(57)【要約】 【課題】  ｐ型ＧａＮ系化合物半導体と接触する電極の諸特性を向上させることができる半導体発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  ＭＱＷ発光層１３と接触するｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４の主面１４ａと対向する主面１４ｂの表面には、少なくともＮｉを含むｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第１の領域１５が形成されている。第１の領域１５の表面には、ＮｉとＡｌとからなる合金によって構成される電極１６が形成されている。電極１６上にはＡｌまたはＡｕからなる外部接続用のパッド電極１７が形成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの主面を有するｐ型ＧａＮ系化合物半導体と、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体と、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の一方の主面と前記ｎ型ＧａＮ系化合物半導体との間に形成された発光層とを具備する半導体発光素子において、
前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の他方の主面の表面に形成され、且つＮｉを含む前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第１の領域と、
前記第１の領域の上に形成され、且つＡｌを含む合金からなる透明性を有する電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
対向する２つの主面を有するｐ型ＧａＮ系化合物半導体と、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体と、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の一方の主面と前記ｎ型ＧａＮ系化合物半導体との間に形成された発光層とを具備する半導体発光素子において、
前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の他方の主面の表面に形成され、且つＮｉを含む前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第１の領域と、
前記第１の領域の上に形成され、且つＮｉとＡｌとを含む前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第２の領域と、
前記第２の領域の上に形成され、且つＡｌを含む合金からなる透明性を有する電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記電極のＡｌの濃度は、前記電極の表面から前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体に向かうにつれて高くなることを特徴とする請求項１または２いずれかの項に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記電極の前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体側の接触面において、該電極を構成するＡｌの濃度が２５％以上７５％以下であり、前記接触面と対向する前記電極の表面において、該電極を構成するＡｌの濃度が５％以上２５％未満であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記電極は、
ＮｉとＡｌとの合金からなる第１の合金層と、
前記第１の合金層の表面に形成された、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎのいずれかを含む金属、または該金属の酸化物、または該金属とＡｌとからなる合金によって構成された第２の合金層と、
を具備することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
対向する２つの主面を有するｐ型ＧａＮ系化合物半導体と、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体と、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の一方の主面と前記ｎ型ＧａＮ系化合物半導体との間に形成された発光層とを具備する半導体発光素子の製造方法において、
前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の他方の主面に、Ａｌを含む複数の電極材料を積層し、複数の層からなる電極層を形成する工程と、
同一の薬液に対するエッチング速度の差を利用して、エッチング対象の層の下地の層をエッチングストップ層として機能させ、ウェットエッチングによって前記電極層をエッチングする工程と、
加熱処理を施し、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体と前記電極層との間に合金層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする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、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体材料とｎ型ＧａＮ系化合物半導体材料との間に発光層を有し、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体材料の上に電極を有する半導体発光素子およびその製造方法に関する。特に、比較的高寿命で光出力の高い半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体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多く用いられている。ＧａＮ系化合物半導体材料は、ＳｉやＳｉＣ、サファイア、酸化物、III−Ｖ族化合物を基板とし、その上にＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法によって形成される。基板としてサファイア等の絶縁性基板を使用した場合、導電性基板を使用したＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系等の発光素子とは異なり、基板の裏面側から電極を取り出すことができない。したがって、一対の電極は基板の表面側の同一面上に形成される。
【０００３】
ｐ型ＧａＮ系化合物半導体材料は移動度が小さいため、横方向への電流拡散が小さい。このため、半導体発光素子に電圧を印加しても、発光領域は電極直下に限定され、半導体発光素子の表面全域に電流が拡散しにくい。したがって、このような半導体発光素子に使用される電極には、透明性および横方向への電流拡散性が必要である。また、半導体発光素子の動作電圧を小さくする必要があるので、ＧａＮ系化合物半導体と電極とのコンタクト抵抗を低くする必要がある。
【０００４】
さらに、透明電極とＧａＮ系化合物半導体材料とのコンタクト抵抗と、透明電極自体の抵抗（シート抵抗）とのバランスがうまくとれている必要がある。電流は抵抗の低い所に流れようとするので、コンタクト抵抗に比べて、シート抵抗が非常に高いと、透明電極上に設けられた外部接続用のパッドから電流が透明電極の端まで到達せず、途中でＧａＮ系化合物半導体の方に流れてしまう。このため、透明電極全面で発光せず、透明電極上に設けられたパッドの周辺近傍の発光層や、極端な場合には、パッドの直下の発光層にのみ電流が流れ、ほとんど発光しない場合もある。
【０００５】
例えば、Ｎｉは、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体材料とオーミック性を有する金属として公知である。しかし、例えばＮｉ（抵抗率６．８４μΩ・ｃｍ）は、Ａｕ（抵抗率２．３μΩ・ｃｍ）やＡｌ（抵抗率２．６μΩ・ｃｍ）に比べるとシート抵抗が高く、横方向への電流拡散性が劣る。Ｎｉの膜厚を厚くすれば、電極のシート抵抗は低下し、透明電極内の横方向への電流拡散性を良好にすることが可能である。しかし、透明電極の光の透過率が減少し、半導体発光素子の光出力は減少する。
【０００６】
以上のような問題を解決するために、半導体発光素子の表面のほぼ全面に形成された、薄い金属からなる透明電極をｐ型電極として配置し、その透明電極を通して光を取り出す方法が公知である（例えば特許文献参照）。この特許文献においては、Ｎｉ（第１の層）の上にＡｕ（第２の層）、Ｃｒ（第１の層）の上にＮｉ（第２の層）、Ｐｔ（第１の層）の上にＴｉ（第２の層）を蒸着することにより、２層構造の透明電極を形成し、ＧａＮ系化合物半導体材料が分解しない温度以下で熱処理し、電極材料の一部をＧａＮ系化合物半導体材料の内部に拡散させたり、外部に飛散させることにより、透明電極の厚さを０．００１〜１μｍの薄さにして、透明性を確保した例として開示されている。
【０００７】
以下、図９および図１０を用いて、半導体発光素子に設けられる従来の電極及びパッドの製造方法について説明する。電極及びパッドの製造工程は、一般的に少なくとも２回の蒸着工程と１回のリフトオフ工程とからなる。まず、前処理された（図９（ａ））ｐ型ＧａＮ系化合物半導体２１上に、電極材料と酸化防止膜材料を蒸着し、透明電極２２および酸化防止膜２３を形成する（図９（ｂ））。続いて、酸化防止膜２３上にレジストを塗布し、透明電極２２および酸化防止膜２３のパターニングを行う（図９（ｃ））。
【０００８】
続いて、再度レジストを塗布してレジスト膜２４を形成し（図９（ｄ））、パッドを形成する部分のレジスト膜２４を除去して窓を開ける（図１０（ａ））。続いて、パッド電極材料を蒸着してパッド電極２６を形成し（図１０（ｂ））、リフトオフ法によりレジスト膜２４を剥離してパッド電極２６をパターニングして完成する（図１０（ｃ））。上記においては、透明電極２２の上に酸化防止膜２３を形成する場合について説明したが、酸化防止膜２３を形成しない場合であってもよい。ただし、酸化防止膜２３を形成しない場合でも、工程自体が減ることはない。
【特許文献１】特開平６−３１４８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献により開示されている透明電極において、透明電極の熱処理（アニール処理）を行う際、第１の層の金属と第２の層の金属との密着性よりも第２の層の金属の表面張力が勝るため、第２の層の金属が球状に凝縮する「ボールアップ」と呼ばれる現象が生じる。この現象が生じると、第２の層（蒸着膜）の連続性が損なわれるため、透明電極のシート抵抗が高くなる。これにより、半導体発光素子の動作電圧が高くなるほか、横方向の電流拡散性が悪くなるため、パッドから離れた領域における半導体発光素子の光出力が低下する。「ボールアップ」現象を防ぐ方法として、第２の層の金属を厚く形成する方法があるが、金属を厚くすると、透明電極として光の透過率が下がり、電極の透明性が減少する。
また、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の表面にＡｌまたはＡｌを含む合金もしくは酸化物は、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体とショットキー障壁を形成しやすく、直接取り付けることは困難である。Ｎｉは、仕事関数が約５．１ｅＶと大きく、ｐ型半導体とオーミック接合を形成する電極材料としてよく用いられる。一方、Ａｌは、ｎ型半導体とオーミック接合を形成する電極材料としてよく用いられるが、仕事関数が４．１ｅＶと比較的小さいため、ｐ型半導体とはショットキー接合を形成しやすくなる。
【００１０】
また、従来の電極作成工程においては、複雑な多数の工程を経るので、歩留りが低下しやすい。さらに、リフトオフ法によりレジスト膜を剥離するため、リフトオフを行った後、剥離したレジスト膜の一部が透明電極上に異物として残存しやすい。これにより、透明電極上に残存した異物が発光層からの光を遮断するため、半導体発光素子の光出力が低下する問題が発生する。さらに、この異物は樹脂モールドしてＬＥＤランプやチップＬＥＤを作製する際、ランプ樹脂と半導体発光素子（チップ）との密着性を阻害し、外部から侵入した湿気が樹脂内部に入やすくなり、チップや電極の劣化が加速し、半導体発光装置の信頼性低下を招いている。
【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体と接触する電極の諸特性を向上させることができる半導体発光素子およびその製造方法を提供することを第１の目的とする。また、異物の発生を防止し、半導体発光装置の光出力を向上させると共に、完成した半導体発光装置の信頼性を高めることができる半導体発光素子の製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、対向する２つの主面を有するｐ型ＧａＮ系化合物半導体と、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体と、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の一方の主面と前記ｎ型ＧａＮ系化合物半導体との間に形成された発光層とを具備する半導体発光素子において、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の他方の主面の表面に形成され、且つＮｉを含む前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第１の領域と、前記第１の領域の上に形成され、且つＡｌを含む合金からなる電極とを具備することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、対向する２つの主面を有するｐ型ＧａＮ系化合物半導体と、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体と、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の一方の主面と前記ｎ型ＧａＮ系化合物半導体との間に形成された発光層とを具備する半導体発光素子において、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の他方の主面の表面に形成され、且つＮｉを含む前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第１の領域と、前記第１の領域の上に形成され、且つＮｉとＡｌとを含む前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第２の領域と、前記第２の領域の上に形成され、且つＡｌを含む合金からなる透明性を有する電極とを具備することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２いずれかの項に記載の半導体発光素子であって、前記電極のＡｌの濃度は、前記電極の表面から前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体に向かう方向につれて高くなることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半導体発光素子であって、前記電極の前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体側の接触面において、該電極を構成するＡｌの濃度が２５％以上７５％以下であり、前記接触面と対向する前記電極の表面において、該電極を構成するＡｌの濃度が５％以上２５％未満であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載の半導体発光素子であって、前記電極は前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の他方の主面と接して形成された、ＮｉとＡｌとの合金からなる第１の合金層と、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体との接触面と対向する前記第１の合金層の表面に形成された、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎのいずれかを含む金属、または該金属の酸化物、または該金属とＡｌとからなる合金によって構成された第２の合金層と、を具備することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、対向する２つの主面を有するｐ型ＧａＮ系化合物半導体と、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体と、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の一方の主面と前記ｎ型ＧａＮ系化合物半導体との間に形成された発光層とを具備する半導体発光素子の製造方法において、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の他方の主面に、Ａｌを含む複数の電極材料を積層し、複数の層からなる電極層を形成する工程と、同一の薬液に対するエッチング速度の差を利用して、エッチング対象の層の下地の層をエッチングストップ層として機能させ、ウェットエッチングによって前記電極層をエッチングする工程と、加熱処理を施し、前記ｐ型ＧａＮ系化合物半導体と前記電極層との間に合金層を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、Ａｌを含む電極とｐ型ＧａＮ系化合物半導体との間に、少なくともＮｉを含むｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第１の領域を形成したので、この第１の領域と電極との密着性や連続性、第１の領域とｐ型ＧａＮ系化合物半導体との低抵抗接触性等、半導体発光素子の諸特性を向上させることができるという効果が得られる。また、エッチング対象の層の下地の層をエッチングストップ層として機能させ、ウェットエッチングによって電極やパッドを形成する製造方法とすることによって、従来レジストを除去した際に発生する異物の発生を抑制し、異物による光の遮断が低減され、且つランプ樹脂とチップとの密着性が増すことにより、電極の光出力を向上させると共に、完成した半導体発光素子の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による発光素子１ａ（半導体発光素子）の断面構造を示している。本実施形態による発光素子は、サファイア、シリコンカーバイド、あるいはシリコン等によって形成された基板１１上にＧａＮ系化合物半導体からなるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を積層し、これをダイシング、またはへき開することにより形成されている。発光素子の活性層は、一般的な多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum-Well）または単一量子井戸（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well）構造を有している。本実施形態を含む以下の実施形態において活性層はＭＱＷで示されているが、ＳＱＷも含むものとする。
【００２０】
図１において基板１１上に、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体１２、ＭＱＷ発光層１３、およびｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４がそれぞれこの順に積層されている。ＭＱＷ発光層１３はＩｎＧａＮやＧａＮによって形成され、発光素子１ａを高効率とするため、数ｎｍ〜数十ｎｍの薄膜を多層積層することによって形成されている。高効率とするためには、優れた光学的結晶性および結晶性を得る必要があり、ＭＱＷ発光層１３の製造には、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）が用いられる。原子レベルでの急峻なヘテロ界面を得る必要があるため、ＭＯＣＶＤ装置の反応管内のガスの流れを変える制御が行われる。
【００２１】
ＭＱＷ発光層１３と接触するｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４の主面１４ａと対向する主面１４ｂの表面には、少なくともＮｉを含むｐ型ＧａＮ系化合物半導体で構成された第１の領域１５が形成されている。第１の領域１５の表面には、ＮｉとＡｌとからなる合金によって形成される電極１６が形成されている。この電極１６によって透明電極が構成されている。電極１６上にはＡｌまたはＡｕからなる外部接続用のパッド電極１７が形成されている。
【００２２】
図２は、本実施形態の変形例による発光素子１ｂの断面構造を示している。発光素子１ｂにおいては、第１の領域１５の表面領域に、ＮｉとＡｌとを含むｐ型ＧａＮ系化合物半導体とからなる第２の領域１８が形成されている。すなわち、第２の領域１８が第１の領域１５および電極１６の間に挟まれた構造となっている。ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４の主面１４ｂ上にＮｉとＡｌとを蒸着によって積層し、所定の条件でアニールを行うと、第１の領域１５と第２の領域１８と電極１６とが形成される。
【００２３】
本実施形態における電極１６は、混合物から構成された層を指しており、混合物とは合金化されていない構成元素の混合物や、構成元素のうち少なくとも２つ以上の元素から成る合金も含む混合物とする。なお、電極１６はＮｉ、およびＡｌのいずれかの酸化物を含んでいてもよい。ここで、酸化物とは、酸化物を含む混合物を指しており、酸化物の中に酸化されていない金属が含まれていてもよい。また、酸化数が異なる（例えば酸素数が少ない酸化物からなる）混合物が含まれていてもよい。ちなみに、第１の領域１５は、少なくともＮｉとｐ型ＧａＮ系化合物半導体とを含む混合物による領域であり、第２の領域１８は、少なくともＮｉとＡｌとｐ型ＧａＮ系化合物半導体を含む混合物による領域である。
【００２４】
Ａｕの融点（１０６３℃）に比べて、Ａｌの融点は６６０℃と低い。一般的に、金属においては、その融点の１／１０程度の温度で自己表面拡散が起こり始め、融点の１／３程度の温度で合金化が始まるといわれている。したがって、アニール処理や蒸着時の輻射熱等により、電極１６が形成される。この合金化により密着性が向上するので、電極１６を形成するための金属が熱処理時に凝集し、ボールアップ現象を生じることが抑制される。よって、蒸着膜の連続性が向上し、電極のシート抵抗が低くなる。したがって、発光素子の動作電圧を抑制することができる。また、電極１６に含まれるＡｌは、シート抵抗が低く、電極１６内の横方向への電流拡散性が向上し、光出力を向上させることができる。
【００２５】
第１の領域１５および電極１６を形成する場合に、ＮｉとＡｌとを同時に蒸着させて電極を作製するよりも、Ｎｉの上にＡｌを蒸着した後、加熱処理を行って作製した電極の方が、諸特性において良好な結果が得られる。図８に、製造方法を変えて発光素子を作製した場合の特性の違いが示されている。なお、図８に示されるデータは、透明電極の構造の違いによる諸特性の比較を容易にするために一例を示すものであり、それらのデータの値を保証するものではない。図８には、後述する実施形態による電極構造のデータも示されている。
【００２６】
第１の領域１５に含まれるＮｉは、ｐ型半導体とオーミック接触となる電極材料として知られているが、Ｎｉは、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体から、アクセプタを不活性化している水素の脱離を促進する触媒効果を有している。また、Ｎｉは水素を吸蔵する性質も有している。Ｎｉをｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４上に成膜してアニーリング等を行うことにより形成された第１の領域１５は、上記の性質によってｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４と電極１６との間の抵抗がより低抵抗となり、第１の領域１５を介してｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４と電極１６とが低抵抗接触を形成することができる。また、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４及び電極１６との強固な付着性を確保することができる。
【００２７】
更に、Ａｌの融点が低いため、Ａｌはｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４の内部まで浸透しようとする。また、Ａｌは、仕事関数が比較的低いため、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４に対してショットキー接合となる。第２の領域１８の下に第１の領域１５が形成することによって、この第１の領域１５が（バリアのように）Ａｌのｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４へのさらなる浸透を防ぐ役割を果たすと共に、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４とのオーミック接合を有する。
【００２８】
第２の領域１８は、ＮｉとＡｌを含むｐ型ＧａＮ系化合物半導体からなっており、電極１６と第１の領域１５との間に形成されている。第２の領域１８は、電極１６の全面に電流拡散させる効果を促進し、半導体発光素子の発光分布を均一化する効果を有することが確認されている。詳細は不明であるが、第２の領域１８は、ＮｉとＡｌとを含むため、電流拡散性が良好で、且つｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４と低抵抗接触を有する第１の領域１５との接触抵抗、及び電流拡散性が良好な電極１６との接触抵抗を低減する効果を有すると考えられる。
【００２９】
透明電極（電極１６）においては、パッド電極１７が設けられた側の透明電極表面からｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４に向かう方向につれて、透明電極材料の構成元素のうち、Ａｌの濃度（単位体積当たりの全構成元素の原子数に占めるＡｌ原子の数）が増加することが望ましい。ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４の主面１４ｂにＮｉとＡｌとをこの順で積層し、アニールを行うと少なくとも第１の領域１５および電極１６が形成されるが、このとき、Ａｌが溶融して、下地のＮｉに浸透していくことにより、上記のようなＡｌ濃度の分布となる。Ａｌ濃度の分布を変化させるには、アニール時の温度および時間等を変化させればよい。
【００３０】
電極１６の、半導体と対向する透明電極（電極１６）表面における透明電極材料の構成元素のうち、Ａｌの濃度が２５％以上７５％以下であることが望ましく、３０％以上６０％以下であることがさらに望ましい。Ａｌは、融点が６６０℃であり、ＮｉやＡｕと比べて融点が比較的低い金属である。合金化するために行うアニール時の温度が、半導体層の熱による影響を考慮すると３００℃〜６５０℃であること、融点の約１／３（Ａｌの場合、約２２０℃）の温度で合金化が開始されることから考えて、Ａｌは他のＡｕ等の金属よりも合金化しやすい。また、Ａｌからなる系と、その下面に積層された金属からなる系との合金化は、Ａｌからなる系と金属からなる系との界面より深くまで進む。しかし、構成元素に占めるＡｌの割合が７５％以上となる場合には、透明電極とｐ型ＧａＮ系化合物半導体とは、オーミック性を確保することが難しくなる。
【００３１】
さらに、透明電極（電極１６）において、第１の領域１５（あるいは第２の領域１８）との接触面と対向する、パッド電極１７が設けられた側の透明電極表面における透明電極材料の構成元素の中に占めるＡｌの濃度が５％以上２５％未満であることが望ましい。５％未満の場合には、下面に積層された金属の占める割合が高くなるので、透明電極のシート抵抗が高くなる。したがって、透明電極とＧａＮ系化合物半導体１４とのコンタクト抵抗と透明電極のシート抵抗とのバランスが悪くなり、光出力の低下や半減寿命の低下を招くことになる。
【００３２】
逆に、この透明電極表面においてＡｌが構成元素に占める割合が高いと、Ａｌが外気と触れる量が増加し、Ａｌを構成元素とする酸化物の割合も増加する。Ａｌを構成元素とする酸化物は、透明度が高いものの絶縁体であるため、横方向の電流拡散が阻害され、順方向電圧が上昇してしまう。さらに、パッド電極１７の直下付近に電流が集中してしまい、発光素子としての寿命が低下する。
【００３３】
後述するように、透明電極表面を、パッド電極１７のエッチング時のエッチングストップ層として機能させるためには、Ａｌが構成元素に占める割合が２５％未満であることが望ましい。Ａｌが構成元素に占める割合が高いと、パッド電極１７の作成時に、エッチング速度は遅いもののＡｌがエッチングされるので、エッチングストップ層としての機能が弱くなる。
【００３４】
形成された透明電極（電極１６）の厚さは透明性を確保するために１〜２０ｎｍであることが望ましい。さらに、透明電極の厚さは１〜５ｎｍであることがより望ましい。
【００３５】
次に、本実施形態による発光素子１ａが有する透明電極及びパッド電極の製造方法について説明する。まず、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４の上に、透明電極を構成する金属であるＮｉ（３ｎｍ）とＡｌ（５ｎｍ）、およびパッド電極１７を構成する金属であるＡｕ（４００ｎｍ）を１工程で蒸着する（金属蒸着工程）。続いて、Ａｕの表面にフォトレジストを塗布し、露光して透明電極形状のレジストマスクを形成する。続いて、例えばシアン化カリウム（ＫＣＮ）によりＡｕをウェットエッチングし、さらに塩酸（ＨＣｌ）によりＡｌおよびＮｉをエッチングする。最後に、レジストマスクをアセトンにより除去する（透明電極形成工程）。
【００３６】
続いて、表面にフォトレジストを塗布し、露光してパッド電極形状のレジストマスクを形成する。続いて、例えばヨウ化カリウム（ＫＩ）系エッチャントにより、パッド電極を構成するＡｕをウェットエッチングし、パッド電極１７を形成する。ここで、Ａｌは、Ａｕに比べてヨウ化カリウム（ＫＩ）系エッチャントによるエッチングレートが遅いため、露出したＡｌの上面においてエッチングを停止させることができる。すなわち、Ａｌはエッチングストップ層となる（パッド電極形成工程）。このように、同一の薬液に対するエッチング速度の差を利用して、エッチング対象の層（Ａｕ）の下地の層（Ａｌ）をエッチングストップ層として機能させ、ウェットエッチングによってエッチング対象の層をエッチングすることにより、パッド電極１７を形成することができる。最後に、所定の温度・時間の条件で加熱処理すると、第１の領域１５および電極１６が形成される（アニール工程）。
【００３７】
上述したように本実施形態において第１の領域１５は、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４と低抵抗接触し、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４との付着性が高い。また、電極１６はＡｌを含んでいることから、前述したように蒸着時の輻射熱等による合金化により、第１の領域１５と電極１６との密着性および連続性を向上させ、ボールアップ現象の発生を低減すると共に、電極１６からなる電極のシート抵抗を低減することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本実施形態による発光素子１ｃの断面構造を示している。本実施形態において、透明電極は第１の合金層１９と第２の合金層２５で構成されている。第１の合金層１９は、ＮｉとＡｌとからなる合金によって構成され、第２の合金層２５は、第１の合金層１９との密着性が比較的高い材料で、第１の合金層１９に含まれるＡｌ系材料の自然酸化による経時変質を防止するため、酸素の供給を抑止することができる材料であることが望ましい。このためには、酸化されにくい安定な材料か、またはすぐに酸化されて安定な酸化物を形成し、経時変化しにくい材料（外部に酸素を供給しにくい材料）であることが望ましい。
【００３９】
第２の合金層２５に適した材料としては、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎのいずれか、またはそれらのうちのいずれかの酸化物もしくはそれらのうちのいずれかの合金等を使用することが望ましい。さらに、第１の合金層１９とのオーミック性を考慮し、第１の合金層１９と同じ元素を含む電極材料であるＮｉを含んでいることがより望ましい。また、第１の合金層１９は第１の合金層１９の表面の自然酸化を防止する役割を有していると同時に、後述する透明電極およびパッド電極１７の作製工程において、第１の合金層１９に含まれるＡｌがパッド作製時にエッチングされることを防ぐためのエッチングストップ層としての役割を有していることが望ましい。
【００４０】
以上のことから、第２の合金層２５は酸化物を含むことがより望ましい。なお、第２の合金層２５として形成された透明電極には、第２の合金層２５を構成する電極材料と、第２の合金層２５を構成するＡｌとによって構成される合金層も含めることとする。ただし、酸化防止という目的から、第２の合金層２５に含まれるＡｌの割合は、第１の合金層１９に含まれるＡｌの割合より少なくなるように形成することが望ましい。
【００４１】
また、第１の実施形態の場合と同様の理由から、透明電極（第１の合金層１９および第２の合金層２５）においては、パッド電極１７が設けられた側の電極表面からｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４と接触する面に向かうにつれて、透明電極材料の構成元素のうち、Ａｌの濃度（単位体積当たりの全構成元素の原子数に占めるＡｌ原子の数）が増加するように構成されていることが望ましい。ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４と対向する側の透明電極（第１の合金層１９および第２の合金層２５）の表面における透明電極材料の構成元素のうち、Ａｌが透明電極材料全体の中で占める割合（原子数の割合）が２５％以上７５％以下であることが望ましく、３０％以上６０％以下であることがさらに望ましい。さらに、透明電極（第１の合金層１９および第２の合金層２５）において、パッド電極１７が設けられた側の透明電極表面における透明電極材料の構成元素の中でＡｌの濃度が５％以上２５％未満であることが望ましい。
【００４２】
なお、本実施形態による発光素子１ｃには、第１の実施形態による発光素子１ａと同様に、第１の領域１５と第１の合金層１９との間に第２の領域１８が形成されているが、第２の領域１８が形成されていなくてもよい。また、第２の合金層２５の第１の合金層１９と接する面と反対側の面において、パッド電極１７と接していない第２の合金層２５の表面を段階的にエッチングして、透明電極の端に向かって透明電極の厚さを薄くしてもよい。また、第２の合金層２５を、パッド電極１７と接するパッド電極直下の領域のみに形成してもよい（図４の発光素子１ｄ）。透明電極を薄くすることにより、透明電極の端側の抵抗値が増加し、透明電極の横方向の電流拡散性が低下するが、透明度が向上し、外部への光出力が向上する。
【００４３】
第１の合金層１９表面の構成元素に占めるＡｌの割合が低く、かつ、Ｎｉの構成元素の濃度が高いと、後述する電極構造の製造工程において、第２の合金層２５をエッチングした際に、第１の合金層１９のエッチングストップ層としての機能が弱くなる。したがって、第１の合金層１９表面の構成元素に占めるＡｌの割合が５％以上であることが望ましい。
【００４４】
次に、本実施形態による発光素子１ｃが有する電極構造の製造方法について、図５を用いて説明する。まず、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４（図５（ａ））の上に、透明電極を構成する金属であるＮｉ（３ｎｍ）、Ａｌ（５ｎｍ）、Ｎｉ（２ｎｍ）、およびパッド電極１７を構成する金属であるＡｕ（４００ｎｍ）を１工程で蒸着し、金属層３１〜３３を形成する（金属蒸着工程：図５（ｂ））。金属層３１はＮｉおよびＡｌ又はこれらを蒸着した時に生成される混合物からなり、金属層３２はＮｉからなり、金属層３３はＡｕからなる。続いて、金属層３３の表面にフォトレジストを塗布し、露光して電極形状のレジストマスクを形成する。続いて、例えばヨウ化カリウム（ＫＩ）系エッチャントにより金属層３３をウェットエッチングし、さらに塩酸（ＨＣｌ）により金属層３２および３１をエッチングする。最後に、レジストマスクをアセトンにより除去する（電極形成工程：図５（ｃ））。
【００４５】
続いて、表面にフォトレジストを塗布し、露光してパッド電極形状のレジストマスクを形成する。続いて、例えばヨウ化カリウム（ＫＩ）系エッチャントにより、パッド電極を構成する金属層３３をウェットエッチングし、パッド電極１７を形成する。ここで、金属層３２の表面はヨウ化カリウム（ＫＩ）系エッチャントでエッチングすることができないので、金属層３２の表面が露出すると、エッチングが停止する。すなわち、金属層３２はエッチングストップ層となる（パッド電極形成工程：図６（ａ））。最後に、所定の温度・時間の条件で加熱処理すると、第１の領域１５、第２の領域１８、第１の合金層１９、および第２の合金層２５が形成される（アニール工程：図６（ｂ））。
【００４６】
なお、図４に示される発光素子１ｄが有する電極構造を製造する場合には、図６（ａ）の状態において、例えば硝酸（ＨＮＯ３）により、限定された領域の金属層３２をエッチングする。金属層３１は硝酸でエッチングすることができないので、金属層３１に達するとエッチングが停止する。続いて、レジストマスクをアセトンにより除去し、所定の温度・時間の条件で加熱処理すると、第１の領域１５、第２の領域１８、第１の合金層１９、および第２の合金層２５が形成される。
【００４７】
上述した製造方法において、透明電極およびパッド電極１７の構成元素は上記の例に限定されない。電極またはパッドとして使用される材料としては、あるエッチング材料に対して、エッチング対象の金属層と、その金属層の下に形成された下地の層のエッチング速度が異なる材料が好適である。
【００４８】
この製造方法によれば、従来の製造方法と異なり、リフトオフ法による電極の形成工程を含まないので、レジストを除去した際に異物が透明電極に残存することを防止することができる。したがって、透明電極の上に残存する異物によって発光素子の光が遮断されることを防止することができ、光出力を向上させることができる。さらに、ランプ樹脂とチップとの密着性が増し、外部から侵入した湿気がランプ樹脂内部に入るのが防止されるので、半導体発光素子の寿命を向上させることができる。また、電極及びパッドを形成するための積層を１回の蒸着工程にすることにより、工数を減らし、生産性を向上させることができる。
【００４９】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、本実施形態による発光素子１ｅの断面構造を示している。発光素子１ｅにおいては、基板１１上に、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇ等の金属からなる反射金属層２０が形成され、反射金属層２０上に、第１〜第２の実施形態において説明した構造が形成されている。この発光素子１ｅはパワーＬＥＤとしての応用が好適である。
【００５０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態による発光素子の断面構造を示す断面図である。
【図２】同第１の実施形態の変形例による発光素子の断面構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による発光素子の断面構造を示す断面図である。
【図４】同第２の実施形態の変形例による発光素子の断面構造を示す断面図である。
【図５】同第２の実施形態による発光素子の製造方法を示す概略工程図である。
【図６】同第２の実施形態による発光素子の製造方法を示す概略工程図である。
【図７】本発明の第３の実施形態による発光素子の断面構造を示す断面図である。
【図８】本発明および従来の製造方法によって製造された発光素子の諸特性を示す参考図である。
【図９】従来の発光素子の製造方法を示す概略工程図である。
【図１０】従来の発光素子の製造方法を示す概略工程図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ・・・発光素子、１１・・・基板、１２・・・ｎ型ＧａＮ系化合物半導体、１３・・・ＭＱＷ発光層、１４，２１・・・ｐ型ＧａＮ系化合物半導体１４ａ，１４ｂ・・・主面、１５・・・第１の領域、１６・・・電極、１７，２６・・・パッド電極、１８・・・第２の領域、１９・・・第１の合金層、２５・・・第２の合金層、２０・・・反射金属層、２２・・・透明電極、２３・・・酸化防止膜、２４・・・レジスト膜、３１，３２，３３・・・金属層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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