(57)【要約】【課題】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用の透光性電極であって、オーミック接触および電流の拡散が良好であって、かつボンディングパッドの接合強度が大きい透光性の電極を提供することである。【解決手段】  窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用の透光性電極であって、ｐ型半導体層上にオーミック接触により形成されたコンタクトメタル層と、該コンタクトメタル層上に形成され、コンタクトメタルよりも電極平面での単位距離あたりの抵抗値が低い電流拡散層と、該電流拡散層上に形成されたボンディングパッドと、からなる透光性電極。【選択図】      図１
2006074019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用の透光性電極であって、ｐ型半導体層上にオーミック接触により形成されたコンタクトメタル層と、該コンタクトメタル層上に形成され、コンタクトメタル層よりも層の横方向（層の厚さ方向に対し直角方向）の単位長さあたりの抵抗値が低い電流拡散層と、該電流拡散層上に形成されたボンディングパッドと、からなる透光性電極。
【請求項２】
上記ボンディングパッドは、その面積の９０％以上を電流拡散層に接していることを特徴とする請求項１に記載の透光性電極。
【請求項３】
上記透光性電極が、金属のみからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の透光性電極。
【請求項４】
上記透光性電極が、導電性酸化物の層を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の透光性電極。
【請求項５】
上記ボンディングパッドが半導体層に接触する面積は、ボンディングパッドの面積の１０％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項６】
上記ボンディングパッドが半導体層に接触しないことを特徴とする請求項５に記載の透光性電極。
【請求項７】
上記電流拡散層は、その最上層が金属よりなる層で覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項８】
上記コンタクトメタル層が白金族金属であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項９】
上記コンタクトメタル層が白金であることを特徴とする請求項８に記載の透光性電極。
【請求項１０】
上記コンタクトメタル層の厚さが０．１〜７．５ｎｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１１】
上記コンタクトメタル層の厚さが５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１２】
上記コンタクトメタル層の厚さが０．５〜２．５ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１３】
上記電流拡散層が金、銀および銅からなる群から選ばれた金属または少なくともそれらの一種を含む合金であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１４】
上記電流拡散層が金であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１５】
上記電流拡散層の厚さが１〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１６】
上記電流拡散層の厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１７】
上記電流拡散層の厚さが３〜６ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１８】
上記ボンディングパッドが電流拡散層と接する第一の層を含み、その第一の層がＴｉ，Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒのうちから選ばれた少なくとも１種類の金属または合金を含む層であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項１９】
上記ボンディングパッドの第一層の厚さが２０〜３０００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項２０】
上記ボンディングパッドの第一の層の上に第二の層が形成され、その第二の層がＴｉ、Ｃｒのうちから選ばれた少なくとも１種類の金属または合金を含む層であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項２１】
上記ボンディングパッドの第二の層の厚さが、２０〜３０００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項２２】
上記ボンディングパッドの最上層がＡｕであることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の透光性電極。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の透光性電極を用いた発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透光性電極に関し、特に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用に適した良好な透光性とオーミック性を有する透光性電極に関する。
【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系化合物半導体材料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、種々の酸化物基板や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】
ＧａＮ系化合物半導体材料の特性として、横方向への電流拡散が小さいことがある。原因は、エピタキシャル結晶中に多く存在する基板から表面へ貫通する転位の存在であることが考えられるが、詳しいことは判っていない。さらに、ｐ型のＧａＮ系化合物半導体においてはｎ型のＧａＮ系化合物半導体の抵抗率に比べて抵抗率が高くその表面に金属を積層しただけではｐ層内の横の電流の広がりはほとんど無く、ｐｎ接合を持ったＬＥＤ構造とした場合正極の直下しか発光しない。
このため、ｐ電極として透光性電極が使用されるのが一般的である。例えば、正極としてｐ層上にＮｉとＡｕを積層させて合金化処理を行い、ｐ層の低抵抗化の促進および透光性とオーミック性を有した正極の形成を行なうことが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
パッド電極のボンディング強度を得る為に、透光性電極の一部に切り欠きを作り、この部分及び隣接する透光性電極上にまたがるパッド電極を形成する事により、直接ＧａＮ層に接する部分でボンディング強度を得ると共に透光性電極上に接する部分で電流拡散を行う構造が公開されている。（特許文献２参照）
しかしながら、オーミック接触が良好に得られる金属が、常に機械的な接触強度も強いとは限らず、ボンディングパッドを半導体層に接触させると、この部分では接触抵抗が上がってしまうために、順方向電流（ＶＦ）が上昇してしまう問題が生じた。
つまり、ボンディングパッドは半導体層に接触する面積を小さくした方が、順方向駆動電圧を下げることに効果的である。
【特許文献１】特許第２８０３７４２号公報
【特許文献２】特開平７−９４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用の透光性電極であって、オーミック接触および電流の拡散が良好であって、かつボンディングパッドの接合強度が大きい透光性の電極を提供することである。本発明において透光性とは、３００〜６００ｎｍの波長領域における光に対して透光性であることを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の目的を達成するためになされたもので、以下の各発明からなる。
（１）窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用の透光性電極であって、ｐ型半導体層上にオーミック接触により形成されたコンタクトメタル層と、該コンタクトメタル層上に形成され、コンタクトメタル層よりも層の横方向（層の厚さ方向に対し直角方向）の単位長さあたりの抵抗値が低い電流拡散層と、該電流拡散層上に形成されたボンディングパッドと、からなる透光性電極。
（２）上記ボンディングパッドは、その面積の９０％以上を電流拡散層に接していることを特徴とする上記（１）に記載の透光性電極。
（３）上記透光性電極が、金属のみからなることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の透光性電極。
【０００７】
（４）上記透光性電極が、導電性酸化物の層を含むことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の透光性電極。
（５）上記ボンディングパッドが半導体層に接触する面積は、ボンディングパッドの面積の１０％以下であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（６）上記ボンディングパッドが半導体層に接触しないことを特徴とする上記（５）に記載の透光性電極。
（７）上記電流拡散層は、その最上層が金属よりなる層で覆われていることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の透光性電極。
【０００８】
（８）上記コンタクトメタル層が白金族金属であることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（９）上記コンタクトメタル層が白金であることを特徴とする請求項８に記載の透光性電極。
（１０）上記コンタクトメタル層の厚さが０．１〜７．５ｎｍであることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（１１）上記コンタクトメタル層の厚さが５ｎｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の透光性電極。
【０００９】
（１２）上記コンタクトメタル層の厚さが０．５〜２．５ｎｍであることを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（１３）上記電流拡散層が金、銀および銅からなる群から選ばれた金属または少なくともそれらの一種を含む合金であることを特徴とする上記（１）〜（１２）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（１４）上記電流拡散層が金であることを特徴とする上記（１）〜（１３）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（１５）上記電流拡散層の厚さが１〜２０ｎｍであることを特徴とする上記（１）〜（１４）のいずれか１項に記載の透光性電極。
【００１０】
（１６）上記電流拡散層の厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜（１５）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（１７）上記電流拡散層の厚さが３〜６ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の透光性電極。
（１８）上記ボンディングパッドが電流拡散層と接する第一の層を含み、その第一の層がＴｉ，Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒのうちから選ばれた少なくとも１種類の金属または合金を含む層であることを特徴とする上記（１）〜（１７）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（１９）上記ボンディングパッドの第一層の厚さが２０〜３０００ｎｍであることを特徴とする上記（１）〜（１８）のいずれか１項に記載の透光性電極。
【００１１】
（２０）上記ボンディングパッドの第一の層の上に第二の層が形成され、その第二の層がＴｉ、Ｃｒのうちから選ばれた少なくとも１種類の金属または合金を含む層であることを特徴とする上記（１）〜（１９）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（２１）上記ボンディングパッドの第二の層の厚さが、２０〜３０００ｎｍであることを特徴とする上記（１）〜（２０）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（２２）上記ボンディングパッドの最上層がＡｕであることを特徴とする上記（１）〜（２１）のいずれか１項に記載の透光性電極。
（２３）上記（１）〜（２２）のいずれか１項に記載の透光性電極を用いた発光素子。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の透光性電極は、ｐ型半導体層上にコンタクトメタル層、その上に電流拡散層、更にその上にボンディングパッドが形成され、コンタクトメタル層は透光性にして良好なオーミック接触が得られる材料を用い、また電流拡散層は透光性にしてコンタクトメタル層よりも電極平面での単位距離あたりの抵抗値が低い材料を用い、更にボンディングパッドは電流拡散層と強固に接合する材料を用いることにより、半導体層における発光面の拡大、順方向駆動電圧の低減、良好なボンディングパッドの接合強度の効果をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の透光性電極はコンタクトメタル層、電流拡散層、ボンディングパッドが積層した構造からなっている。以下図面を参考にして説明する。
図１は、本発明の透光性電極を有する発光素子の断面を示した模式図である。１１がコンタクトメタル層、１２が電流拡散層、１３が第１の層１３１、第２の層１３２、第３の層１３３の３層からなるボンディングパッドであり、１１〜１３が本発明の透光性電極１０を構成している。図１ではボンディングパッド層は３層であるが、３層以上とすることもできる。１は基板である。２はＧａＮ系化合物半導体層であり、ｎ型半導体層３、発光層４およびｐ型半導体層５から構成される。６はバッファ層であり、２０は負極である。
【００１４】
図１では、ボンディングパッドはその下面の全面が電流拡散層に接触しており、半導体層とは接触していない。
本発明の順方向駆動電圧低下の効果を得るためにはボンディングパッドはその下面の面積の９０％以上が電流拡散層に接触していることが必要であり、好ましくは９５％以上、最も好ましくは図１のように全面が電流拡散層に接触したものである。
【００１５】
ボンディングパッド部を構成するボンディングパッド層については、各種の材料を用いた各種の構造のものが知られており、これら公知のものを特に制限されることなく用いることが出来る。
ボンディングパッドの最も下の層１３１を第１の層と呼ぶ。第１の層は、電流拡散層との密着性の良い材料を用いることが望ましく、中でも、Ｔｉ，Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒのうちから選ばれた少なくとも１種類の金属または合金を含むことが望ましい。更に望ましいのは、ＡｕまたはＣｒであり、最も望ましいのはＡｕである。
ボンディングパッドの第１の層は、厚さが２０〜３０００ｎｍであるが望ましい。第１の層が薄すぎると充分な密着の効果が得られず、厚すぎても特に利点は生ぜず、工程時間の長時間化と材料の無駄を生じるため避けるのが普通である。更に望ましくは、５０〜１０００ｎｍであり、最も望ましいのは１００〜５００ｎｍである。
【００１６】
ボンディングパッドの第１の層の上に形成される第２の層１３２は、ボンディングパッド全体の強度を強化する役割がある。このため、比較的強固な金属材料を使用するか、充分に膜厚を厚くする必要がある。
材料として望ましいのは、ＴｉとＣｒである。中でも、Ｔｉは材料の強度の点で望ましい。その厚さは２０〜３０００ｎｍであるのが望ましい。この層は、薄過ぎると充分な強度が得られず、厚すぎても特に利点は生じない。更に望ましくは、５０〜１０００ｎｍであり、最も望ましいのは１００〜５００ｎｍである。
【００１７】
ボンディングパッドの第３の層１３３（最表層）はボンディングボールとの密着性の良い材料とすることが望ましい。ボンディングボールには金を使用することが多く、金ボールとの密着性の良い金属としてはＡｕとＡｌが知られている。中でも、特に望ましいのは金である。
一方、透光性の電極は、全ての層が金属で構成されていても良いし、中に酸化物の層を含むものがあっても構わない。酸化物からなる層を電流拡散層に含む構成とした場合、ボンディングパッドと電流拡散層との機械的な密着強度を高めるため酸化物層の表面が薄い金属層で覆われている構造としても良い。
【００１８】
ボンディングパッドは複数の層から構成するのが好ましい。その作製方法としては、従来より知られているスパッタ法や蒸着法を用いることができる。ボンディングパッドを構成する複数の層を、全て同じ方法で積層しても良いし、途中で方法を変更しても良い。しかしながら、層間の密着性の観点より、積層中に空気中に取り出すことなく、全層を同じチャンバ内で積層することが望ましい。
また、ボンディングパッドの形状を形成するためには、従来から良く知られたリフトオフ法などを用いることができる。
ボンディングパッドを電流拡散層の上に形成する場合、ボンディングパッドの積層に先立って電流拡散層の表面を清浄にするための処理を施すことが望ましい。処理の方法としては、酸やアルカリを用いた湿式の洗浄、スパッタや反応性ガスへの曝露等の乾式の洗浄のほか、紫外線照射や熱処理なども採用できる。中でも、反応性ガスを用いた洗浄が有効であり、特にオゾンを用いて紫外線を照射する方法が手軽であり、効果も期待できて望ましい。
【００１９】
電流拡散層の材料は、導電率の高い金属、例えば金、銀および銅からなる群から選ばれた金属または少なくともそれらの一種を含む合金が好ましい。中でも金は、薄膜とした時の光透過率が高いことから最も好ましい。
この場合、電流拡散層の厚さは、１〜２０ｎｍが好ましい。１ｎｍ未満では電流拡散効果が十分発揮されない。２０ｎｍを超えると、電流拡散層の光透過性の低下が著しく発光出力の低下が危惧される。１０ｎｍ以下がさらに好ましい。さらに厚さを３〜６ｎｍの範囲とすることで電流拡散層の光透過性と電流拡散の効果のバランスが最も良くなり、上記のコンタクトメタル層と合わせることで正極上の全面で均一に発光し、かつ高出力な発光が得られる。
【００２０】
また、電流拡散層の材料は、導電率の高い酸化物、例えばＩＴＯ、酸化亜鉛、などからなる群から選ばれた酸化物または少なくともそれらの一種を含む材料を用いることが出来る。中でもＩＴＯは、酸化物の中でも導電性が高いことから最も好ましい。
この場合には、電流拡散層の厚さは、１〜５０００ｎｍが好ましい。１ｎｍ未満では電流拡散効果が十分発揮されない。５０００ｎｍを超えると、電流拡散層の光透過性の低下が著しく発光出力の低下が危惧される。２０００ｎｍ以下がさらに好ましい。さらに厚さを１００〜１０００ｎｍの範囲とすることで電流拡散層の光透過性と電流拡散の効果のバランスが最も良くなり、上記のコンタクトメタル層と合わせることで正極上の全面で均一に発光し、かつ高出力な発光が得られる。
【００２１】
コンタクトメタル層に要求される性能としては、ｐ層との接触抵抗が小さいことは必須である。さらに、発光層からの光を電極面側より取り出すフェイスアップマウント型の発光素子にあっては優れた光透過性が要求される。
コンタクトメタル層の材料はｐ層との接触抵抗の観点から、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族金属が好ましい。これらの中でもＰｔは、仕事関数が高く、高温熱処理を施していない比較的高抵抗なｐ型ＧａＮ系化合物半導体層に対して非加熱で良好なオーミック接触を得ることが可能なので、特に好ましい。
【００２２】
コンタクトメタル層を白金族金属で構成した場合、光透過性の観点から、その厚さを非常に薄くすることが必要である。コンタクトメタル層の厚さは、０．１〜７．５ｎｍの範囲が好ましい。０．１ｎｍ未満では安定した薄層が得られ難い。７．５ｎｍを超えると透光性が低下し、５ｎｍ以下がさらに好ましい。また、その後の電流拡散層の積層による透光性の低下と成膜の安定性を考慮すると、０．５〜２．５ｎｍの範囲が特に好ましい。
【００２３】
電流拡散層がなくて、コンタクトメタル層の厚さが薄いとコンタクトメタル層の面方向の電気抵抗が高くなり、かつ比較的高抵抗なｐ層とあいまって電流注入部であるパッド層の周辺部しか電流が拡がらず、結果として不均一な発光パターンとなり、発光出力が低下する。
そこで、コンタクトメタル層の電流拡散性を補う手段として高光透過率で高導電性の金属薄膜や金属酸化物からなる電流拡散層をコンタクトメタル層上に配置することにより、白金族金属の低接触抵抗性や光透過率を大きく損なうことなく電流を均一に広げることが可能となり、結果として発光出力の高い発光素子を得ることが出来る。
【００２４】
電流拡散層は、コンタクトメタル層よりも層の横方向（層の厚さ方向に対し直角方向）の単位長さ当たりの抵抗値が小さい。単位長さあたりの抵抗値は、材料固有の抵抗値と積層する膜厚によって決定される。つまり、金属を用いる場合には抵抗率が小さいために薄く形成することができるが、導電性の金属酸化物を用いる場合には金属に比較して抵抗率が大きいために、厚く形成する必要がある。
【００２５】
コンタクトメタル層および電流拡散層の成膜方法については、特に制限されることはなく公知の真空蒸着法やスパッタ法を用いることができる。
本発明の透光性電極は、図１に示したような、基板上にバッファ層を介して窒化ガリウム系化合物半導体を積層し、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を形成した従来公知の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に何ら制限無く用いることができる。
【００２６】
基板には、サファイア単結晶（Ａｌ2Ｏ3；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ2単結晶、ＬｉＧａＯ2単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶およびＺｒＢ2などのホウ化物単結晶などの公知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。
【００２７】
ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層は各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。特にｐ型半導体層のキャリア濃度は一般的な濃度のものを用いるが、比較的キャリア濃度の低い、例えば１×１０17ｃｍ-3程度のｐ型半導体層にも本発明の透光性電極は適用できる。
【００２８】
それらを構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体が周知であり、本発明におけるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００２９】
これらの窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、などＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ2）または窒素（Ｎ2）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）またはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ4）を用い、ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）2Ｍｇ）を用いる。
【００３０】
基板上にｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が順次積層された窒化ガリウム系化合物半導体のｎ型半導体層に接して負極を形成するために、発光層およびｐ型半導体層の一部を除去して、ｎ型半導体層を露出させる。その後残したｐ型半導体層上に本発明の透光性電極を形成し、露出させたｎ型半導体層上に負極を形成する。負極としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができる。
【００３１】
本発明を用いて発光素子を作製すると、駆動電圧の低い素子を作製することができる。更に、この手法によって作製したチップを組み込んだ携帯電話、ディスプレイ、パネル類などの電子機器や、その電子機器を組み込んだ自動車、コンピュータ、ゲーム機、などの機械装置類は、低電力での駆動が可能となり、高い特性を実現することが可能である。特に、携帯電話、携帯式ゲーム機、玩具、デジタルカメラ、自動車部品などの、バッテリ駆動させる機器類において、省電力の効果を発揮し、使用可能時間の長時間化を実現する。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
（実施例１）
図２は本実施例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図であり、図３はその平面を示した模式図である。サファイアからなる基板（１）上に、ＡｌＮからなるバッファ層（６）を介して、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層（３ａ）、厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（３ｂ）、厚さ２５０ｎｍのｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（３ｃ）、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層（４）、厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層（５ａ）、厚さ０．１５μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層（５ｂ）を順に積層した窒化ガリウム系化合物半導体のｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に、厚さ１．５ｎｍのＰｔコンタクトメタル層（１１）、厚さ５ｎｍのＡｕ電流拡散層（１２）および５０ｎｍのＡｕ層（１３ａ）、２０ｎｍのＴｉ層（１３ｂ）、１０ｎｍのＡｌ層（１３ｃ）、１００ｎｍのＴｉ層（１３ｄ）、２００ｎｍのＡｕ層（１３ｅ）からなる５層構造のボンディングパッド層（１３）よりなる本発明の正極（１０）を形成した。ボンディングパッドを形成する５層のうち、５０ｎｍのＡｕ層（１３ａ）が第１の層、２０ｎｍのＴｉ層（１３ｂ）が第２の層、１０ｎｍのＡｌ層（１３ｃ）がバリア層、１００ｎｍのＴｉ層（１３ｄ）がＡｌとＡｕの合金化を防止する層、２００ｎｍのＡｕ層（１３ｅ）が最上層にあたる。次にｎ型ＧａＮコンタクト層上にＴｉ／Ａｕの二層構造の負極（２０）を形成し、光取り出し面を半導体側とした発光素子である。正極および負極の形状は図３ａに示したとおりである。
【００３３】
この構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3であり、ＧａＮ障壁層のＳｉドープ量は１×１０18ｃｍ-3であり、ｐ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＭｇドープ量は５×１０19ｃｍ-3であった。
窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。また、正極および負極は次の手順で形成した。
【００３４】
初めに反応性イオンエッチング法によって負極を形成する部分のｎ型ＧａＮコンタクト層を下記手順により露出させた。
まず、エッチングマスクをｐ型半導体層上に形成した。形成手順は以下の通りである。レジストを全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、正極領域より一回り大きい領域からレジストを除去した。真空蒸着装置内にセットして、圧力４×１０-4Ｐａ以下でＮｉおよびＴｉをエレクトロンビーム法により膜厚がそれぞれ約５０ｎｍおよび３００ｎｍとなるように積層した。その後リフトオフ技術により、正極領域以外の金属膜をレジストとともに除去した。
【００３５】
次いで、反応性イオンエッチング装置のエッチング室内の電極上に半導体積層基板を載置し、エッチング室を１０-4Ｐａに減圧した後、エッチングガスとしてＣｌ2を供給してｎ型ＧａＮコンタクト層が露出するまでエッチングした。エッチング後、反応性イオンエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。
【００３６】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層上の正極を形成する領域にのみ、Ｐｔからなるコンタクトメタル層、Ａｕからなる電流拡散層を形成した。コンタクトメタル層、電流拡散層の形成では、まず、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した基板を真空蒸着装置内に入れ、ｐ型ＧａＮコンタクト層上に初めにＰｔを１．５ｎｍ、次にＡｕを５ｎｍ積層した。引き続き真空室から取り出した後、通常リフトオフと呼ばれる周知の手順に則って処理した。同様な手法で電流拡散層上の一部にＡｕからなる第１の層（１３ａ）、Ｔｉからなる第２の層（１３ｂ）、Ａｌからなるバリア層（１３ｃ）、ＴｉからなるＡｌとＡｕの合金化を防止する層（１３ｄ）、Ａｕからなる第５の層（１３ｅ）を順に積層し、ボンディングパッド層（１３）を形成した。この際、パッド電極が形成される領域には、紫外線を照射しながらオゾンガスを流通させる方法でパッドが形成される領域を洗浄を施した。
このようにしてｐ型ＧａＮコンタクト層上に、本発明の正極を形成した。
【００３７】
この方法で形成した正極は透光性を示し、４７０ｎｍの波長領域で６０％の光透過率を有していた。なお、光透過率は、上記と同じコンタクトメタル層および電流拡散層を光透過率測定用の大きさに形成したもので測定した。
次に、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に負極を以下の手順により形成した。レジストを全面に一様に塗布した後、公知リソグラフィー技術を用いて、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上の負極形成部分からレジストを除去して、通常用いられる真空蒸着法で半導体側から順にＴｉが１００ｎｍ、Ａｕが２００ｎｍよりなる負極を形成した。その後レジストを公知の方法で除去した。
【００３８】
このようにして正極および負極を形成したウエーハを、基板裏面を研削・研磨することにより８０μｍまで基板の板厚を薄くして、レーザスクライバを用いて半導体積層側から罫書き線を入れたあと、押し割って、３５０μｍ角のチップに切断した。続いてこれらのチップをプローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧の測定をしたところ２．９Ｖであった。
その後、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって発光出力を計測したところ印加電流２０ｍＡにおける発光出力は５ｍＷを示した。またその発光面の発光分布は正極上の全面で発光しているのが確認できた。
【００３９】
（比較例１）
透光性電極の一部に切り欠き部を設け、ここにｐ型半導体に直接接する、第１層をＴｉとしたボンディングパッドを形成した。本比較例で使用した、切り欠き部を持つ透光性電極の形状を図４に示す。
これ以外は実施例１と同様として窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。この発光素子の順方向電圧を同様に測定した結果は３．３Ｖであり、実施例１よりも上昇してしまった。
この原因としては、ボンディングパッドを透光性電極を形成しない切り欠き部に形成したために、この部分の接触抵抗が上昇し、結果として良好な接触抵抗を得られる面積が減少しためと考えている。
【００４０】
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同じ積層構造基板を用いて、以下のような構成の電極を形成した。
すなわち、厚さ１．５ｎｍのＰｔコンタクトメタル層（１１）、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ電流拡散層（１２）および５０ｎｍのＣｒ層（１３ａ）、２０ｎｍのＴｉ層（１３ｂ）、１０ｎｍのＡｌ層（１３ｃ）、１００ｎｍのＴｉ層（１３ｄ）、２００ｎｍのＡｕ層（１３ｅ）からなる５層構造のボンディングパッド層（１３）よりなる本発明の正極（１０）を形成した。ボンディングパッドを形成する５層のうち、５０ｎｍのＣｒ層（１３ａ）が第１の層、２０ｎｍのＴｉ層（１３ｂ）が第２の層、１０ｎｍのＡｌ層（１３ｃ）がバリア層、１００ｎｍのＴｉ層（１３ｄ）がＡｌとＡｕの合金化を防止する層、２００ｎｍのＡｕ層（１３ｅ）が最上層にあたる。次にｎ型ＧａＮコンタクト層上にＴｉ／Ａｕの二層構造の負極（２０）を形成し、光取り出し面を半導体側とした発光素子である。正極および負極の形状は実施例１と同様である。
【００４１】
これ以外は実施例１と同様として窒化ガリウム系化合物半導体発光素子までを作製した。この発光素子の順方向電圧を同様に測定した結果は２．９Ｖであり、実施例１と同様であった。
その後、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって発光出力を計測したところ印加電流２０ｍＡにおける発光出力はやはり実施例１と同様に５ｍＷを示した。またその発光面の発光分布は正極上の全面で発光しているのが確認できた。
本実施例２では、電流拡散層をＩＴＯとしたが、この上に接着性の向上のために薄い金属の層を積層しても良い。例えば、すず、インジウムなどの層を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によって提供される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子用電極は、透光型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の正極として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の透光性電極を有する発光素子の断面を示した模式図である。
【図２】実施例１で作製した本発明の透光性電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図。
【図３】実施例１で作製した本発明の透光性電極を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面を示した模式図。
【図４】比較例１で作製した本発明の透光性電極のうち、切り欠き部を持つ透光性電極部分の平面を示した模式図。
【符号の説明】
【００４４】
１  基板
２  ＧａＮ系化合物半導体層
３  ｎ型半導体層
４  発光層
５  ｐ型半導体層
６  バッファ層
１０  正極
１１  コンタクトメタル層
１２  電流拡散層
１３  ボンディングパッド層
２０  負極
【図１】
2006074019.tif 000003
【図２】
2006074019.tif 000004
【図３】
2006074019.tif 000005
【図４】
2006074019.tif 000006