(57)【要約】【課題】高温高湿下、さらには電界下における腐食やイオンマイグレーションが起きにくく、反射強度が高い電極を有する発光素子の提供を目的とする。【解決手段】基板１と、基板１の上に形成された第1の半導体層２と、第1の半導体層２の上に形成された発光層３と、発光層３の上に形成された第2の半導体層４とを備える発光素子において、発光層３よりも上にＢｉ、Ｎｄ、Ｐｄ、Ｍｇ、ＰｄＣｕ、ＢｉＮｄ、ＮｄＡｕ又はＮｄＣｕのうち少なくとも一種を含むＡｇ合金層７ｂを有する発光素子とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上に形成された第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成された第2の半導体層とを備える発光素子において、
前記発光層よりも上にＢｉ、Ｎｄ、Ｐｄ又はＭｇのうちの少なくとも一種を含むＡｇ合金層を有する発光素子。
【請求項２】
基板と、前記基板の上に形成された第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成された第2の半導体層とを備える発光素子において、
前記発光層よりも上にＰｄＣｕ、ＢｉＮｄ、ＮｄＡｕ又はＮｄＣｕのうちの少なくとも一種を含むＡｇ合金層を有する発光素子。
【請求項３】
前記Ａｇ合金層はＢｉを０．０４原子％以上含有している請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記Ａｇ合金層はＮｄを含有している請求項１から請求項３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記Ａｇ合金層はＮｄを０．１原子％以上含有している請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記Ａｇ合金層は電極である請求項１から請求項４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記Ａｇ合金層は、異なる金属からなるカバー電極で覆われている請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記Ａｇ合金層と前記第2の半導体層の間に薄膜を有し前記薄膜はＰｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄのうちの少なくとも一種を含む合金又は酸化物である請求項１から請求項５のいずれか記載の発光素子。
【請求項９】
前記薄膜は平均膜厚が０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である請求項６に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第1の半導体層がｎ型層であり、前記第2の半導体層がｐ型層である請求項１から請求項９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１１】
前記第1の半導体層がｐ型層であり、前記第2の半導体層がｎ型層である請求項１から請求項９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光素子を備えた照明機器。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光素子を備えた表示機器。
【請求項１４】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光素子を備えた医療機器。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光素子を備えた通信機器。
【請求項１６】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光素子を備えた撮影機器。
【請求項１７】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光素子を備えた携帯電話。
【請求項１８】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光素子を備えた殺菌装置。
【請求項１９】
ＧａＮからなる基板と、前記基板の上に形成されたｎ型層と、前記ｎ型層の上に形成されたｎ側電極と、前記ｎ型層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成されたｐ型層と、前記ｐ型層の上に形成されたＰｔからなる薄膜層と、前記ｐ型層の上に形成されたＡｇ合金層と、前記Ａｇ合金層の上に形成されたＴｉからなるバリアメタル層と、前記バリアメタル層の上に形成されたＡｕからなるｐ側ボンディング層からなり、
Ａｇ合金層はＢｉを０．０４原子％以上、Ｎｄを０．１原子％以上含有している発光素子。
【請求項２０】
前記バリアメタル層は、前記Ａｇ合金層を覆うように形成されている請求項１８に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器、ディスプレイ、照明、バックライトに用いられる発光素子（ＬＥＤ、ＬＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来のフリップチップ型の発光素子を示す側断面図である。
【０００３】
図８において、基板１８は透明あるいは半透明になるように構成されており、基板１８上にｎ層１９が、ｎ層１９の上にはｎ側電極２０と発光層２１とが設けられている。発光層２１の上にはｐ層２２、ｐ側電極２３が積層されている。そしてｐ側電極２３は、ｐ層２２側に反射強度の高いことで知られているＡｇ層２３ａと、そのＡｇ層２３ａを覆うように形成された金属層２３ｂから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２０１７１号公報（第２項、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらＡｇは高温度、高湿度下、電界下における腐食やイオンマイグレーションを起こしやすいことでも知られている。このような特性を有するＡｇによりｐ側電極を形成すれば、電界によるマイグレーションに起因して電極層が乱れ、発光強度の低下や短絡による寿命の低下という問題が発生する。本発明は上記課題を解決したもので、発光強度の低下や、短絡による寿命の低下を解決する発光素子を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は基板と、基板の上に形成された第1の半導体層と、第1の半導体層の上に形成された発光層と、発光層の上に形成された第2の半導体層とを備える発光素子において、発光層よりも上にＢｉ、Ｎｄ、Ｐｄ又はＭｇのうちの少なくとも一種を含むＡｇ合金層を有する発光素子に関する。この構成により、Ａｇ合金層が反射強度の強い反射層として働き、発光効率が向上する。また、このＡｇ合金層は熱起因の凝集によるマイグレーションが起きにくいので、短絡による寿命の低下は起こりにくい。
【０００６】
また本発明は、基板と、基板の上に形成された第1の半導体層と、第1の半導体層の上に形成された発光層と、発光層の上に形成された第2の半導体層とを備える発光素子において、発光層よりも上にＰｄＣｕ、ＢｉＮｄ、ＮｄＡｕ又はＮｄＣｕのうちの少なくとも一種を含むＡｇ合金層を有する発光素子に関する。この構成により、Ａｇ合金層が反射強度の強い反射層として働き、発光効率が向上する。また、このＡｇ合金層は熱起因の凝集によるマイグレーションが起きにくいので、短絡による寿命の低下はおこりにくい。
【０００７】
また、本発明の発光素子が有するＡｇ合金層はＢｉを０．０４原子％以上含有している。この構成とすることにより、Ａｇ合金層は反射強度の強い反射層として働き、反射効率が向上する。さらにこのＡｇ合金の組成により、ハロゲン起因の凝集が抑制されるので、短絡による寿命の低下を防止できる。
【０００８】
また、本発明の発光素子が有すＡｇ合金層はＮｄを含有しているので、Ａｇ合金層は反射強度の強い反射層として働き、反射効率が向上する。さらにこのＡｇ合金の組成により、耐温度性が高まりマイグレーションが起きにくくなるので、短絡による寿命の低下を防止できる。
【０００９】
また、本発明のAg合金層は電極である。この構成により、電極が反射強度の高い反射層の機能を兼ね備えるので、新たな構成を付加する必要がない。Ａｇ合金層は高温度、高湿度下はもちろん、電界下でのマイグレーションが起こりにくいので電極の短絡が起こりにくく、寿命の低下を防止できる。
【００１０】
また、本発明の発光素子はＡｇ合金層を異なる金属からなるカバー電極で覆ったのでＡｇ合金層のマイグレーションをより効果的に抑えることができる。
【００１１】
また、本発明の発光素子はAg合金層と前記第2の半導体層の間に薄膜を有し、薄膜はＰｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄのうちの少なくとも一種を含む合金又は酸化物である。この組成の薄膜とＡｇ合金との組み合わせであれば、Ａｇ合金単体の反射強度を損ねることなく、さらにこの薄膜をAｇ合金層と第2の半導体層との間に形成しているので、その間で良好なオーミック接合が得られる。つまりその間のオーミック接触抵抗がひくくなる結果、余分な電圧を必要とせず、発光素子としての駆動電圧を低く抑えることができる。
【００１２】
また、本発明の発光素子の薄膜は平均膜厚が０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。そしてこの構成により、発光層からの光は薄膜自身に吸収されずに確実にAg合金層へと到達するので、反射効率に優れた発光層の提供が可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発光素子によれば、湿度、電界下でもマイグレーションが起こりにくく、発光強度の低下及び短絡による寿命の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態における発光素子を示す断面図である。図２は本発明の一実施の形態における発光素子を用いた発光装置の断面図である。
【００１６】
図１において、基板１はＳｉが電子濃度１×１０18ｃｍ−３でドープされた厚さ１００μｍのＧａＮからなる。基板１の上にはＳｉを電子濃度１×１０18ｃｍ−３でドープした厚さ２μｍのＧａＮからなるｎ型層２と、発光層３とｐ型層４とがこの順に積層され、発光部５が構成されている。なお、ここでいう上とは、図１の矢印ａの方向である。また、このような発光部５における主発光面は、基板１の裏面、つまり基板１においてｎ型層２が積層されていない側の面である。
【００１７】
発光層３は、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる厚さ２ｎｍの井戸層（図示せず）とアンドープのＧａＮからなる厚さ１５ｎｍの障壁層（図示せず）との積層周期構造からなる。最上層と最下層が井戸層であり、４層の井戸層と３層の障壁層とを有している。ここでいうアンドープとはＳｉ等の不純物濃度が１×１０17ｃｍ−３以下の状態を示す。ｐ型層４は不純物濃度１×１０20ｃｍ−３のＭｇドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなり、厚さは２００ｎｍである。
【００１８】
ｐ型層４と発光層３とｎ型層２を部分的に除去することで、ｎ型層２が一部分露出している。このｎ型層４の露出部に、コンタクト層６ａとｎ側ボンディング層６ｂとから成るｎ側電極６が形成される。コンタクト層６ａは厚さ１００ｎｍのＴｉからなり、ｎ側ボンディング層６ｂは厚さ８００ｎｍのＡｕからなる。なお、ｎ側電極６と発光層３やｐ型層４とが短絡しないように、ｎ側電極６は発光層３やｐ型層４と離れて形成されている。
【００１９】
ｐ型層４の上には、Ｐｔからなる薄さ０．５ｎｍの薄膜７ａと、Ａｇ合金層７ｂと、バリアメタル層７ｃと、ｐ側ボンディング層７ｄとが積層されてなるｐ側電極７が形成されている。Ａｇ合金層７ｂはＡｇにＢｉが０．０７原子％とＮｄが０．１原子％含む合金を１２０ｎｍの厚さで形成したものである。
【００２０】
バリアメタル層７ｃは厚さ１００ｎｍのＴｉからなり、ｐ側ボンディング層７ｄは厚さ５００ｎｍのＡｕからなる。なお、ｐ側電極７とｎ側電極６とは短絡しないように離れて形成されている。ｎ側電極６はｎ型層２に電気的に接続され、ｐ側電極７はｐ型層４に電気的に接続されている。
【００２１】
以上のような発光部５とｎ側電極６とｐ側電極７とから発光素子８が構成される。本発明はｐ側電極７にこのような反射強度の高いＡｇ合金層を用いているので、Ａｇ合金層は反射層として作用し、発光効率の高い発光素子とすることができる。さらにマイグレーションによる劣化の少ないＡｇ合金層を電極として用いているので、短絡による劣化の起きにくい発光素子とすることができる。
【００２２】
さらにここではｐ型層４とＡｇ合金層７ｂとの間にＰｔからなる薄膜７ａを有している。この薄膜はＧａＮからなるｐ型層４とのオーミック接触が得られやすい物資を用いているので、オーミック抵抗を下げることができ、発光素子としては駆動電圧が少なくてすむという効果が得られる。またＡｇ合金層７ｂとこれら薄膜７ａとの接触した状態はマイグレーション防止には理想的であり、Ａｇ合金層７ｂが有する反射強度を損なうことがない。Ａｇ合金層７ｂと薄膜７ａとの界面で何らかの膜が生成され、Ａｇ合金層７ｂのマイグレーションをさらに抑えているためと考えられる。
【００２３】
さらにバリアメタル層７ｃはＡｇ合金層７ｂとｐ側ボンディング層７でとの合金化を防ぐために設けた。Ａｇ合金層７ｂ単体でもマイグレーションは起きにくいが、このバリアメタル層７ｃを設けることにより、さらに防止することができる。
【００２４】
図２は本発明の一実施の形態における発光素子をフリップチップ実装して用いた発光装置の断面図である。図２において、サブマウント９はＳｉダイオードであり、ｎ型半導体９ａとｐ型半導体９ｂとを有している。そしてサブマウント９は、ｎ型半導体９ａの表面にＡｌからなるｎ側光反射部１０ａ、ｐ型半導体９の表面にＡｌからなるｐ側光反射部１０ｂを有している。ｎ側光反射部１０ａとｐ側光反射部１０ｂとの間には溝を設けることで絶縁を図っている。そしてｎ側光反射部１０ａの表面の一部分にはＡｕからなるｎ側バンプ１１ａが、ｐ側光反射部１０ｂの表面の一部分にはＡｕからなるｐ側バンプ１１ｂが形成されている。
【００２５】
発光素子８のｎ側電極６がサブマウントのｐ側バンプ１１ｂに、発光素子８のｐ側電極７がサブマウント９のｎ側バンプ１１ａに接続され、サブマウント９に発光素子８が置載されている。ｐ側電極７のｐ側ボンディング層７ｄの表面のうち、バンプ１１ａと接していない部分には、Ｒｈからなる厚さ１００ｎｍの反射部１２とＳｉＯ２からなる厚さ５００ｎｍの保護膜（図示せず）が設けられる。
【００２６】
そして、基板１の裏面が上に向くように発光素子８と接続されたサブマウント９がカップ１３の中に置載される。なお、ここでいう上とは、図１の発光素子にとってはａ方向とは逆のｂ方向である。カップ１３は底から開口部にかけて半径が徐々に大きくなる有底筒状であり、開口部が上、底が下となる。カップ１３とサブマウント９とから反射器が構成される。そして発光素子８と反射部１２と保護膜と反射器とから発光装置１４が構成される。
【００２７】
このように反射部１２をｐ側ボンディング層７ｄの下面に設けることにより、発光部５から放射された光が反射器により反射されても、その光をさらに反射部１２にて反射できるので、光は最終的に反射器１６の開口部から取り出される。
【００２８】
また本発明はｐ側電極７に反射強度が高くマイグレーションの起こりにくいＡｇ合金層を用いているので、発光層３からｐ型層４の方向へ放射される光に関しても、効率よくカップ１３の開口方向へと反射可能である。つまりカップ１３の開口部から取り出される光量が増加するので、発光装置１４の発光効率が向上する。
【００２９】
（実施の形態１）
以下本発明を実施するための形態について図１及び図３を参照してより詳しく説明する。図３はＰｔからなる薄膜の膜厚に対する反射強度比を示す図である。なお、紫外や青色の発光を得ることができる窒化ガリウム系化合物の発光素子について述べる。
【００３０】
図１において、基板１は、サファイア、ＳｉＣ、窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ（但し、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１））等が用いられるが、特に窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが望ましい。基板１とｎ型層２とが同じ窒化ガリウム系化合物となるので、基板１とｎ型層２との格子定数差、熱膨張係数差が小さくなり、ｎ型層２の結晶性が向上するからである。この為、ｎ型層２の下に積層されている発光層３やｐ型層４の結晶性も向上し、発光効率が向上する。窒化ガリウム系化合物半導体の中でも特に、良好な結晶性が得られやすいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（但し、０≦ｃ≦１）が望ましい。中でも製造が比較的容易で、かつ最も良好な結晶性が得られるＧａＮを使用することが最も好ましい。
【００３１】
基板１にはＳｉやＧｅ等のｎ型不純物がドープされなくてもよいが、ドープされていた方が素子抵抗を小さくすることができる。ドープする際には、その電子濃度を１×１０17ｃｍ−３以上で１×１０20ｃｍ−３以下とすることが望ましい。電子濃度が１×１０17ｃｍ−３以上であると、抵抗率を低くすることができ、基板１に注入された電子が基板１で広がりやすくなるからであり、１×１０20ｃｍ−３以下であると、基板１の結晶性を良好な状態に保つことができるからである。また、より良好な結晶性を得る為に基板１をアンドープとしても構わない。また、基板１の厚さは５０μｍ〜３００μｍが望ましい。５０μｍよりも厚い場合は、基板１を薄くするための研磨加工の際の割れ等を防止することができるからであり、３００μｍ以下であるときは基板１の透光性を確保できるからである。
【００３２】
ｎ型層２として発光層３よりもバンドギャップの大きいｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。ｎ型層２には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の単層、又はこれらの層を積層したものを用いることができる。基板１にＧａＮを用いる場合には、少なくとも基板１に接してＧａＮ層を用いることが望ましい。ｎ型層２の結晶性が高まるからである。
【００３３】
ｎ型層２は、ＳｉやＧｅ等のｎ型不純物がドープされて、その電子濃度を１×１０17ｃｍ−３以上で１×１０20ｃｍ−３以下とすることが望ましい。電子濃度が１×１０17ｃｍ−３以上であると、ｎ側電極６とのオーミック接触抵抗が高くならず、発光素子１３の動作電圧を低く抑えることができるからであり、１×１０20ｃｍ−３以下であると、ｎ型層２の結晶性を良好な状態に保つことができるからである。
【００３４】
ｎ型層２の層厚は、１００ｎｍ以上とすることが望ましい。１００ｎｍよりも厚いとエッチングによりｎ型層２内にｎ側電極６を形成する為の露出面を形成する際のエッチング精度に余裕を持つことができるからである。ｎ型層２の層厚の上限は特にはないが、露出面を形成する際のエッチング精度を緩和するとともに、ｎ型層２の形成時間を不必要に長くならないようにする為、５μｍ以下程度とすることが望ましい。
【００３５】
ｎ型層２は、ｎ型層２内での電子の広がりを促進する為に、ｎ側電極６が形成される層よりも発光層３側においてクラッド層を設けても構わない（図示せず）。クラッド層には、ＧａＮやＡｌＧａＮを使用することができる。また、クラッド層をｎ型層２よりバンドギャップの大きい窒化ガリウム系化合物半導体とすることにより、発光層３からの正孔のオーバーフローを効果的に抑制することができる。また、クラッド層にはｎ型不純物がドープされていてもドープされていなくてもよい。クラッド層はｎ型層２よりもキャリア濃度が小さい方がよい。ｎ型層２内で電子が一時的に発光層３側へ流れにくくなり、ｎ型層２の面内で電子が均一に広がり、これにより発光層３への均一な電子の注入が実現できる為、発光層３における発光分布が均一となり、その結果、基板１の裏面側の主発光面で均一な面発光が得られるからである。
【００３６】
クラッド層の厚さは、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。１０ｎｍよりも厚いと電流広がりの効果を十分に得ることができ、２００ｎｍよりも薄いと発光素子の直列抵抗が高くならず動作電圧を低く抑えることができるからである。
【００３７】
発光層３は、ｎ型層２並びにｐ型層４のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。特に、Ａｌを含まないＩｎＧａＮやＧａＮを用いると、青色波長域を含む紫外から緑色の波長域での発光強度を高くすることができる。発光層３がＩｎを含む場合は、膜厚を１０ｎｍよりも薄くして単一量子井戸層とすると、発光層３の結晶性を高めることができ、発光効率をより一層高めることができる。
【００３８】
また、発光層３は、ＩｎＧａＮやＧａＮからなる井戸層と、この井戸層よりもバンドギャップの大きいＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなる障壁層とを交互に積層させた多重量子井戸構造とすることもできる。発光層３を多重量子井戸構造とすることにより、キャリアの再結合の確率が向上するので、発光効率を向上させることができる。
【００３９】
ｐ型層４は、発光層３よりもバンドギャップの大きいｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。ｐ型層４には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の単層、又はこれらの層を積層したものを用いることができる。特に、発光層３に近い側のｐ型層４としてＡｌＧａＮを用いると、発光層３への電子の閉じ込めを効率的に行うことができ、発光効率を高くすることができるので好ましい。
【００４０】
ｐ型層４は、ｐ型不純物がドープされて、ｐ型伝導とされている。ｐ型不純物には、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃ等を用いることができるが、比較的容易にｐ型とすることができるＭｇを用いることが好ましい。ｐ型不純物濃度は１×１０19ｃｍ−３以上で５×１０20ｃｍ−３以下とすることが望ましい。ｐ型不純物濃度が１×１０19ｃｍ−３以上であると、ｐ側電極７とのオーミック接触抵抗が高くならず、発光素子１３の動作電圧を低く抑えることができるからであり、５×１０20ｃｍ−３以下であると、ｐ型層４の結晶性を良好な状態に保つことができると共に、発光層３へのｐ型不純物の拡散が顕著にならず、発光効率の低下を抑制することができるからである。
【００４１】
ｐ型層４の層厚は、５０ｎｍ以上で５００ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。５０ｎｍよりも厚いとｐ側電極７の構成金属のマイグレーションによる発光層３への侵入を抑制し、発光素子１３の寿命の低下を防ぐことができ、５００ｎｍよりも薄いと電流（正孔）がｐ型層４を通過する際の電圧降下の増大を抑制し、発光素子１３の動作電圧を低く抑えることができるからである。
【００４２】
ｐ型層４のｐ側電極７と接する側は、バンドギャップの比較的小さいＧａＮやＩｎＧａＮとすることができる。これにより、ｐ側電極７との接触抵抗を小さくでき、動作電圧の低減を効果的に行うことができる。
【００４３】
ｐ型層４に比較的高い濃度のｐ型不純物をドープする際は、ｐ型不純物の発光層３への過剰な拡散を抑制する為に、発光層３とｐ型層４との間に中間層を導入することもできる（図示せず）。この中間層には、ＩｎＡｌＧａＮを用いることができるが、特に、ＧａＮやＡｌＧａＮを用いると、発光層３との界面の結晶性を良好に保つことができるので好ましい。
【００４４】
中間層は、発光層３の方向に拡散するｐ型不純物の吸収層としての役目を果たす為に、アンドープであることが好ましい。中間層の層厚は、１ｎｍ以上で５０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。１ｎｍよりも厚いとｐ型不純物の発光層３への拡散を抑制する効果を十分に得ることができ、５０ｎｍよりも薄いと発光層３への正孔の注入効率の低下を抑制し、発光効率の低下を防ぐことができるからである。
【００４５】
次にｎ側電極６、ｐ側電極７について説明する。これら電極によって、ｐ−ｎ接合におけるキャリアの再結合による発光を起こす為に必要な電流が発光部５に供給される。
【００４６】
まず、ｎ側電極６について説明する。上述したようにｎ側電極６は、ｐ側層４と発光層３とｎ型層２の一部分とを部分的に除去して露出させたｎ型層２の露出面に設けている。このように発光素子１３の主発光面の反対側にｎ側電極６を形成することにより、主発光面において発光部５から放射された光が遮断されないので、均一な面発光が得られる。
【００４７】
コンタクト層６ａは、Ｔｉ、Ｍｏ等の単体金属、又はそれらを含む合金、又はそれらを含む積層構造から構成されている。コンタクト層６ａによってｎ側ボンディング層６ｂの金属のｎ型層２への移行を抑制している。
【００４８】
コンタクト層６ａの厚さは１ｎｍ〜１０００ｎｍが望ましい。１ｎｍ以上であれば十分なバリア性を得ることができ、１０００ｎｍ以下であれば層の形成に必要となる原料が少なくて済むと共に、この工程にかかる時間が不必要に長くならなくて済むからである。
【００４９】
ｎ側ボンディング層６ｂはＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の単体金属、又はそれらを含む合金、又はそれらを含む積層構造から構成されているが、Ａｕを用いることが望ましい。
【００５０】
Ａｕはマイグレーションが起こりにくいので、電極として用いても絶縁不良が起きにくく、ｎ側電極６とｐ側電極７との間の短絡を抑制することができる。
【００５１】
またＡｕは熱伝導性がよいので、発光により生じた熱を発光素子８外部へ逃がしやすい。さらにＡｕは延展性がよいので、発光素子８をボンディングする際にｐ側バンプ１１ｂとの密着性を高めることができる。
【００５２】
マイグレーションとは、金属が電流や電圧の存在下において種々の絶縁材料と接している場合、絶縁材料の吸湿または水の吸着に伴い、金属がそれらの表面または内部に移行する現象をいう。この現象によって最終的に絶縁不良によるシステムの致命的な破壊が起こる。
【００５３】
ｎ側ボンディング層６ｂの厚さは１００ｎｍ〜５０００ｎｍが望ましい。１００ｎｍ以上であればボンディング時の耐衝撃性を十分に得ることができ、５０００ｎｍ以下であれば層の形成に必要となる原料が少なくて済むと共に、この工程にかかる時間が不必要に長くならなくて済むからである。
【００５４】
なお、ｎ側電極６は図１に示すようなコンタクト層６ａとｎ側ボンディング層６ｂの二層構造に限定されるものではなく、多層構造でも構わないし、単層構造でも構わない。ｎ側電極６はＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ等の単体金属、又はＡｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｒ等を含む合金、又はそれらを含む積層構造を用いることができる。なお、ｎ側電極６の材料は金属に限定されるものではなく、黒鉛や導電性のプラスチック等、電気を通す材料であれば何でも構わない。
【００５５】
次にｐ側電極７について説明する。ｐ側電極７はｐ層６側から薄膜７ａ、Ａｇ合金層７ｂ、バリアメタル層７ｃ、ｐ側ボンディング層７ｄが積層されてなる。
【００５６】
Ａｇ合金層７ｂはＢｉ、Ｎｄ、Ｐｄ、Ｍｇのうち少なくとも一種を含むＡｇの合金、又はＰｄＣｕ、ＢｉＮｄ、ＮｄＡｕ、ＮｄＣｕのうちの少なくとも一種を含むＡｇの合金が用いられる。これらのＡｇ合金を積層構造としても良い。
【００５７】
また上述のＡｇ合金は、Ａｇ単体やその他Ａｇの合金よりも高温高湿下、電界下における腐食やイオンマイグレーションが起きにくい特性を有する。従って本実施の形態のように耐久性が要される電極として用いることで、腐食も少なく絶縁不良が起きにくい電極とすることができる。
【００５８】
さらに、上述のＡｇ合金はＡｇ単体と同様の反射強度を有する。
【００５９】
例えば、生成直後の反射強度を比較すると、膜厚が１２０ｎｍでＢｉを０．０７原子％とＮｄを０．１原子％含有するＡｇ合金層は、平均で５．３４ｍＶの反射強度を示し、Ａｇ単体の場合は同じ条件で５．２６ｍＶを示したことからも、Ａｇ合金の反射強度が高いことが分かる。
【００６０】
本発明の発光素子８はこのようなＡｇ合金を発光層３よりも下側に配置しているので、反射層としての機能を発揮することとなる。
【００６１】
また、耐高温高湿に関しては、同じＡｇ合金層とＡｇ単体の膜を８０℃、９０％の恒温恒湿に１００時間曝した後で同様の計測を行った。Ａｇ単体の層では反射強度が３０％程も落ちたことに比べ、Ａｇ合金層では反射強度の低下は１％以下であった。
【００６２】
この実験から、Ａｇ合金層は高温高湿での劣化が非常に少ないことが分かる。これは、Ａｇ合金層の露出表面に、添加原子の酸化膜が形成されるためと考えられる。例えば、Ｂｉを０．０４原子％、Ｎｄを０．１原子％含むＡｇ合金層７ｂを用いた発光素子１３の場合、薄膜７ａやバリアメタル層７ｃが形成されていないＡｇ合金層７ｂの側面の膜表面には、Ｂｉ２Ｏ３の層が存在する。このようなＡｇ合金層７ｂの側面表層部に生成される添加物の酸化膜が、Ａｇ合金層７ｂのマイグレーションをさらに抑えていると考えられる。故に、このＡｇ合金に添加する物質としては、Ａｇ単体よりも酸化が起きやすい物質を選択すればよいと思われる。
【００６３】
なお、反射強度は波長が４３０ｎｍ程度の光源を用い、反射した光の強度を計測した。
【００６４】
また、Ａｇ合金層はＢｉを０．０４原子％以上含有することが好ましい。このことによりハロゲン起因の凝集が抑制されるので、さらに劣化が起きにくくなり、短絡による寿命の低下を防止できる。  また、Ｂｉが含まれているＡｇ合金層に関しては、その他例えばＮｄやＰｄを含有するＡｇ合金層よりも熱伝導率が向上する。
【００６５】
また、Ａｇ合金層はＮｄを含有することが好ましい。これにより耐温度性が高まり、さらにマイグレーションが起きにくくなり短絡による寿命の低下を防止できるとともに、反射強度も高まる。例えば、Ｂｉを０．０７原子％含有するＡｇ合金層の場合は反射強度が５．２４ｍVであるのに対し、Ｂｉを０．０７原子％とＮｄを０．１原子％含有するＡｇ合金層は５．４ｍVを示した。
【００６６】
ここで、発光層３からの発光波長が約２５０ｎｍ〜５３０ｎｍである場合、反射層にあたるＡｇ合金層７ｂがなければ、発光層３から主発光面とは逆の方向に放射された光が、その波長を吸収するＡｕからなるｐ側ボンディング層によって吸収されてしまう。Ａｇ合金層７ｂを設けることにより、主発光面とは逆の方向の放射光もこの層で反射され、最終的には主発光面から取り出される。
【００６７】
このことを踏まえ、Ａｇ合金層７ｂの厚さは５ｎｍ〜２０００ｎｍが望ましい。５ｎｍ以上であれば光は透過せず、十分な反射特性を得ることができ、２０００ｎｍより厚いと、マイグレーションを起こす可能性が増加するとともに、反射特性に変化は無く、層の形成に必要となる原料や工程にかかる時間を多く必要とする為、製造コストが高くなってしまう。更に１００ｎｍ〜１０００ｎｍの間、好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度が良い。平均とすると、これらの間で、反射特性が飽和するからである。つまり、Ａｇ合金層７ｂは、反射膜としての機能を有する最大限の厚みであることが望ましい。
【００６８】
なお、Ａｇ合金層７ｂは必ずしも本実施の形態に示したｐ側電極７を構成する反射電極として限定されるものではなく、発光層３に対して主反射面とは逆側に設ければよい。この位置にあれば、発光層３にから主反射面とは逆側に放射された光を反射し、光を主反射面へと向かわせることができるからである。
【００６９】
上記Ａｇ合金層７ｂとｐ型層４との間に設けた薄膜７ａは、ｐ型層４とのオーミック接続を良好に行える物質からなる。ここではｐ型層４にはＧａＮを用いているので、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ等が好ましい。この薄膜７ａはＡｇ合金層７ｂとｐ型層４とのオーミック接触性を十分にし、オーミック抵抗を下げ、電気的接続を良好にするためのものである。つまり、薄膜７ａを設けることで、発光素子８の駆動電圧を下げることができる。
【００７０】
薄膜７ａの厚さは０．５ｎm〜５ｎmが望ましい。０．５ｎｍ以上であれば十分なオーミック接触性を得ることができ、５ｎｍ以下であれば光が透過できる程度に十分薄いため、発光層３から主反射面とは逆に放射された光はＡｇ合金層７ｂに到達可能であり、そこでの光反射を効果的に行うことができることに加え、発光素子１３において電流は積層方向に流れるので、厚みは少ないほうが抵抗は下がる。
【００７１】
図３にＰｔからなる薄膜７ａの膜厚（ｎｍ）に対する反射強度比（％）を示す。データはＡｇ単体の層と、Ｂｉを０．０７原子％とＮｄを０．１原子％含むＡｇ合金について、Ｐｔ薄膜７ａの膜厚を０から１００ｎｍまでふってそれぞれの反射強度と、それぞれＰｔ薄膜７aを設けなかった場合の反射強度を基準とした値とを示した。また、Ａｇ単体の層の反射に対するＡｇ合金層７ｂの反射強度比（％）を示した。
【００７２】
図３の表によれば、Ａｇ合金層７ｂの場合は薄膜７ａが５ｎｍのときは反射強度は３．６５ｍＶとなり、薄膜７ａを設けない５．３４ｍＶの約７割程度には減ってしまうが、反射膜としては許容範囲の数値を示す。薄膜７ａが薄ければ薄いほど、反射強度は良い値を示すことが分かる。
【００７３】
また、Ａｇ単体の層を用いた場合は、Ｐｔ等のオーミック接触用の薄膜を形成すると反射強度が若干落ちてしまうことが課題となっていたが、図３のグラフによれば、Ａｇ合金層７ｂを用いた場合は、薄膜７ａが０から約１ｎｍの範囲内での反射強度の落ち方が少ない。これは、合金による界面の差によるものかと推測される。薄膜７ａが２ｎｍ以上と厚くなると、薄膜７ａでの減衰が大きくなるため、界面での反射強度の差はでなくなると考えられる。このことから、本発明のＡｇ合金はオーミック接触用の薄膜７ａを用いても、Ａｇ合金自身が有する反射強度を損ねることがないので、高い反射強度を有する電極としては最適なことが分かる。
【００７４】
なお、この薄膜７ａはＡｇ合金層７ｂとｐ型層４との間の接合面全てにわたって形成せずともよく、少なくとも一部に形成されており、その平均の厚みが０．５ｎｍ〜５ｎｍであればよい。Ａｇ合金層７ｂとｐ型層４とのオーミック接触性は全面形成よりも劣るが、薄膜７ａが形成されていない部分があれば薄膜７ａでの光の減衰がなくなるので光の反射率が上がる。このようにオーミック接触が得られやすいＰｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ等であれば、少なくとも一部が接続さえていることでオーミック抵抗を大幅に下げることができる。例えば島状、格子状、縞模様が考えられる。
【００７５】
バリアメタル層７ｃはＴｉ、Ｍｏ、Ｐｔ等からなり、これらをＡｇ合金層７ｂとｐ側ボンディング層７ｄとの間に形成することにより、両者間の金属の拡散を防止し、合金化を防ぐことができる。バリアメタル層７ｃはＡｇ合金層７ｂを覆うように形成するとＡｇ合金層７ｂのマイグレーションをよりよく抑えられる。バリアメタル層の厚さは１０ｎｍ〜２００ｎｍが望ましい。１０ｎｍ以上であれば十分なバリア性を得ることができ、２００ｎｍ以下であると層の形成に必要となる原料が少なくて済むと共に、この工程にかかる時間が短くて済むからである。好ましくは１００ｎｍ程度が良い。（なお、バリアメタル層７ｃとしてはＴｉ、Ｍｏ、Ｐｔに限られずこれらの混合であっても、その他の材料であってもよい。高融点で、かつ抵抗値があまり高くない材料が適している。
【００７６】
なお、バリアメタル層７ｃやｐ側ボンディング層７ｄ等のＡｇ合金層７ｂの上表面の金属は、Ａｇ合金層７ｂを覆うような形に形成してもよい。このようなカバー電極を形成することにより、Ａｇ合金層７ｂがマイグレーションを起こすことをより確実に防止することができる。
【００７７】
また、本実施の形態ではＡｇ合金を、図１に示すような薄膜７ａとＡｇ合金層７ｂとバリアメタル層７ｃとｐ側ボンディング層７ｄの４層構造の電極として用いたが、これに限定されるものではない。Ａｇ合金層は発光層３よりも逆主反射面側に形成されていればよいので、電極７を構成せずともよい。電極層７よりも上の主反射面側や、電極７よりも下の逆主反射面側にも設置され得る。この場合は、電極７はＡｇ合金層を含まずともよく、単層構造でも、多層構造でも構わない。ｐ側電極７はＡｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ等の単体金属、又はこれらを含む合金や、積層構造を用いることができる。更に言えばこの場合、ｐ側電極７の材料は金属に限定されるものではなく、黒鉛や導電性のプラスチックなど、電気を通す材料であれば何でも構わない。
【００７８】
なお、本実施の形態では基板１の上に形成される第１の半導体層としてｎ型層２を設け、その上の発光層３を挟んで第２の半導体層としてｐ型層４を設けているが、第１の半導体層をｐ型層、第２の半導体層をｎ型層としてもよい。この場合、ｎ側電極６とｐ側電極７の位置が入れ替わる構成となる。
【００７９】
（実施の形態２）
以下、本発明の発光素子を用いた発光装置について図２と図４を参照してより詳しく説明する。図２は本発明の発光素子を用いた発光装置の断面図である。図３は本発明の発光素子を用いた発光素子の断面図であり、その発光経路を示す図である。発光素子に関しては、実施の形態１と同様とし、紫外や青色の発光を得ることができる窒化ガリウム系化合物の発光素子とした。符号に関しても、既に述べたとおりとした。
【００８０】
図２において、発光素子８は、カップ１３の中に置載したサブマウント９に、バンプ１１でもってフリップチップ接続されている。
【００８１】
ｎ側バンプ１１ａやｐ側バンプ１１ｂ等のバンプ１１はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の単体金属、又はそれらを含む合金、又はそれらを含む積層構造を用いることができる。特に、熱伝導性や延展性のよいＡｕが用いられる。なお、接続方法はバンプ１１に限られず、半田等で発光素子８とサブマウント９とを電気的に接続してもよい。また、バンプ１１を介さずに、ｎ側電極６とｐ側電極７とを光反射部１０ａと１０ｂとに直接接続してもよいし、サブマウント９本体の半導体９ａと９ｂとに直接接続してもよい。
【００８２】
発光素子８のｐ側ボンディング層７ｄの表面のうち、バンプ１１ａと接していない部分に設けた反射部１２は、発光部５からの放射光の波長においてｐ側ボンディング層７ｄよりも反射強度の高い物質で構成される。具体的には、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｃｕ等の単体金属、又はそれらを含む合金、又はそれらを含む積層構造が好適に用いられる。
【００８３】
ただし、ｎ側電極６、ｐ側電極７同士の絶縁不良を抑制する為に反射部１２はマイグレーションが起こりにくいＲｈ若しくは光反射強度の高いＡｇやＡｌ、又はそれらを含む合金を用いることが望ましい。Ａｇ合金としてはマイグレーションが起こりにくいＡｇＰｄ系合金やＡｇＢｉ系合金が好ましい。
【００８４】
反射部１２の厚さは３０ｎｍから５０００ｎｍが望ましい。３０ｎｍ以上であれば十分な反射特性を得ることができ、５０００ｎｍより厚いと、反射特性に変化は無く、層の形成に必要となる原料が多く必要となり、又この工程にかかる時間が長くなる為、製造コストが高くなる。
【００８５】
なお、この反射部１２はｐ側ボンディング層７ｄの表面の一部だけに設けたり、ｐ側電極７の側面に設けたりしてもよいし、全く設けなくともよい。
【００８６】
さらに、反射部１２の下表面には保護膜（図示せず）を設けても良い。保護膜９は反射部１２に入射する光が保護膜によって吸収されないように、できる限り光を透過させる材料が望ましい。具体的にはＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ又はそれらの混合物が保護膜として好適に用いられる。
【００８７】
保護膜の膜厚は１０ｎｍから１０００ｎｍが望ましい。１０ｎｍ以上であれば十分に反射部１２を保護する機能を得ることができ、１０００ｎｍ以下であると、保護膜を割れや剥れなく形成することができるからである。なお、保護膜は設けずともよい。
【００８８】
サブマウント９の上の光反射部１０は、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｎ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｆｅなどの単体金属、又はこれらを含む合金や積層構造が適している。この光反射部１０はサブマウント９の上表面に限られず、サブマウント９の側面でもよいし、必ずしも設けずとも良い。
【００８９】
サブマウント９はＳｉダイオード等のｐｎダイオード、ｐｉｎダイオード又はショットキーバリアダイオード、ツェナーダイオード、トンネルダイオード、ガンダイオード等の各種のダイオードを用いることができる。
【００９０】
サブマウント９と発光素子８とを逆極性関係で接続、つまり互いのｐ電極とｎ電極とのうち逆極性の電極同士を接続することにより、逆方向電圧が発光素子８にかかったときに電流がサブマウント９に流れる。このような構成により、発光素子８に逆方向電圧が印加されない。また、サブマウント９は逆方向電圧保護機能を備えない素子であってもよいし、サブマウント９を設けずに発光素子８を直接カップ１３に接続したり、それ以外のものを用いても良い。
【００９１】
カップ１３は底から開口部にかけて半径が徐々に大きくなるカップ状であり、発光部５から四方八方に放射された光を主発光面側に効率よく放射させる。なお、カップ１３の形状はカップ状に限られず、例えば、パラボラ状や皿状でもよい。
【００９２】
また、カップ１３内は樹脂を充填する。樹脂は透明度の高いエポキシ樹脂やシリコン樹脂などを用いる。なお、樹脂にＹＡＧ系蛍光体、ＲＧＢ蛍光体、又はハロリン酸カルシウム系蛍光体などの蛍光体を添加することにより、発光部５からの放射光の波長を他の波長に変換することができる。
【００９３】
例えば、ＹＡＧ系蛍光体に青色光が入射すると、ＹＡＧ系蛍光体の励起により青色よりも長波長の黄色光に波長変換される。そして、蛍光体に入射しなかった青色光と、波長変換後の黄色光とが合わさり、白色光が得られる。
【００９４】
また、ＲＧＢ蛍光体やハロリン酸カルシウム系蛍光体に紫外光が入射すると、効率のよい波長変換ができ、発光効率の高い白色光が得られる。そしてこのように、波長変換を行う場合は、変換後の波長に合わせた反射部１０を設けるとよい。
【００９５】
なお、以上は青色の発光を得ることができる窒化ガリウム系化合物半導体についての説明であるが、窒化ガリウム系化合物半導体に限定されず、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＡｌＡｓ等のｐ−ｎ接合におけるキャリアの再結合によって発光する半導体であれば何でもよい。
【００９６】
また、発光層３から主発光面とは逆の方向に放射された光を反射させ、主発光面に取り出す為に、発光部５内において発光層３よりも下にＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）層を設けても構わない（図示せず）。
【００９７】
ＤＢＲ層は、ＡｌＮ等からなる低屈折率層とＧａＮ等からなる高屈折率層との積層周期構造である。ＤＢＲ層として反射強度を高める為には、低屈折率層と高屈折率層の積層周期構造を少なくとも１周期以上、好ましくは５周期以上とする。なお、ＤＢＲ層は、発光素子８の抵抗率を低くする為に、不純物がドープされていても構わないし、ＤＢＲ層の結晶性を高める為に、アンドープであっても構わない。
【００９８】
なお、本実施の形態では基板１の上に形成される第１の半導体層としてｎ型層２を設け、その上の発光層３を挟んで第２の半導体層としてｐ型層４を設けているが、第１の半導体層をｐ型層、第２の半導体層をｎ型層としてもよい。この場合、ｎ側電極６とｐ側電極７の位置が入れ替わる構成となる。
【００９９】
また、発光部５から放射される光の波長が約２００ｎｍ〜５５０ｎｍ以外の領域、例えば、赤色光や黄色光などの可視光領域、又は赤外領域、又は遠紫外領域、又は極遠紫外領域等であっても構わない。
【０１００】
なお、発光層３がなくともｎ型層２とｐ型層４により発光する。つまり、基板１とｎ型層２とｐ型層４とから発光部５が構成され得る。発光層３を設けることにより、キャリアの再結合の確率が向上するので、発光効率を向上させることができる。
【０１０１】
発光装置１４は発光素子８をカップ１３に実装した本実施の形態に限らず、電極パターンが形成されている実装部材に実装してもよい。実装部材としては、回路基板や、その他の戴置部材が挙げられる。電極パターンにはｎ側電極６とｐ側電極７がハンダや鉛フリーハンダなど、その他の導電性接合材にて電気的に接合される。
【０１０２】
次に、図３を用いて本実施の形態の発光装置１４の動作および作用について説明する。図３において、矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ光の放射方向を示す。
【０１０３】
図３の発光素子８において、順バイアス方向のｐ側電極７からｎ側電極６へと電流が流れると、発光層３でｐ−ｎ接合におけるキャリアの再結合による発光が起こる。例えば矢印Ａのように、基板１側へ放射された光は、そのまま外部へと放出される。また、図３中の矢印Ｂのように、ｐ側電極７側へ放射された光は、Ａｇ合金層７ｂで反射されて基板１側に向かい、反射器の開口部から外部へ放出される。また、図３中の矢印Ｃのように、発光層３からの光は、反射器で反射されて、カップ１３の開口部から外部へ放出される。また、矢印Ｄのように、反射器によって反射された後に反射部１１に入射した光は、その反射部１１と反射部８によって反射され、さらに反射器によって反射され、カップ１３の開口部から外部へ放出される。
【０１０４】
光が矢印Ｂのように進む場合にはＡｇ合金層７ｂが従来の反射電極よりも反射強度がよい分だけ増加する。さらに反射部８や反射部１１を設けた場合には、矢印Ｄのように進む光線分、取り出し光が増加するので、発光装置１４の発光効率が向上する。
【０１０５】
（実施の形態３）
以下、本発明の発光素子８およびそれを用いた発光装置１４の製造方法について図１から図５を参照して簡潔に説明する。図５は本発明の発光素子を用いた照明器具の断面図である。
【０１０６】
以下の説明では、主として有機金属気相成長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法を示すものであるが、成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタキシー法等を用いることも可能である。
【０１０７】
まず、表面を鏡面に仕上げられた厚さ約３００μｍ、直径約５０ｍｍのウェハー状のＧａＮからなる基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１の温度を１０６０℃に１０分間保ち、水素ガスを４リットル／分、窒素ガスを４リットル／分、アンモニアを２リットル／分で流しながら基板１を加熱することにより、基板１の表面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除く為のクリーニングを行う。
【０１０８】
次に、基板１の温度を１０６０℃に保持したままで、キャリアガスとして窒素ガスを１５リットル／分及び水素ガスを４リットル／分で流しながら、アンモニアを２リットル／分、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧと略称する。）を８０μｍｏｌ／分、１０ｐｐｍ希釈のモノシランを１０ｃｃ／分、で供給して、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層２を２μｍの厚さで成長させる。このｎ型層２の電子濃度は１×１０18ｃｍ−３である。
【０１０９】
ｎ型層２を成長後、基板１の温度を１０６０℃に保持したままで、モノシランの供給を止め、キャリアガスとして窒素ガスを１５リットル／分及び水素ガスを４リットル／分で流しながら、アンモニアを２リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡと略称する。）を３μｍｏｌ／分、で供給して、アンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるクラッド層を０．０５μｍの厚さで成長させる。このクラッド層の電子濃度は５×１０16ｃｍ−３である。
【０１１０】
クラッド層を成長後、ＴＭＧとＴＭＡの供給を止め、基板１の温度を７００℃まで降下させ、この温度に維持して、キャリアガスとして窒素を１２リットル／分、アンモニアを８リットル／分、ＴＭＧを４μｍｏｌ／分、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩと略称する。）を５μｍｏｌ／分、で供給して、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる量子井戸構造の井戸層（図示せず）を２ｎｍの厚さで成長させる。
【０１１１】
井戸層を成長後、ＴＭＩの供給を止め、キャリアガスとして窒素を１２リットル／分、アンモニアを８リットル／分、ＴＭＧを２μｍｏｌ／分で供給して、基板１の温度を１０６０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＧａＮ障壁層（図示せず）を３ｎｍの厚さで成長させ、基板１の温度が１０６０℃に達したら、キャリアガスとして窒素と水素を各々７リットル／分と７リットル／分で流しながら、アンモニアを６リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、で供給して、引き続きアンドープのＧａＮ障壁層（図示せず）を１２ｎｍの厚さで成長させる。こうしてアンドープのＧａＮからなる厚さ１５ｎｍの障壁層を形成する。
【０１１２】
そして、ＴＭＧの供給を止め、基板温度を再度７００℃まで降下させ、井戸層（図示せず）と障壁層（図示せず）の製法と同様の手順を繰り返すことにより、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）、井戸層（図示せず）、障壁層（図示せず）、井戸層（図示せず）を形成する。
【０１１３】
最後の井戸層（図示せず）を成長後、ＴＭＩの供給を止め、キャリアガスとして窒素を１４リットル／分、アンモニアを６リットル／分、ＴＭＧを２μｍｏｌ／分、ＴＭＡを０．１５μｍｏｌ／分で供給して、基板１の温度を１０６０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ（図示せず）を３ｎｍの厚さで成長させる。このようにして、４層の井戸層からなるＭＱＷを形成する。
【０１１４】
次に、基板１の温度が１０６０℃に達したら、キャリアガスとして窒素ガスを１５リットル／分及び水素ガスを４リットル／分で流しながら、アンモニアを２リットル／分、ＴＭＧを４０μｍｏｌ／分、ＴＭＡを３μｍｏｌ／分、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ2Ｍｇと略称する。）を０．１μｍｏｌ／分、で供給して、ＭｇをドープしたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型層４を２００ｎｍの厚さで成長させる。このｐ型層４のＭｇ濃度は１×１０20ｃｍ−３である。
【０１１５】
ｐ型層４を成長後、ＴＭＧとＴＭＡとＣｐ2Ｍｇの供給を止め、窒素ガスを８リットル／分、アンモニアを２リットル／分で流しながら、基板１の温度を室温程度にまで冷却させて、基板１の下に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたウェハーを反応管から取り出す。
【０１１６】
このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造に対して、別途アニールを施すことなく、その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積させた後、フォトリソグラフィーとウェットエッチングにより略方形状にパターンニングしてエッチング用のＳｉＯ2マスクを形成する。そして、反応性イオンエッチング法により、ｐ型層４と中間層と発光層３とクラッド層とｎ型層２の一部とを約５００ｎｍの深さで積層方向と逆の方向に向かって除去し、ｎ型層２の表面を露出させる。
【０１１７】
そして、フォトリソグラフィーとスパッタ法により、露出されたｎ型層２の表面の一部に、１００ｎｍ厚のＴｉからなるコンタクト層６ａと５００ｎｍ厚のＡｕからなるｎ側ボンディング層６ｂが積層されたｎ側電極６を形成する。
【０１１８】
さらに、エッチング用のＳｉＯ2マスクをウェットエッチングにより除去させた後、フォトリソグラフィーとスパッタ法により、ｐ型層４の表面のほぼ全面に、３ｎｍ厚のＰｔからなる薄膜７ａを形成する。そしてその上に、Ｂｉを０．１原子％含有する１２０ｎｍ厚のＡｇ合金層７ｂを形成する。このとき、ターゲット組成はＢｉを０．０７原子％とＮｄを０．１原子％を含有するＡｇ合金であった。その後、Ａｇ合金層７ｂの表面に、１００ｎｍ厚のＴｉからなるバリアメタル層７ｃと、（８００ｎｍ厚のＡｕからなるｐ側ボンディング層７ｄが積層されたｐ側電極７を形成する。
【０１１９】
ここで、反射部１２を設ける場合には、ｐ側電極７にレジストを塗布することによりパターニングした後、フォトリソグラフィーとスパッタ法によりｐ側ボンディング層７ｄの表面のほぼ全体にＲｈを３００ｎｍの厚さで形成させることにより反射部１２を設ける。
【０１２０】
また、パターニングの際は、ｎ側バンプ１１ａと接続するｐ側ボンディング層７ｄが露出するように、レジストを塗布する。
【０１２１】
さらに保護膜を設ける場合には、反射部１２の表面にＣＶＤ法やスパッタリング等によりＳｉＯ２からなる保護膜を５００ｎｍの厚さで堆積させた後、反射部１２の形成時と同様ｐ側ボンディング層７ｄが露出するようにエッチングにより保護膜を除去する。
【０１２２】
この後、基板１の裏面を研磨して１００μｍ程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分離し、発行素子８となる。
【０１２３】
次に、この発光素子８を用いた発光装置１４の製造方法を説明する。
【０１２４】
図５において、まずこの発光素子８を、電極６、７の形成面側を下向きにして、上面に光反射部１０ａ、１０ｂを有するＳｉダイオードからなるサブマウント９の上にバンプ１１ａ、１１ｂを介して接着させる。このとき、発光素子８のｐ側電極７およびｎ側電極６が、それぞれサブマウント９の負電極および正電極と接続されるようにして発光素子８を置載する。
【０１２５】
この後、図５に示すように、発光素子８が接続されたサブマウント９を、ステム１５ａ上に設けられたカップ１３の上にＡｇペーストにより載置する。このような構成において、カップ１３として導電性のものを用いることより、サブマウント９のｎ型半導体９ａとステム１５ａとを電気的に接続する。そして、サブマウント９上のｐ側光反射部９ｂを他方のステム１５ｂにワイヤ１６で結線し、その後、発光素子８及びサブマウント９を樹脂１７でモールドして照明器具を作製した。
【０１２６】
この発光装置１４を２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク発光波長４７０ｎｍの発光効率の高い青色光が得られた。このときの発光出力は１２ｍＷであり、順方向動作電圧は３．０Ｖであった。
【０１２７】
（実施の形態４）
以下、他の実施の形態の発光素子について、図６を参照して発光出力の比較を行う。図６は本発明の発光素子と比較例としての発光素子との発光出力の相対値を示す図である。
【０１２８】
まず、ｐ側電極７に、Ｐｔからなる3ｎｍ厚の薄膜７ａと、Ｂｉが０．０７％の１２０ｎｍ厚のＡｇ合金層７ｂ）とを有する発光素子８ａを上述の方法により作成し、実施例１とする。
【０１２９】
同様にして、３ｎｍ厚のＰｔの薄膜７ａと、Ｂｉを０．０７％、Ｎｄを０．２％含む１２０ｎｍ厚のＡｇ合金層７ｂを反射電極として有する発光素子８ｂを作成し、実施例２とする。
【０１３０】
また、Ｐｔの薄膜７ａを０．５ｎｍ厚で作成し、Ｂｉを０．０７％とＮｄを０．２％含有する１２０ｎｍ厚のＡｇ合金層７ｂを反射電極に有する発光素子８ｃを作成し、実施例３とする。
【０１３１】
さらに比較例として、Ａｇ合金層７ｂの代わりに１２０ｎｍ厚のＲｈ層を用い、３ｎｍのＰｔの薄膜７ａを有する発光素子を比較例１とし、１２０ｎｍ厚のＲｈ層と０．５ｎｍのＰｔの薄膜７ａとを有する発光素子を作成し比較例２とする。
【０１３２】
次に、上記実施例１〜３と比較例１、２とを用いて、薄膜７ａと、Ａｇ合金層７ｂと、発光素子の輝度の関係について説明する。
【０１３３】
図６において、まず、薄膜７ａがそれぞれ３ｎｍである、実施例１の発光素子と実施例２の発光素子と比較例１の発光素子との発光出力を比較する。比較例１の発光素子の発光出力を１００％とすると、ｐ側電極７にＡｇ合金層７ｂを用いている本発明の実施例１の発光素子、実施例２の発光素子は比較例１の発光素子よりも発光出力が２１％も増加していることが分かる。
【０１３４】
同様に、薄膜７ａが０．５ｎｍの発光素子どうしを比較しても、Ａｇ合金層を有する実施例３の発光素子は、比較例２の発光素子よりも発光出力が４６％も上昇していることが分かる。
【０１３５】
上記発光効率の上昇は、Ａｇ合金がＲｈよりも反射強度が強く、Ａｇ合金による反射効率の良さがこの発光出力増加の要因になっていると思われる。さらにこの大幅な上昇率はＡｇ合金層７ｂが電界下でのマイグレーションを起こしにくいことに起因している。つまり本発明のＡｇ合金層７ｂを用いることにより、発光効率に優れた良好な発光素子の提供が可能となる。
【０１３６】
次に、同じように反射電極としてＲｈの代わりにＡｇ合金を採用した場合でも、薄膜７ａの厚さによって、Ａｇ合金層７ｂに起因すると思われる発光効率の上昇率が異なることに注目する。薄膜が３ｎｍである実施例１と２は比較例１に比べて発光効率に２１％の上昇が見られたが薄膜が０．５ｎｍである実施例３は同じく薄膜が０．５ｎｍの比較例２に比べて発光効率が４６％も上昇している。
【０１３７】
つまり、薄膜７ａが薄いほど、発光効率に有利に寄与するということが言える。
次に図７は、同じ組成のＡｇ合金層７ｂを用いて、薄膜７ａの厚みを変化させた場合の発光素子の発光強度の相対値を調べたものである。相対値はＡｇ合金層の変わりにＲｈの層を有する比較例２の発光強度を基準とした。Ａｇ合金層７ｂはＢｉを０．０７原子％とＮｄを０．１原子％含むＡｇ合金を１２０ｎｍで厚形成した。
【０１３８】
図７によれば、Ａｇ合金層７ｂを用いた場合でも薄膜７ａを１０ｎｍとした場合には、発光強度は比較例２よりも劣ることが分かる。薄膜７ａを８ｎｍ以上に形成した場合には比較例２よりも発光強度が増える結果が得られた。薄膜７ａを２ｎｍに形成した場合には、発光出力は比較例２よりも３４％向上した。  以上のように薄膜７ａの厚みによって、同じＡｇ合金層７ｂを用いても発光強度がそれぞれ異なることが分かる。
【０１３９】
薄膜７ａを厚く形成すると、オーミック接合は良好に得られるものの、薄膜７ａ自身が発光層３から入射される光を吸収してしまい、Ａｇ合金層７ｂにまで光が到達できなくなることが原因だと考えられる。薄膜７ａを薄く形成できれば入射光は確実にＡｇ合金層７ｂに到達し、十分に反射される。つまり、薄膜７ａを薄く形成するほど、Ａｇ合金層７ｂの持つ高い反射強度の効果が顕著に現れてくることが分かる。光の透過性を考えると、薄膜７ａの厚さは５ｎｍ以下であることが好ましい。また、ｐ型層４とＡｇ合金層７ｂとのオーミック接合の良好性を保つためには、０．５ｎｍ以上の厚さとしたほうが、良い。  なお、薄膜７ｂの厚さが０．５ｎｍ以上であればオーミック抵抗の低下により、ｐ側電極７とｐ型層４との電気的接続を十分良好に行えるので、駆動電圧を高くしなくともよい。つまり電界による電極の負担を軽くすることができるので、Ａｇ合金層７ｂのマイグレーションを更に抑えることが可能となる。
【０１４０】
また、この薄膜はｐ型層４とＡｇ合金層７ｂとの間の接合面全てにわたって形成されていなくともよい。良好なオーミック接合が得られればいいので、一部のみが接触していても良い。例えば島状になっている部分がｐ型層４とＡｇ合金層７ｂとの接触を図っていても良いし、斑点状でも、格子状でも、一部が接触していればオーミックは十分とれ、薄膜の平均膜厚は０．５ｎｍ〜５ｎｍの間が最適である。５ｎｍ以下であれば発光層３からの逆主発光面への光が透過でき、Ａｇ合金層７ｂでの光の反射が十分行える。また、０．５ｎｍ以上であれば、ｐ型層４とＡｇ合金層７ｂとの良好なオーミック接続が得られる。
輝度と駆動電圧を考慮すると、薄膜７ａは０．５ｎｍ〜３ｎｍの厚さがより好ましい。
【０１４１】
Ａｇ合金層７ｂ以外の層に用いた材料に関しても上記実施の形態に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明に係る発光素子は、高温高湿下、さらには電界下における腐食やイオンマイグレーションが起きにくい電極を有し、かつ発光効率の優れたものである。よって、駆動電圧の抑制、安定した発光などの効果を有するため、照明機器、表示機器、医療機器、通信機器、撮影機器、携帯電話、殺菌装置等の用途にも適用できる。例えば、室内照明、車載ランプや車のヘッドライト、携帯電話やＰＤＡやカメラやテレビなどの液晶ディスプレイのバックライト、携帯キーパッド、ストロボ、信号機、空気清浄機内の殺菌ランプ、医療機器用の殺菌ランプ、光触媒用のランプ、赤外線カメラ、光通信機器などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の一実施例である発光素子の断面図
【図２】本発明の他の実施例である発光素子を用いた発光装置の断面図
【図３】Ｐｔからなる薄膜の膜厚に対する反射強度比を示す図
【図４】本発明の他の実施例である発光素子を用いた発光装置の断面図
【図５】本発明の他の実施例である発光素子を用いた照明器具の断面図
【図６】本発明の発光素子の発光出力相対値を示す図
【図７】本発明の発光素子のＰｔ薄膜の膜厚に対する発光出力相対値を示す図
【図８】従来の発光素子を示す断面図
【符号の説明】
【０１４４】
１  基板
２  ｎ型層
３  発光層
４  ｐ型層
５  発光部
６  ｎ側電極
６ａ  コンタクト層
６ｂ  ｎ側ボンディング層
７  ｐ側電極層
７ａ  薄膜
７ｂ  Ａｇ合金層
７ｃ  バリアメタル層
７ｄ  ｐ側ボンディング層
１３  発光素子
【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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