(57)【要約】  窒化物半導体発光素子（１）は、基板（１１）と、基板（１１）の上に積層される窒化物半導体積層部（１２）と、窒化物半導体積層部（１２）の上に設けられる電流拡散層（１４）と、電流拡散層（１４）の上に設けられる第１保護膜（１５）と、第１電極（１７Ａ）と、を備える。窒化物半導体積層部（１２）は、基板（１１）の上に設けられる第１導電型窒化物半導体層（１２２）と、第１導電型窒化物半導体層（１２２）の上に設けられる活性層（１２３）と、活性層（１２３）の上に設けられる第２導電型窒化物半導体層（１２４）と、を有する。第１電極（１７Ａ）は、第１導電型窒化物半導体層（１２２）と電気的に接続される。また、第１電極（１７Ａ）の一部が、第１保護膜（１５）を介して第２導電型窒化物半導体層（１２４）の上部に形成される。
2013051326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に積層され、前記基板の上に設けられる第１導電型窒化物半導体層と、前記第１導電型窒化物半導体層の上に設けられる活性層と、前記活性層の上に設けられる第２導電型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体積層部と、
前記窒化物半導体積層部の上に設けられる電流拡散層と、
前記電流拡散層の上に設けられる第１保護膜と、
前記第１導電型窒化物半導体層と電気的に接続される第１電極と、
を備え、
前記第１電極の一部が、前記第１保護膜を介して、前記第２導電型窒化物半導体層の上部に形成されることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
少なくとも、前記窒化物半導体積層部の主面の垂直上方からみた平面視において前記第１電極の周縁の一部に沿う領域に、前記第１導電型窒化物半導体層に達する溝部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１電極の一部が、前記第１保護膜を介して、前記電流拡散層の上部に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記電流拡散層上に設けられる第２電極をさらに備え、
前記第１電極が、前記第１導電型窒化物半導体積層部との間に設けられる第１反射電極層を有し、
前記第２電極が、前記第２導電型窒化物半導体積層部との間に設けられる第２反射電極層を有し、
前記第１反射電極層及び前記第２反射電極層は、前記活性層から放出される光を反射することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記電流拡散層上に設けられる第２電極をさらに備え、
前記窒化物半導体積層部の主面の垂直上方からみた平面視において、前記第２電極と略重なる領域に前記第１保護膜の一部が形成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
少なくとも前記第１保護膜の上に形成される第２保護膜をさらに備え、
前記第２保護膜の屈折率は前記第１保護膜の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
基板の上に設けられる第１導電型窒化物半導体層と、前記第１導電型窒化物半導体層の上に設けられる活性層と、前記活性層の上に設けられる第２導電型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体積層部が前記基板の上に積層されるステップと、
前記窒化物半導体積層部の上に、電流拡散層が設けられるステップと、
前記電流拡散層の上に、第１保護膜が設けられるステップと、
前記第１導電型窒化物半導体層と電気的に接続される第１電極が設けられるステップと、
を備え、
前記第１電極が設けられるステップでは、前記第１保護膜を介して前記第２導電型窒化物半導体層の上部に前記第１電極の一部が形成されることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１電極が設けられるステップが、
前記窒化物半導体積層部の主面の垂直上方からみた平面視において前記第１導電型窒化物半導体層を露出させる段差部が形成されるステップと、
少なくとも、前記窒化物半導体積層部の主面の垂直上方からみた平面視において前記第１電極の周縁の一部に沿う領域に、前記第１導電型窒化物半導体層に達する溝部が形成されるステップと、
前記段差部及び前記溝部の少なくとも一部において前記第１導電型窒化物半導体層の上部に前記第１電極が形成されるとともに、前記第１保護膜を介して前記第２導電型窒化物半導体層の上部に前記第１電極の一部が形成されるステップと、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体材料を用いて作製される半導体発光素子、及び半導体発光素子の製造方法に関し、特に窒化物半導体発光素子、及び窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な窒化物半導体発光素子は、サファイア基板上において順次積層されたｎ型窒化物半導体層、発光層およびｐ型窒化物半導体層を含んでいる。これらのｐ型窒化物半導体層及びｎ型窒化物半導体層には、それぞれ、外部電源と接続するためのｐ側電極及びｎ側電極が接続されている。【０００３】
一般にｐ型窒化物半導体層のシート抵抗はｎ型窒化物半導体層に比べて高いので、ｐ型窒化物半導体層内の電流拡散を補助する目的のために、ｐ型窒化物半導体層の上面のほぼ全体には、たとえばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などで構成される透明電極層が積層され、この透明電極層の上にｐ側電極が形成される。このように、透明電極層は、発光層からの光を透過させるとともに、電流拡散層として機能している。【０００４】
また、窒化物半導体発光素子にサファイア基板などの絶縁性基板が用いられている場合、その基板の裏面上にはｎ側電極を形成することができないので、ｎ側電極はｐ側電極と同じ側の主面に形成される。たとえば、特許文献１〜５の半導体発光素子では、ｐ型半導体層の上部にｐ側電極を形成するとともに、一部領域のｐ型半導体層及び発光層をエッチングにより除去して、ｎ型窒化物半導体層を部分的に露出させ、その露出領域上にｎ側電極を形成している。【０００５】
ｐ側電極及びｎ側電極は金属材料を用いて比較的厚く形成され、発光層から放出される光がｐ側電極及びｎ側電極を透過することはできない。そのため、従来では、ｐ側電極及びｎ側電極での光吸収により、窒化物半導体発光素子の光取出し効率の損失が大きいという問題がある。【０００６】
そこで、特許文献４では、ｐ側電極及びｎ側電極による光の吸収を抑制するため、ｐ側電極及びｎ側電極の下に透明導電膜を設けることによって光取出し効率を高めるという提案が出されている。また、特許文献５では、フリップチップ実装される窒化物半導体発光素子に関して、ｐ型窒化物半導体層からｎ型窒化物半導体層に貫通するスルーホールを通じて、ｎ側電極がｎ型窒化物半導体層とオーミックコンタクトを取るような構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−７１３４０号公報
【特許文献２】特開２０１１−６６４６１号公報
【特許文献３】特開平８−２５０７６９号公報
【特許文献４】特開２００５−３１７９３１号公報
【特許文献５】特開２０１１―７１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような電極配置をした窒化物半導体発光素子をフェイスアップ実装する際には、ワイヤボンドするために、ｐ側電極及びｎ側電極が一定の実装用面積を必要とする。特に、ｎ側電極に一定の接続用面積を確保するためには、その確保する面積に応じて、ｎ型窒化物半導体層の露出領域を広くとる必要が生じることになる。そのため、チップサイズの大型化を招くという問題があった。また、チップサイズを大きくしない場合には、ｎ型窒化物半導体層の露出領域を広くした分だけ、窒化物半導体発光素子の発光面積が狭くなる。そのため、窒化物半導体発光素子の光の取り出し効率が悪くなるという問題が生じる。このような問題に関して、特許文献１〜５では何ら考慮されていない。【０００９】
また、光の取り出し効率に関していうと、特許文献４では、ｐ側電極及びｎ側電極の下には、電流拡散層として機能する第１透明電極層と、ｐ側電極及びｎ側電極による光吸収を抑制するための第２透明電極層とが別々に形成されている。さらに、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の仕事関数がそれぞれ異なるので、ｐ側電極の下とｎ側電極の下とでは、電極と透明電極層との間のオーミックコンタクトをとるためにそれぞれ異なる前処理工程が必要となる。そのため、工程数が増加して製造プロセスが複雑化し、また、製造コストの増加も招くという問題が出かねない。【００１０】
また、特許文献５では、幾つかの小さな貫通孔を通じて、ｎ側電極がｎ型半導体層とオーミックコンタクトをとれるようにしている。ところが、このような構造の半導体発光素子をフェイスアップ実装すると、ｎ側電極の中央に段差が出来てしまい、ワイヤボンドの際に、Ａｕボールの密着性が低下するおそれがある。さらに、ｎ側電極の中央に生じた段差を避けてワイヤボンドするには、平坦部の面積を確保するために、電極面積をさらに増大させる必要がある。その場合、電極に遮蔽される光の割合が増えるため、光の取出し効率がさらに悪くなる。【００１１】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、チップサイズを大きくすることなく、発光面積を最大限に確保して、光の取り出し効率をより一層改善することができる窒化物半導体発光素子、及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体発光素子は、基板と、前記基板の上に積層され、前記基板の上に設けられる第１導電型窒化物半導体層と、前記第１導電型窒化物半導体層の上に設けられる活性層と、前記活性層の上に設けられる第２導電型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体積層部と、前記窒化物半導体積層部の上に設けられる電流拡散層と、前記電流拡散層の上に設けられる第１保護膜と、前記第１導電型窒化物半導体層と電気的に接続される第１電極と、を備え、前記第１電極の一部が、前記第１保護膜を介して、前記第２導電型窒化物半導体層の上部に形成される。【００１３】
上記構成によれば、第１導電型窒化物半導体層と電気的に接続される第１電極の一部を、第１保護膜を介して第２導電型窒化物半導体層の上部に形成することにより、第１電極の形成による発光面積の減少を最小限に止めることができる。よって、チップサイズを大きくすることなく、発光面積を最大限に確保して、光の取り出し効率をより一層改善することができる窒化物半導体発光素子を容易に得ることができる。【００１４】
さらに、電流拡散層と第２導電型窒化物半導体層との接触面積も最大限に確保することができるので、窒化物半導体発光素子の駆動電圧の低減も実現することができる。【００１５】
また、上記構成において、少なくとも、前記窒化物半導体積層部の主面の垂直上方からみた平面視において前記第１電極の周縁の一部に沿う領域に、前記第１導電型窒化物半導体層に達する溝部が形成されてもよい。【００１６】
また、上記構成において、前記第１電極の一部が、前記第１保護膜を介して、前記電流拡散層の上部に形成されてもよい。【００１７】
また、上記構成において、前記電流拡散層上に設けられる第２電極をさらに備え、前記第１電極が、前記第１導電型窒化物半導体積層部との間に設けられる第１反射電極層を有し、前記第２電極が、前記第２導電型窒化物半導体積層部との間に設けられる第２反射電極層を有し、前記第１反射電極層及び前記第２反射電極層は、前記活性層から放出される光を反射してもよい。【００１８】
また、上記構成において、前記電流拡散層上に設けられる第２電極をさらに備え、前記窒化物半導体積層部の主面の垂直上方からみた平面視において、前記第２電極と略重なる領域に前記第１保護膜の一部が形成されてもよい。【００１９】
また、上記構成において、少なくとも前記第１保護膜の上に形成される第２保護膜をさらに備え、前記第２保護膜の屈折率は前記第１保護膜の屈折率よりも低いものとしてもよい。【００２０】
また、上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、基板の上に設けられる第１導電型窒化物半導体層と、前記第１導電型窒化物半導体層の上に設けられる活性層と、前記活性層の上に設けられる第２導電型窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体積層部が前記基板の上に積層されるステップと、前記窒化物半導体積層部の上に、電流拡散層が設けられるステップと、前記電流拡散層の上に、第１保護膜が設けられるステップと、前記第１導電型窒化物半導体層と電気的に接続される第１電極が設けられるステップと、を備え、前記第１電極が設けられるステップでは、前記第１保護膜を介して前記第２導電型窒化物半導体層の上部に前記第１電極の一部が形成される。【００２１】
上記構成によれば、第１導電型窒化物半導体層と電気的に接続される第１電極の一部を、第１保護膜を介して第２導電型窒化物半導体層の上部に形成することにより、第１電極の形成による発光面積の減少を最小限に止めることができる。よって、チップサイズを大きくすることなく、発光面積を最大限に確保して、光の取り出し効率をより一層改善することができる窒化物半導体発光素子の製造方法を容易に得ることができる。【００２２】
また、上記構成において、前記第１電極が設けられるステップが、前記窒化物半導体積層部の主面の垂直上方からみた平面視において前記第１導電型窒化物半導体層を露出させる段差部が形成されるステップと、少なくとも、前記窒化物半導体積層部の主面の垂直上方からみた平面視において前記第１電極の周縁の一部に沿う領域に、前記第１導電型窒化物半導体層に達する溝部が形成されるステップと、前記段差部及び前記溝部の少なくとも一部において前記第１導電型窒化物半導体層の上部に前記第１電極が形成されるとともに、前記第１保護膜を介して前記第２導電型窒化物半導体層の上部に前記第１電極の一部が形成されるステップと、を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、チップサイズを大きくすることなく、発光面積を最大限に確保して、光の取り出し効率をより一層改善することができる窒化物半導体発光素子、及び窒化物半導体発光素子の製造方法を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造図である。
【図１Ｂ】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の上面図である。
【図２】ｐ側電極及びｎ側電極付近の拡大断面図である。
【図３Ａ】窒化物半導体積層部の形成工程を説明するための断面構造図である。
【図３Ｂ】電流阻止層の積層工程を説明するための断面構造図である。
【図３Ｃ】エッチングによる電流阻止層の形成工程を説明するための断面構造図である。
【図３Ｄ】電流拡散層の形成工程を説明するための断面構造図である。
【図３Ｅ】段差部及び溝部の形成工程を説明するための断面構造図である。
【図３Ｆ】第１保護膜の形成工程を説明するための断面構造図である。
【図３Ｇ】ｎ側電極及びｐ側電極の形成工程を説明するための断面構造図である。
【図３Ｈ】第２保護膜の形成工程を説明するための断面構造図である。
【図４】本実施形態の変形例に係る窒化物半導体発光素子の断面構造図である。
【図５】本実施形態の他の変形例に係る窒化物半導体発光素子の上面構造図である。
【図６】本実施形態の他の変形例に係る窒化物半導体発光素子の上面構造図である。
【図７】本実施形態の他の変形例に係る窒化物半導体発光素子の上面構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
【００２６】
図１Ａは本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造図である。また、図１Ｂは本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の上面図である。なお、図１Ａは、図１ＢのＡ−Ａ線における縦断面を示している。先ず、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１の構造を説明する。
【００２７】
図１Ａに示すように、窒化物半導体発光素子１は、基板１１と、窒化物半導体積層部１２と、電流阻止層１３と、電流拡散層１４と、第１保護膜１５と、第２保護膜１６と、ｎ側電極１７Ａ（第１電極）と、ｐ側電極１７Ｂ（第２電極）と、を備えている。また、窒化物半導体積層部１２は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）を用いて形成される複数のエピタキシャル層で構成されている。具体的には、窒化物半導体積層部１２は、バッファ層１２１と、ｎ型窒化物半導体層１２２と、活性層１２３と、ｐ型窒化物半導体層１２４と、を含んで構成されている。
【００２８】
なお、本実施形態において、ｎ型窒化物半導体層１２２は本発明の第１導電型窒化物半導体層の一例であり、ｐ型窒化物半導体層１２４は本発明の第２導電型窒化物半導体層の一例である。
【００２９】
基板１１は、たとえばサファイア基板であり、（０００１）面方位の主面を有している。基板１１の一方の主面には、複数の基板凸部１１０が形成されている。この基板凸部１１０は略円錐台状又は略円錐状をしている。基板１１の主面の法線方向における基板凸部１１０の高さはたとえば０．６μｍである。また、基板１１の主面の法線方向からみた平面視において、基板１１の主面での基板凸部１１０の平面形状は、たとえば直径１μｍの円形となっている。また、基板１１の主面の法線方向からみた平面視において、基板１１の主面での各基板凸部１１０の平面形状の中心が仮想の正三角形の各頂点に位置するとともに、この仮想の正三角形の３辺の方向に配列するように、各基板凸部１１０が規則的に配置されている。また、各基板凸部１１０間のピッチはたとえば２μｍである。このように、基板１１の主面に複数の基板凸部１１０を形成すると、該主面上に窒化物半導体積層部１２を積層させたとき、窒化物半導体発光素子１の内部量子効果及び光取り出し効率を向上させることができる。
【００３０】
具体的には、ＬＥＰＳ（Lateral  Epitaxy  on  the  Patterned  Substrate）法により、基板１１の主面上に低転位密度の窒化物半導体積層部１２を積層することができる。ＬＥＰＳ法では、たとえば基板凸部１１０の側面の略法線方向に優先して結晶成長をさせるので、結晶成長の過程においてファセット面により成長膜中の転位が曲げられる。その結果、結晶成長の過程において、基板１１の主面の略法線方向（たとえば図１ＡのＺ方向）への転位の伝播が抑制されるため、成長膜中の転位密度が低減する。そのため、窒化物半導体発光素子１の内部量子効果を向上させることができる。
【００３１】
また、窒化物半導体積層部１２の屈折率が大きいため、従来の窒化物半導体発光素子では内部で光の全反射が起こり易くなっている。一方、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１のように基板１１の主面に複数の基板凸部１１０を形成すると、光を散乱させ、光の全反射を抑制することができる。また、各基板凸部１１０間のピッチを小さくすることにより、光の回折効果も期待できる。従って、窒化物半導体発光素子１をたとえばフリップチップ実装などのフェイスダウン実装するとき、光取り出し効率を向上させることができる。
【００３２】
基板１１の主面上には、たとえばＬＥＰＳ法により、窒化物半導体積層部１２が積層されている。具体的には、ＡｌＮを用いて形成されるバッファ層１２１を介して、ｎ型窒化物半導体層１２２が積層されている。このｎ型窒化物半導体層１２２は、ＧａＮを用いて形成される下地層（不図示）と、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮを用いて形成されるコンタクト層（不図示）と、を含んで構成されている。下地層の厚さはたとえば厚さ９μｍであり、コンタクト層の厚さはたとえば２μｍである。また、コンタクト層のキャリア濃度はたとえば約６×１０１８ｃｍ−３である。また、ｎ型窒化物半導体層１２２の上には、活性層１２３が積層されている。この活性層１２３は、井戸層と障壁層とが交互に複数回繰り返し積層された多重量子井戸構造を有している。本実施形態では、井戸層はｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを用いて形成され、その厚さはたとえば厚さ３．５ｎｍである。また、障壁層はＳｉドープＧａＮを用いて形成され、その厚さはたとえば６ｎｍである。活性層１２３の上には、ｐ型窒化物半導体層１２４が積層されている。
【００３３】
また、ｐ型窒化物半導体層１２４の上面の一部領域には、たとえばＳｉＯ２などの透明誘電体材料を用いて、電流阻止層１３が形成されている（図１Ａ参照）。なお、以下では、ｐ型窒化物半導体層１２４の上面において電流阻止層１３が形成される一部領域を第１領域と呼ぶ。
【００３４】
この第１領域は、窒化物半導体積層部１２の主面の垂直上方（たとえば図１ＡのＺ方向）から見た平面視において、ｐ側電極１７Ｂとほぼ重なる。そのため、ｐ側電極１７Ｂからの電流が、ｐ側電極１７Ｂの真下にある第１領域には流れ込まず、第１領域以外の発光に寄与する領域に流れ込むことになる。よって、窒化物半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００３５】
また、電流阻止層１３は、ｐ型窒化物半導体層１２４よりも屈折率の低い材料を用いて形成されているため、活性層１２３から放出されてｐ側電極１７Ｂに向かう光が、ｐ側電極１７Ｂに入射する前に、ｐ型窒化物半導体層１２４と電流阻止層１３との間の界面で全反射しやすくなっている。たとえば、活性層１２３から放出されてｐ側電極１７Ｂに向かう光がｐ型窒化物半導体層１２４から電流阻止層１３に入射するとき、この光の入射角がｐ型窒化物半導体層１２４と電流阻止層１３との間の界面での全反射条件の臨界角よりも大きい場合には、この光はｐ型窒化物半導体層１２４と電流阻止層１３との間の界面にて全反射される。従って、ｐ側電極１７Ｂによる、活性層１２３から放出される光の吸収を抑制することができる。
【００３６】
また、電流阻止層１３及びｐ型窒化物半導体層１２４の上には、電流拡散層１４が積層されている。この電流拡散層１４は、たとえばＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide；インジウム錫酸化物）を用いて形成される透明導電膜であり、その厚さはたとえば１３０ｎｍである。なお、電流拡散層１４の厚さは、１００ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。電流拡散層１４の厚さが１００ｎｍよりも薄いと、電流拡散層１４のシート抵抗が上昇して、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧が高くなる。一方、電流拡散層１４の厚さが３４０ｎｍより厚いと、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を低減させることはできるが、活性層１２３から放出される光を電流拡散層１４が吸収し、窒化物半導体発光素子１の光出力が低下してしまう。
【００３７】
また、電流拡散層１４の屈折率（たとえばｎ１４＝１．９）は、ｐ型窒化物半導体層１２４の屈折率（たとえばｎ１２４＝２．５５）よりも小さくなっている。そのため、活性層１２３から放出される光が、ｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂに入射する前に、ｐ型窒化物半導体層１２４と電流拡散層１４との間の界面で全反射しやすくなっている。たとえば、活性層１２３から放出されてｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂに向かう光がｐ型窒化物半導体層１２４から電流拡散層１４に入射するとき、この光の入射角がｐ型窒化物半導体層１２４と電流拡散層１４との間の界面での全反射条件の臨界角よりも大きい場合には、この光はｐ型窒化物半導体層１２４と電流拡散層１４との間の界面にて全反射される。よって、ｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂでの光吸収をより一層抑制することができる。
【００３８】
また、窒化物半導体積層部１２の主面の垂直上方（Ｚ方向）からみた平面視において、窒化物半導体積層部１２及び電流拡散層１４の周縁部には、エッチングにより段差部１８が形成されている（図１Ａ及び図１Ｂ参照）。この段差部１８の幅は、Ｚ方向からみた平面視において、後述する第１保護膜１５の膜厚及び第２保護膜１６の膜厚の総和よりも少し大きい程度である。或いは、その総和とほぼ同じとしてもよい。
【００３９】
また、Ｚ方向から見た平面視において、ｎ側電極１７Ａの周縁部の一部に沿う領域にも、エッチングにより溝部１９が形成されている（図１Ｂ参照）。この溝部１９のＹ方向の幅ｗは、Ｚ方向からみた平面視において、後述する第１保護膜１５の膜厚及び第２保護膜１６の膜厚の総和の２倍よりも少し大きい程度である。或いは、その総和の２倍とほぼ同じとしてもよいし、若しくは、ｎ側電極１７Ａの上面に形成される第２保護膜１６の幅とほぼ同じにしてもよい。
【００４０】
また、段差部１８及び溝部１９の深さは、電流拡散層１４の上面からＺ方向にｎ型窒化物半導体層１２２に達している。また、段差部１８及び溝部１９において、ｎ型窒化物半導体層１２２では、エッチング処理などにより、その上面から予め定められた深さまでの部分が除去されている。
【００４１】
また、電流拡散層１４の上面、段差部１８及び溝部１９の内面には、第１保護膜１５が形成されている。この第１保護膜１５は、たとえばＳｉＯ２などを用いて形成される透明誘電体膜である。
【００４２】
また、第１保護膜１５には、エッチングにより、第１開口１５１ａ及び第２開口１５１ｂが形成されている。第１開口１５１ａは、ｎ型窒化物半導体層１２２と後述するｎ側電極１７Ａとの間にオーミックコンタクトをとるための開口であり、段差部１８の一部及び溝部１９の底面の一部領域上の第１保護膜１５に形成されている。また、第２開口１５１ｂは、電流拡散層１４と後述するｐ側電極１７Ｂとの間にオーミックコンタクトをとるための開口であり、Ｚ方向からみた平面視において後述するｐ側電極１７Ｂと重なる領域（以下、ｐ側領域と呼ぶ。）の周縁部の内側のリング状の周縁近傍領域（以下、リング状領域と呼ぶ。）に形成されている。言い換えると、この第２開口１５１ｂの形成により、Ｚ方向からみた平面視において、電流阻止層１３が形成されている第１領域のうちのリング状領域を除く中心領域の上部には、第１保護膜１５の一部１５２が形成されている。このように、ｐ側電極１７Ｂの下部に第１保護膜１５の一部１５２を残すことによって、第１保護膜１５とｐ側電極１７Ｂとの間での界面の活性層１２３から放出される光に対する反射率を高めることができる。
【００４３】
また、電流阻止層１３の上部には、電流拡散層１４、及び第１保護膜１５の一部１５２を介して、ｐ側電極１７Ｂが形成されている。言い換えると、Ｚ方向からみた平面視において、ｐ側電極１７Ｂが形成されるｐ側領域は電流阻止層１３が形成される第１領域とほぼ重なる。また、ｐ側電極１７Ｂは、リング状領域にて、電流拡散層１４と接している。
【００４４】
また、段差部１８及び溝部１９の内部では、第１保護膜１５を介して、ｎ型窒化物半導体層１２２の上にｎ側電極１７Ａが形成されている。このｎ側電極１７Ａは、第１開口１５１ａを介してｎ型窒化物半導体層１２２と電気的に接続されている。また、このｎ側電極１７Ａの一部は、第１保護膜１５を介して電流拡散層１４の上部にも形成されている。
【００４５】
こうすれば、ｎ側電極１７Ａの形成による発光面積の減少を最小限に止めることができる。よって、チップサイズ（特に窒化物半導体発光素子１の主面の面積）を大きくすることなく、発光面積を最大限に確保して、光の取り出し効率をより一層改善することができる窒化物半導体発光素子１を容易に得ることができる。さらに、電流拡散層１４とｐ型窒化物半導体層１２４との接触面積も最大限に確保することができるので、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧の低減も実現することができる。
【００４６】
また、窒化物半導体積層部１２及び電流拡散層１４とｎ側電極１７Ａとの間には第１保護膜１５が形成されているので、ｎ側電極１７Ａは、活性層１２３、ｐ型窒化物半導体層１２４、及び電流拡散層１４とショートすることがない。また、第１保護膜１５の屈折率（たとえばｎ１５＝１．４６）がｎ側電極１７Ａの屈折率よりも低いため、第１保護膜１５とｎ側電極１７Ａとの間の界面での活性層１２３から放出される光に対する反射率を高めることができる。
【００４７】
次に、ｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂは、第１密着層１７１、反射電極層１７２、第２密着層１７３、バリア層１７４、及び導電層１７５を含んで構成される。図２は、本実施形態に係るｎ側電極及びｐ側電極の構造を示す断面図である。図２に示すように、ｎ側電極１７Ａは、第１密着層１７１Ａ、反射電極層１７２Ａ、第２密着層１７３Ａ、バリア層１７４Ａ、及び導電層１７５Ａが窒化物半導体積層部１２側から順に積層された多層電極構造を有している。また、ｐ側電極１７Ｂは、第１密着層１７１Ｂ、反射電極層１７２Ｂ、第２密着層１７３Ｂ、バリア層１７４Ｂ、及び導電層１７５Ｂが窒化物半導体積層部１２側から順に積層された多層電極構造を有している。
【００４８】
第１密着層１７１及び第２密着層１７３はたとえばＮｉを用いて形成される。また、反射電極層１７２は、たとえばＡｌ、Ａｇ、Ｒｈなどを用いて形成され、活性層１２３から放出される光を反射する。また、バリア層１７４はたとえばＰｔを用いて形成される。こうすれば、Ｐｔはバリア効果が高いために、バリア層に高いバリア効果を得ることができる（図２参照）。また、導電層１７５は、たとえばＡｕなどの電気伝導率の高い材料を用いて形成される。
【００４９】
次に、少なくとも第１保護膜１５の上には、第２保護膜１６が形成されている。具体的には、第２保護膜１６は、窒化物半導体積層部１２の主面の垂直上方からみた平面視においてｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂが形成される領域を除いて、第１保護膜１５の上に形成されている。さらに、第２保護膜１６は、ｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂの側面、ｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂの上面の周縁近傍領域にも形成されている。この第２保護膜１６は、第１保護膜１５よりも屈折率の低い材料を用いて形成される透明誘電体膜である（たとえば１＜ｎ１６＜１．４６）。
【００５０】
なお、本実施形態では、エッチング処理などにより外部に露出した活性層１２３は既に第１保護膜１５で覆われているので、第２保護膜１６の形成は必須ではない。しかしながら、本実施形態のように第２保護膜１６を形成すると、外気（たとえば空気）と第１保護膜１５との間に、外気の屈折率（たとえば空気の屈折率ｎａｉｒ＝１）と第１保護膜１５の屈折率（たとえばｎ１５＝１．４６）との間の屈折率を有する第２保護膜１６を設けることになるので、活性層１２３から外部に放出される光が、外気と第１保護膜１５との間で反射されにくくなる。すなわち、活性層１２３から外部に放出される光の第１保護膜１５と第２保護膜１６との間の界面及び外気と第２保護膜１６との間の界面での反射量は、第１保護膜１５と外気との間の界面での反射量よりも少なくなる。従って、段階的な屈折率を有する２つの保護膜１５、１６で形成される二層構造を経由して電流拡散層１４から外部に放出される光の透過率は、第１保護膜１５を経由して電流拡散層１４から外部に放出される光の透過率よりも高くなる。よって、段階的な屈折率を有する２つの保護膜１５、１６で形成される二層構造により、窒化物半導体発光素子１の光取出し効率をさらに向上させることができる。
【００５１】
次に、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子１の製造方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｈは、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子１の各製造工程を説明するための図である。図３Ａは窒化物半導体積層部の形成工程を説明するための断面構造図である。また、図３Ｂは電流阻止層の積層工程を説明するための断面構造図である。また、図３Ｃはエッチングによる電流阻止層の形成工程を説明するための断面構造図である。また、図３Ｄは電流拡散層の形成工程を説明するための断面構造図である。また、図３Ｅは段差部及び溝部の形成工程を説明するための断面構造図である。また、図３Ｆは第１保護膜の形成工程を説明するための断面構造図である。また、図３Ｇはｎ側電極及びｐ側電極の形成工程を説明するための断面構造図である。また、図３Ｈは第２保護膜の形成工程を説明するための断面構造図である。
【００５２】
まず、（０００１）面方位の主面を有する基板１１を準備する。この基板１１はたとえばｎ型ＧａＡｓで構成される。そして、基板１１の主面に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、複数の凸部１１０を形成した。そして、複数の凸部１１０が形成された基板１１の主面上に、ＬＥＰＳ法により、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）又はＧａＡｓで構成される複数のエピタキシャル層を順次積層して、窒化物半導体積層部１２を形成した。
【００５３】
具体的には、図３Ａに示すように、有機金属結晶成長法又は分子線結晶成長法などを用いて、基板１１の主面上に、ＡｌＮで構成されるバッファ層１２１を積層した。その後、基板温度が約１０００℃である条件下にて、ｎ型窒化物半導体層１２２として、ＧａＮで構成される下地層（不図示）と、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮで構成されるコンタクト層（不図示）とを順次積層した。下地層の厚さはたとえば９μｍであり、コンタクト層の厚さはたとえば２μｍである。また、コンタクト層のキャリア濃度はたとえば約６×１０１８ｃｍ−３とした。そして、基板温度が約８９０℃である条件下にて、ｎ型窒化物半導体層１２２の上に、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎで構成される井戸層と、ＳｉがドープされたＧａＮで構成される障壁層とが交互に６回繰り返し積層して、活性層１２３を積層した。活性層１２３の上には、ｐ型窒化物半導体層１２４を形成した。
【００５４】
次に、図３Ｂに示すように、ｐ型窒化物半導体層１２４の上に電流阻止層１３を積層した。この電流阻止層１３には、たとえばＳｉＯ２などの屈折率が比較的低い透明誘電体材料を用いた。
【００５５】
電流阻止層１３を積層した後、図３Ｃに示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、ｐ型窒化物半導体層１２４上の所定の領域（すなわち第１領域）以外の領域に設けられた電流阻止層１３をエッチングにより除去した。
【００５６】
そして、図３Ｄに示すように、電流阻止層１３およびｐ型窒化物半導体層１２４の上に、スパッタにより、たとえばＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）で構成される電流拡散層１４を積層した。電流拡散層１４の厚さはたとえば１３０ｎｍとした。なお、電流拡散層１４の厚さは１００〜３４０ｎｍの範囲内であればよい。また、このとき測定した電流拡散層１４のシート抵抗は約２００オーム／□であった。
【００５７】
電流拡散層１４を成膜した後、酸素２％と窒素９８％の混合ガス雰囲気中で基板温度が６００℃である条件下にて、１０分の第１アニール処理を行った。第１アニール処理を行った後に、電流拡散層１４の透過率を測定したところ、波長４５０ｎｍの光に対する透過率が９４％以上に高められていた。
【００５８】
第１アニール処理の終了後、電流拡散層１４を一旦大気に曝した。その後、再び炉内に戻し、真空雰囲気中で基板温度が５００℃である条件下にて、５分の第２アニール処理を行った。第２アニール処理を行った後に、電流拡散層１４のシート抵抗を測定したところ、１１Ω／□まで低下していた。このように、この第２アニール処理を施すことにより、電流拡散層１４として形成したＩＴＯ透明導電膜のシート抵抗を低下させることができる。
【００５９】
第２アニール処理の後、図３Ｅに示すように、フォトリソグラフィ法などを用いて、エッチングにより窒化物半導体積層部１２及び電流拡散層１４の一部領域を部分的に除去した。具体的には、窒化物半導体積層部１２の主面の垂直上方（Ｚ方向）からみた平面視において、ｎ型窒化物半導体層１２２の一部、活性層１２３、Ｐ型窒化物半導体層１２４、および電流拡散層１４の周縁部の全てに沿う周縁近傍領域をエッチングにより除去して、段差部１８を形成した。さらに、Ｚ方向からみた平面視において、ｎ側電極１７Ａを形成する領域の周縁部の一部に沿う領域もエッチングにより除去して、溝部１９を形成した（図１Ｂ参照）。また、このエッチング処理では、エッチング深さがｎ型窒化物半導体層１２２の上面から所定の深さに達するまで行った。そのため、電流拡散層１４の上面の垂直上方（Ｚ方向）から平面視すると、段差部１８及び溝部１９では、ｎ型窒化物半導体層１２２が露出した状態となった。
【００６０】
エッチングにより段差部１８および溝部１９を形成した後、図３Ｆに示すように、プラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）により、電流拡散層１４の上、並びに、段差部１８及び溝部１９の内面に第１保護膜１５を成膜した。また、第１保護膜１５には、たとえばＳｉＯ２などの透明誘電体材料を用いた。
【００６１】
第１保護膜１５を形成した後、図３Ｇに示すように、電子線蒸着法およびリフトオフ法を用いて、段差部１８及び溝部１９の少なくとも一部においてｎ型窒化物半導体層１２２の上部にｎ側電極１７Ａを形成するとともに、第１保護膜１５を介して電流拡散層１４の上部にｎ側電極１７Ａの一部を形成し、さらに、電流拡散層１４上のｐ側領域にｐ側電極１７Ｂを形成した。
【００６２】
具体的には、たとえば、フォトリソグラフィ法を用いて、段差部１８及び溝部１９において第１保護膜１５を介してｎ側電極１７Ａを形成するｎ型窒化物半導体層１２２上の領域（以下、第１ｎ側領域と呼ぶ。）の一部領域、および、電流拡散層１４上のリング状領域を除いて、第１保護膜１５の上にフォトレジストパターンを形成した。なお、リング状領域は、電流拡散層１４の上面のうちのｐ側電極１７Ｂを形成する領域（すなわちｐ側領域）の周縁部の内側のリング状の周縁近傍領域である。そして、エッチング処理により、第１ｎ側領域の一部およびリング状領域の上部の第１保護膜１５を除去することにより、第１保護膜１５に第１開口１５１ａおよびリング状の第２開口１５１ｂを形成した。
【００６３】
第１開口１５１ａおよびリング状の第２開口１５１ｂを形成した後、ｐ側領域の上に残された第１保護膜１５の一部１５２の上、第１ｎ側領域の上部、及び第１保護膜１５上にてｎ側電極１７Ａの一部を形成する領域（以下、第２ｎ側領域と呼ぶ。）の上部に形成されたフォトレジストパターンのみを除去した。
【００６４】
そして、電子線蒸着法により、残したフォトレジストパターンの上、ｐ側領域の上、第１ｎ側領域および第２ｎ側領域の上に、第１密着層１７１、反射電極層１７２、第２密着層１７３、バリア層１７４、および導電層１７５を順次積層した。その後、リフトオフ法により、フォトレジストパターン上に形成された第１密着層１７１、反射電極層１７２、第２密着層１７３、バリア層１７４、および導電層１７５をフォトレジストパターンごと除去した。
【００６５】
このようにして、第１密着層１７１Ａ、反射電極層１７２Ａ、第２密着層１７３Ａ、バリア層１７４Ａ、および導電層１７５Ａを含んで構成されるｎ側電極１７Ａを第１ｎ側領域および第２ｎ側領域の上部に形成した。すなわち、Ｚ方向からみた平面視において、ｎ型窒化物半導体層１２２と電気的に接続されるｎ側電極１７Ａを、ｎ型窒化物半導体層１２２上の第１ｎ側領域（段差部１８及び溝部１９の底面の少なくとも一部）の上部に形成した。さらに、第１保護膜１５を介して電流拡散層１４の上部の第２ｎ側領域の上にも、ｎ側電極１７Ａの一部を形成した。また、第１密着層１７１Ｂ、反射電極層１７２Ｂ、第２密着層１７３Ｂ、バリア層１７４Ｂ、および導電層１７５Ｂを含んで構成されるｐ側電極１７Ｂを電流拡散層１４上のｐ側領域に形成した。
【００６６】
そして、ｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂを形成した後、プラズマＣＶＤ又はスパッタなどにより、たとえばＳｉＨ４及び酸素を含んで構成される混合ガス雰囲気中にてＳｉＯ２で構成される第２保護膜１６を形成した。具体的には、窒化物半導体積層部１２の主面の垂直上方からみた平面視においてｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂが形成される領域を除く第１保護膜１５の上、及びｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂの上面及び側面に第２保護膜１６を形成した。また、このとき、ＳｉＨ４ガスの流量及び酸素ガスの流量などを調節して、第２保護膜１６の屈折率ｎ１６が第１保護膜１５の屈折率ｎ１５よりも小さくなるように（ｎ１６＜ｎ１５）、第２保護膜１６を形成した。
【００６７】
第２保護膜１６を形成した後、フォトリソグラフィ法を用いて、ｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂの上面に開口を形成した。この開口の形成により、ｎ側電極１７Ａ及びｐ側電極１７Ｂの上面では、その周縁部の全てに沿う周縁近傍領域に第２保護膜１６を設けた。
【００６８】
以上により、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１を得ることができる。
【００６９】
なお、上述の実施形態では、第１保護膜１５を介して電流拡散層１４の上部にｎ側電極１７Ａの一部を形成したが、本実施形態の変形例として、第１保護膜１５を介してｐ型窒化物半導体層１２４の上部にｎ側電極１７Ａの一部を形成してもよい。図４は、本実施形態の変形例に係る窒化物半導体発光素子の上面図である。図４に示す窒化物半導体発光素子１ａのように、窒化物半導体積層部１２の主面の垂直上方（Ｚ方向）からみた平面視において、ｎ側電極１７Ａと重なるｐ型窒化物半導体層１２４上の領域の全域では、電流拡散層１４を形成しないようにしてもよい。さらに、当該領域の全域において、第１保護膜１５を介してｐ型窒化物半導体層１２４の上部にｎ側電極１７Ａの一部を形成してもよい。
【００７０】
こうすれば、第１保護膜１５の屈折率（たとえばｎ１５＝１．４６）が電流拡散層１４（たとえばｎ１４＝１．９）より小さい。そのため、活性層１２３から放出される光がｎ側電極１７Ａに入射する前に、活性層１２３から放出される光をｐ型窒化物半導体層１２４と第１保護膜１５との間の界面で全反射させ易くすることができる。たとえば、活性層１２３から放出されてｎ側電極１７Ａに向かう光がｐ型窒化物半導体層１２４から第１保護膜１５に入射するとき、この光の入射角がｐ型窒化物半導体層１２４と第１保護膜１５との間の界面での全反射条件の臨界角よりも大きい場合には、この光はｐ型窒化物半導体層１２４と第１保護膜１５の間の界面にて全反射される。従って、ｎ側電極１７Ａでの光吸収をより一層抑制することができる。
【００７１】
また、ｎ側電極１７Ａの一部が形成される第２ｎ側領域の下部では、ｐ型窒化物半導体層１２４と第１保護膜１５との間に電流拡散層１４が設けられていない。そのため、ｐ側電極１７Ｂからの電流が、第２ｎ側領域の真下の領域には流れ込まず、この領域以外の発光に寄与する領域に流れ込むことになる。よって、窒化物半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることもできる。
【００７２】
或いは、Ｚ方向からみた平面視において、ｎ側電極１７Ａと重なるｐ型窒化物半導体層１２４上の領域の一部領域にて電流拡散層１４を形成しないようにしてもよい。たとえば、当該領域の一部領域では第１保護膜１５を介してｐ型窒化物半導体層１２４の上部にｎ側電極の一部を形成し、第１ｎ側領域の残りの領域では第１保護膜１５を介して電流拡散層１４の上部にｎ側電極１７Ａの他の一部を形成してもよい。
【００７３】
また、上述の実施形態では、Ｚ方向からみた平面視において、ｎ側電極１７Ａの周縁部の全てに沿う周縁近傍領域のうち、ｐ側電極１７Ｂに対向する側（たとえば図１Ｂにおいてｎ側電極１７Ａの左側）にある一部には溝部１９を形成していないが、本発明はこの構成に限定されない。溝部１９は、ｎ側電極１７Ａの周縁部の全てに沿う周縁近傍領域のうちの少なくとも一部に形成されていれば、任意のパターンで形成してもよい。図５〜図７は、本実施形態の他の変形例に係る窒化物半導体発光素子の上面図である。
【００７４】
たとえば図５に示す窒化物半導体発光素子１ｂのように、窒化物半導体積層部１２の主面の垂直上方（Ｚ方向）からみた平面視において、ｎ側電極１７Ａ及び溝部１９を段差部１８から離れた位置に形成してもよい。
【００７５】
さらに、たとえば図６に示す窒化物半導体発光素子１ｃのように、ｎ側電極１７Ａの周縁部の全てに沿う周縁近傍領域のうち、ｐ側電極１７Ｂ側の一部、及びｐ側電極１７Ｂとは反対側の一部には溝部１９を形成しないようにしてもよい。さらに、ｎ側電極１７Ａの下部において図６の左右方向（Ｘ方向）に電流拡散層１４が繋がるようにしてもよい。
【００７６】
或いは、たとえば図７に示す窒化物半導体発光素子１ｄのように、ｎ側電極１７Ａの周縁部の全てに沿う周縁近傍領域のうちの４箇所に溝部１９を形成してもよい。さらに、ｎ側電極１７Ａの下部において図７の左右方向（Ｘ方向）及び上下方向（Ｙ方向）に電流拡散層１４が繋がるようにしてもよい。
【００７７】
これらのようにすれば、ｎ型窒化物半導体層１２２とｎ側電極１７Ａとの間の導通状態をより均一にすることができる。
【００７８】
以上、本発明について実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、その各構成要素及び各処理の組み合わせに色々な変形例が可能であり、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００７９】
たとえば、基板１１上に積層する窒化物半導体積層部１２の各エピタキシャル層については、その厚さ及び組成などを、所望の特性に合うものに適宜組み合わせたり変更したりすることが可能である。また、上述の実施形態において、たとえば、エピタキシャル層の追加又は削除、エピタキシャル層を積層する順序を一部入れ換えてもよい。また、一部のエピタキシャル層について導電型を変更してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、液晶表示装置のバックライト又は一般的照明などに高輝度光源として用いられる発光素子などに利用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１      窒化物半導体発光素子
１１      基板
１１０      基板凸部
１２      窒化物半導体積層部
１２１      バッファ層
１２２      ｎ型窒化物半導体層（第１導電型窒化物半導体層）
１２３      活性層
１２４      ｐ型窒化物半導体層（第２導電型窒化物半導体層）
１３      電流阻止層
１４      電流拡散層
１５      第１保護膜
１５１ａ    第１開口
１５１ｂ    第２開口
１５２      第１保護膜の一部
１６      第２保護膜
１７Ａ    ｎ側電極（第１電極）
１７Ｂ    ｐ側電極（第２電極）
１７１      第１密着層
１７２      反射電極層
１７３      第２密着層
１７４      バリア層
１７５      導電層
１８      段差部
１９      溝部
【図１Ｂ】
2013051326.tif 000003
【図５】
2013051326.tif 000004
【図６】
2013051326.tif 000005
【図７】
2013051326.tif 000006
【図１Ａ】
2013051326.tif 000007
【図２】
2013051326.tif 000008
【図３Ａ】
2013051326.tif 000009
【図３Ｂ】
2013051326.tif 000010
【図３Ｃ】
2013051326.tif 000011
【図３Ｄ】
2013051326.tif 000012
【図３Ｅ】
2013051326.tif 000013
【図３Ｆ】
2013051326.tif 000014
【図３Ｇ】
2013051326.tif 000015
【図３Ｈ】
2013051326.tif 000016
【図４】
2013051326.tif 000017
【国際調査報告】
2013051326.tif 000018
2013051326.tif 000019
2013051326.tif 000020
2013051326.tif 000021