｃと接する側にバルブメタル窒化物が含まれるように構成したものである。
【００７６】
では、本実施の形態の特徴点となる、半導体発光素子１における第２の接合層２２０の構成およびその製造方法について、具体的に説明する。なお、第２の接合層２２０以外の構成およびその製造手順については、基本的に実施の形態１と同じであるので詳細な説明を省略する。
【００７７】
最初に、本実施の形態における第２の接合層２２０の構成について説明する。
＜第２の接合層＞
第２の接合層２２０は、実施の形態１と同様、ｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａに形成される半導体層露出面１４０ｃに対する第２のボンディングパッド電極２３０の接合強度を高めるために、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との間に積層される。
【００７８】
第２の接合層２２０は、弁作用金属（バルブメタル）すなわちＡｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含むとともに半導体層露出面１４０ｃと接する側が元素の窒化物を含むように半導体層露出面１４０ｃ上に積層される。また、元素からなる金属を一部窒化させたものを含む構成がより好ましい。これにより、弁作用金属そのもので第２の接合層２２０を構成した場合と比較して、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との接合強度をより向上させることができる。また、第２の接合層２２０は、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を窒化させたものにて構成することがより好ましい。特に、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ等の金属を窒化させたものを用いることによって、ｎコンタクト層１４０ａに対する第２のボンディングパッド電極２３０の接合強度を格段に高めることができる。
【００７９】
ただし、第２の接合層２２０のすべてすなわち全体が弁作用金属の窒化物で構成されている必要はなく、少なくともｎコンタクト層１４０ａと接する側が弁作用金属の窒化物で形成されていればよい。したがって、第２の接合層２２０が、ｎコンタクト層１４０ａ側に形成される弁作用金属窒化物層と第２のボンディングパッド電極２３０側に形成される弁作用金属層とで形成されていてもかまわない。また、第２の接合層２２０は、ｎコンタクト層１４０ａ側と公知な透明電極材料の層を介して積層されてもよい。この場合、公知な透明電極材料の層は、ｎコンタクト層１４０ａ側と接合する接合層の機能を有する。
【００８０】
また、第２の接合層２２０は厚みが５オングストローム以上１０００オングストローム以下の範囲の薄膜であること、より好ましくは１０オングストローム以上４００オングストローム以下の範囲の薄膜であることが好ましい。なお、厚みが５オングストローム未満になると、第２の接合層２２０の強度が低下し、これによりｎコンタクト層１４０ａに対する第２のボンディングパッド電極２３０の接合強度が低下するので好ましくない。
【００８１】
次に、本実施の形態における第２の接合層２２０の形成工程について説明する。
本実施の形態では、これから説明するように、第１の接合層１９０と第２の接合層２２０とが、同一のプロセスにおいて形成される。このため、第１の接合層１９０も第２の接合層２２０と同様の構成を有することになる。ただし、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、例えば第１の接合層１９０を実施の形態１で説明した構成とする一方、第２の接合層２２０を本実施の形態で説明する構成としても差し支えない。
【００８２】
＜接合層形成工程＞
透明電極形成工程によって透明電極１７０の形成が行われた後、スパッタ法により、透明電極１７０の露出面上に第１の接合層１９０を形成するとともに、半導体層露出面１４０ｃの露出面に第２の接合層２２０を形成する。
接合層形成工程では、上述したように、バルブメタルの窒化物の層が透明電極１７０および半導体層露出面１４０ｃと接するように製膜を行う。ここで、スパッタ法を用い、バルブメタルの窒化膜を形成する手法としては、例えばバルブメタルからなる金属ターゲットを用い、窒素を含む雰囲気下においてスパッタを行う方法が挙げられる。ここで、スパッタの雰囲気としては、アルゴンに対して０．１体積％以上２０体積％以下、より好ましくは１．０体積％以上１０体積％以下の窒素が存在していることが好ましい。このとき、例えば第１の接合層１９０の透明電極１７０側および第２の接合層２２０の半導体層露出面１４０ｃ側をバルブメタル窒化物層とし、第１の接合層１９０の第１のバリア層２００ａ側および第２の接合層２２０の第２のバリア層２３０ａ側をバルブメタル層とする場合には、接合層形成工程の初期における窒素濃度を高くし、接合層形成工程の終期における窒素濃度を初期よりも低くあるいは酸素供給を停止するようにすればよい。また、バルブメタルの窒化物を形成する他の手法としては、例えばバルブメタル窒化物からなる金属窒化物ターゲットを用い、窒素を含む雰囲気下あるいは窒素を含まない雰囲気下においてスパッタを行う方法が挙げられる。
【実施例】
【００８３】
次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、各種製造条件を組み合わせて図１に示す半導体発光素子１の製造を行い、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との間の導通状態すなわちオーミック特性について検討を行い、また、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との密着性について、公知なテープ剥離試験（テープ試験）に基づき検討を行った。なお、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との密着性には、ｎコンタクト層１４０ａと第２の接合層２２０との密着性および第２の接合層２２０と第２のボンディングパッド電極２３０における第２のバリア層２３０ａとの密着性が大きく影響している。
【００８４】
図４は、実施例１〜６および比較例１〜３における各種製造条件と、各々の評価結果との関係を示している。
ここで、図４には、製造条件として、接合層形成工程におけるスパッタのターゲット材（接合層金属）と、スパッタにおける雰囲気への酸素導入の有無と、スパッタにおける雰囲気への窒素導入の有無とを記載している。
また、図４には、評価項目として、ｎコンタクト層１４０ａおよび第２のボンディングパッド電極２３０間のオーミック特性と、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド２３０との密着性をＡ、Ｂ、Ｃの３ランクで示した。なお、評価「Ａ」は「良」を、評価「Ｂ」は「やや良」を、評価「Ｃ」は「不良」をそれぞれ意味している。
【００８５】
実施例１、４および比較例１では、第２の接合層２２０を形成するためのスパッタのターゲット材としてＴａターゲットを用いた。また、実施例２、５および比較例２では、第２の接合層２２０を形成するためのスパッタのターゲット材としてＮｂターゲットを用いた。さらに、実施例３、６および比較例３では、第２の接合層２２０を形成するためのスパッタのターゲット材としてＴｉターゲットを用いた。
また、実施例１〜３ではスパッタの雰囲気中に酸素を導入し、実施例４〜６ではスパッタの雰囲気中に窒素を導入した。これに対し、比較例１〜３ではスパッタの雰囲気中に酸素や窒素を導入せず、Ａｒのみを用いた。
さらに、実施例１〜６および比較例１〜３において、第２のバリア層２３０ａをＰｔで、第２のボンディング層２３０ｂをＡｕで、それぞれ作製した。
【００８６】
次に、評価結果について説明する。
実施例１〜６においては、いずれも密着性の評価がＢ以上となった。すなわち、接合層形成工程においてスパッタの雰囲気に酸素あるいは窒素を導入することによって、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との密着性が向上することが確認された。特に、窒素雰囲気下でＮｂあるいはＴａをターゲットとしてスパッタを行った実施例４、５では、密着性の評価がＡであることに加え、オーミック特性の評価もＡとなった。
【００８７】
一方、比較例１〜３においては、オーミック特性の評価はすべてＡであるものの、密着性の評価がいずれもＣとなった。すなわち、接合層形成工程においてスパッタの雰囲気に酸素または窒素を導入しない場合には、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２３０との密着性が低下することが確認された。
【００８８】
このように、バルブメタルの酸化物あるいは窒化物によって第２の接合層２２０を構成することにより、半導体発光素子１のｎコンタクト層１４０ａと第２の電極２４０との密着性が向上することが理解される。
【００８９】
なお、本実施の形態が適用される半導体発光素子１では、バルブメタルの酸化物あるいは窒化物によって第２の接合層２２０が構成されているが、この第２の接合層２２０は電極として使用するのに十分な電気伝導特性を有している。これは、第２の接合層２２０において、バルブメタルの酸化物が、例えばＴａの場合においてはＴａ2Ｏ5の形ではなく、Ｔａ2Ｏ5-xの導電体の形で存在していること、あるいは、バルブメタルの窒化物が、例えばＴａの場合においてはＴａＮ1-xの導電型の形で存在していることに起因するものと考えられる。
【００９０】
なお、本実施の形態では、発光層１５０を有する半導体発光素子１を例に説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限られない。
すなわち、本発明は、Ｎを含むＩＩＩ属窒化物半導体にボンディング用の電極を形成する場合に適用可能である。したがって、本発明が適用され得る対象として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）に加え、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）等の各種電子デバイスが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】半導体発光素子の断面模式図である。
【図２】半導体発光素子の平面模式図である。
【図３】半導体発光素子を構成する積層半導体層の断面模式図である。
【図４】各実施例および各比較例における半導体発光素子の製造条件および評価結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１…半導体発光素子、１００…積層半導体層、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４０ａ…ｎコンタクト層、１４０ｂ…ｎクラッド層、１４０ｃ…半導体層露出面、１５０…発光層、１５０ａ…障壁層、１５０ｂ…井戸層、１６０…ｐ型半導体層、１６０ａ…ｐクラッド層、１６０ｂ…ｐコンタクト層、１６０ｃ…上面、１７０…透明電極、１８０…保護層、１９０…第１の接合層、２００…第１のボンディングパッド電極、２００ａ…第１のバリア層、２００ｂ…第１のボンディング層、２１０…第１の電極、２２０…第２の接合層、２３０…第２のボンディングパッド電極、２３０ａ…第２のバリア層、２３０ｂ…第２のボンディング層、２４０…第２の電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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