(57)【要約】【課題】動作電圧を下げ且つ電流分散効果を向上させ、銀のような反射物質によって電流が漏れる現象を最小限に抑えられる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】ｎ型電極と、前記ｎ型電極に接するように形成されているｎ型窒化物半導体層１２０と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されている活性層１３０と、前記活性層上に形成されているｐ型窒化物半導体層１４０と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成されているアンドープＧａＮ層２１０と、前記アンドープＧａＮ層上に形成され、該アンドープＧａＮ層との接合界面に２次元電子ガス層を提供するＡｌＧａＮ層２２０と、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されている反射層１５０と、前記反射層を取り囲む形状に形成されている障壁層３００と、前記障壁層上に形成されているｐ型電極１７０を含む窒化物系半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【選択図】        図３
2006313888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型電極と、
前記ｎ型電極に接するように形成されているｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されている活性層と、
前記活性層上に形成されているｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成されているアンドープＧａＮ層と、
前記アンドープＧａＮ層上に形成され、該アンドープＧａＮ層との接合界面に２次元電子ガス層を提供するＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層上に形成されている反射層と、
前記反射層を取り囲む形状に形成されている障壁層と、
前記障壁層上に形成されているｐ型電極
含むことを特徴とする、窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記障壁層は、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されており、前記反射層の厚さよりも高い厚さを有する第１障壁層と、前記第１障壁層の側壁に接しながら前記反射層上に形成されている第２障壁層とからなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１障壁層は、アンドープＧａＮ、ＳｉＯ2 及びＳｉＮx よりなる群から選ばれたいずれか一つの膜で構成されることを特徴とする、請求項２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２障壁層は、Ｃｒ／ＮｉまたはＴｉＷからなることを特徴とする、請求項２または３に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記ＡｌＧａＮ層と前記反射層との間に、ＩＴＯ電極をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記ＡｌＧａＮ層と前記反射層間の界面に、接着層をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記アンドープＧａＮ層は、５０〜５００Åの厚さを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項８】
前記ＡｌＧａＮ層のＡｌ含量は、１０〜５０％であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項９】
前記ＡｌＧａＮ層は、５０〜５００Åの厚さを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１０】
前記ＡｌＧａＮ層は、アンドープＡｌＧａＮ層であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ＡｌＧａＮ層は、ｎ型不純物がドープされたＡｌＧａＮ層であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１２】
前記ＡｌＧａＮ層は、不純物としてシリコンまたは酸素を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１３】
前記ｎ型電極が、前記活性層の形成された前記ｎ型窒化物半導体層の背面に形成され、垂直型発光素子を具現していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１４】
前記ｎ型電極が、前記ｎ型窒化物半導体層上に前記活性層と一定間隔だけ離れて形成され、また、前記活性層及び前記ｎ型電極が形成された前記ｎ型窒化物半導体層の背面に形成されている基板をさらに含め、フリップチップ発光素子を具現していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１５】
基板上にｎ型窒化物半導体層を形成する段階と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に活性層を形成する段階と、
前記活性層上にｐ型窒化物半導体層を形成する段階と、
前記ｐ型窒化物半導体層上にアンドープＧａＮ層を形成する段階と、
前記アンドープＧａＮ層との接合界面に２次元電子ガス層が形成されるように、前記アンドープＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する段階と、
前記ＡｌＧａＮ層上に、反射層とこれを取り囲む形状を持つ障壁層とを形成する段階と、
前記障壁層上にｐ型電極を形成する段階と、
前記ｎ型窒化物半導体層に接するｎ型電極を形成する段階
を備えてなることを特徴とする、窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記ＡｌＧａＮ層上に、反射層とこれを取り囲む形状を持つ障壁層を形成する方法は、
前記ＡｌＧａＮ層上に反射層形成領域を定義する第１障壁層をパターニングする段階と、
前記第１障壁層によって定義された前記ＡｌＧａＮ層上に、前記第１障壁層の高さよりも低く反射層を形成する段階と、
前記第１障壁層及び前記反射層上に、第２障壁層を形成する段階
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１障壁層をパターニングする方法は、
前記ＡｌＧａＮ層上にアンドープＧａＮ層を所定厚さに成長させる段階と、
前記成長されたアンドープＧａＮ層を反射層形成領域が定義されるように選択エッチングする段階
を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１障壁層をパターニングする方法は、
前記ＡｌＧａＮ層上に所定厚さを持つシリコン系列の絶縁膜を形成する段階と、
前記シリコン系列の絶縁膜を反射層形成領域が定義されるように選択エッチングする段階
を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記ＡｌＧａＮ層上に、反射層とこれを取り囲む形状を持つ障壁層とを形成する方法は、
前記ＡｌＧａＮ層上に反射層を形成する段階と、
前記反射層の端部の一定領域を除去する段階と、
前記反射層が除去されたＡｌＧａＮ層上に、前記反射層の高さよりも高い高さを持つ第１障壁層をパターニングする段階と、
前記第１障壁層及び前記反射層上に第２障壁層を形成する段階
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１障壁層は、前記反射層が除去されたＡｌＧａＮ層上に、アンドープＧａＮ層を所定厚さに成長させて形成することを特徴とする、請求項１９に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記ＡｌＧａＮ層と前記反射層間の界面に接着層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記ＡｌＧａＮ層を形成する段階の後に、酸素雰囲気で前記ＡｌＧａＮ層をアニーリングする段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記反射層形成前に、前記ＡｌＧａＮ層と前記反射層との間にＩＴＯ電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
前記ｎ型窒化物半導体層に接するｎ型電極を形成する方法は、
前記ｐ型窒化物半導体層上にアンドープＧａＮ層を形成する前に、前記活性層及び前記ｐ型窒化物半導体層の一部をメサエッチングして前記ｎ型窒化物半導体層の一部を露出させる段階と、
前記露出されたｎ型窒化物半導体層上に、ｎ型電極を形成する段階
を含むことを特徴とする、請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
前記ｎ型窒化物半導体層に接するｎ型電極を形成する方法は、
前記ｎ型窒化物半導体層に接する前記基板を除去する段階と、
前記基板が除去されたｎ型窒化物半導体層上に、ｎ型電極を形成する段階
を含むことを特徴とする、請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の窒化物系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、窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関し、より詳細には、動作電圧を下げ且つ電流分散効果を向上させると同時に、銀のような反射物質によって電流が漏れる現象を最小限に抑えられる窒化物系半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、窒化物系半導体は、比較的高いエネルギーバンドギャップを持つ物質（例：ＧａＮ半導体の場合、約３．４ｅＶ）であって、青色または緑色などの短波長光を生成するための光素子に積極的に採用されている。かかる窒化物系半導体としては、Ａｌx Ｉｎy Ｇａ(1-x-y) Ｎ（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）の組成式を持つ物質が広く使われている。
【０００３】
ところが、このような窒化物系半導体は、比較的大きいエネルギーバンドギャップを有するため、電極とオーミック接触を形成し難い。特に、ｐ型窒化物半導体層はより大きいエネルギーバンドギャップを有するため、ｐ型電極との接触部位において接触抵抗が高くなり、これによって、素子の動作電圧が大きくなり発熱量が増加するという問題があった。しかも、ｐ型窒化物半導体層は、窒化物系半導体発光素子を形成するための工程のうち、エッチング工程の一つであるＩＣＰ−ＲＩＥ工程によって抵抗がさらに高くなるという問題があった。
【０００４】
そこで、窒化物系半導体発光素子では、ｐ型電極形成時にオーミック接触を改善することが要求されている。
【０００５】
また、最近では、窒化物系半導体発光素子の輝度を増加させるために、反射層素材として脚光を浴びている銀（Ａｇ）などの金属を背面反射層として採用し、前面とは反対面へ放出される光を背面反射層から前方に反射させ、以前のｐ型電極における低い透過率によって低減してきた光を生かすことによって光抽出効率を向上させている。
【０００６】
しかしながら、背面反射層をなす銀（Ａｇ）などの反射物質は、拡散現象が激しいため、漏洩電流を誘発し、発光素子の収率及び信頼性の低下を招くという問題があった。
【０００７】
そこで、窒化物系半導体発光素子は、背面反射層をなす反射物質の拡散を遮断する方案を必要としている現状である。
【０００８】
この種の窒化物系半導体発光素子は、フリップチップ発光素子（flip chip light emitting diodes）と垂直型発光素子（vertically structured light emitting diodes） とに大別される。以下、図１及び図２を参照して、従来技術による窒化物系半導体発光素子の問題点について、窒化物系半導体発光素子のうちフリップチップ発光素子を例に挙げて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、従来技術による窒化物系半導体発光素子の構造を示す断面図であり、図２は、図１の“Ａ”部分を拡大した写真である。
【００１０】
図１に示すように、従来技術による窒化物系半導体発光素子１００は、サファイア基板１１０上に順次に形成されたｎ型窒化物半導体層１２０、多重井戸構造であるＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層１３０及びｐ型窒化物半導体層１４０を含み、ｐ型窒化物半導体層１４０とＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層１３０は、一部エッチング（mesa etching）工程によってその一部領域が除去され、ｎ型窒化物半導体層１２０の上面一部が露出された構造を有する。
【００１１】
ｎ型窒化物半導体層１２０上にはｎ型電極１８０が形成されており、ｐ型窒化物半導体層１４０上にはＮｉ／Ａｕからなるｐ型電極１７０が形成されている。
【００１２】
このようなｐ型窒化物半導体層１４０は、相対的に大きいエネルギーバンドギャップを有するため、ｐ型電極１７０と接触すると接触抵抗が高まり、よって、素子の動作電圧の増加及びそれによる発熱量の増加を招くという問題があった。
【００１３】
また、ｐ型窒化物半導体層１４０とｐ型電極１７０との間には、窒化物系半導体発光素子の輝度を増加させるための背面反射層１５０が配置され、これは、その上に配置されるＣｒ／ＮｉまたはＴｉＷなどのような金属物質からなる障壁層１６０によって遮断されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記のように構成される従来技術による窒化物系半導体発光素子は、図２に示すように、銀（Ａｇ）などの物質を用いて背面反射層１５０を形成する際に、すなわち、背面反射層の形成のためのリフト・オフ（lift-off）工程を進行する際に、リフト・オフ工程によって背面反射層１５０の端部において厚さ偏差が生じてしまう。
【００１５】
このように背面反射層１５０の端部において厚さ偏差が生じてしまうと、背面反射層１５０を構成する銀（Ａｇ）などの反射物質が、厚さ偏差の形成された背面反射層１５０と隣接した障壁層１６０を通って拡散され、これは、発光素子の漏洩電流を増加させる要因となる。
【００１６】
また、障壁層１６０は、背面反射層１５０を完全に覆って反射物質が外部へ拡散されるのを防止すべくｐ型窒化物半導体層１４０と接触しているが、この際、障壁層１６０を構成するＣｒ／ＮｉまたはＴｉＷなどの金属物質とｐ型窒化物半導体層１４０を構成する半導体間の接触不良が生じ、発光素子の漏洩電流をより増加させるという問題があった。その結果、窒化物系半導体発光素子の特性及び信頼性が劣化するだけでなく、収率も低下するという問題があった。
【００１７】
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、動作電圧を下げ且つ電流分散効果を向上させると同時に、銀のような反射物質によって電流が漏れる現象を最小限に抑えられる窒化物系半導体発光素子を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、上記の窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明は、ｎ型電極と、前記ｎ型電極に接するように形成されているｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されている活性層と、前記活性層上に形成されているｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成されているアンドープＧａＮ層と、前記アンドープＧａＮ層上に形成され、該アンドープＧａＮ層との接合界面に２次元電子ガス層を提供するＡｌＧａＮ層と、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されている反射層と、前記反射層を取り囲む形状に形成されている障壁層と、前記障壁層上に形成されているｐ型電極を含むことを特徴とする窒化物系半導体発光素子を提供する。
【００２０】
ここで、前記障壁層は、前記ＡｌＧａＮ層上に形成されており、前記反射層の厚さよりも高い厚さを持つ第１障壁層と、前記第１障壁層の側壁及び前記反射層上に形成されている第２障壁層とからなることが好ましい。より好ましくは、前記反射層を取り囲む障壁層のうち、前記第１障壁層は、アンドープＧａＮ、ＳｉＯ2 及びＳｉＮx よりなる群から選ばれたいずれか一つで構成され、前記第２障壁層は、Ｃｒ／ＮｉまたはＴｉＷからなることが好ましい。これは、前記ＡｌＧａＮ層上に形成される第１障壁層と前記ＡｌＧａＮ層との接着性を向上させ、接着不良による反射層の反射物質拡散を防止するためである。
【００２１】
また、前記アンドープＧａＮ層は、５０〜５００Åの厚さを有し、前記ＡｌＧａＮ層は、結晶性側面を考慮して、Ａｌの含量が１０〜５０％の範囲となるように形成することが好ましい。この場合、前記ＡｌＧａＮ層は、２次元電子ガス層の形成のために、５０〜５００Åの厚さを持つように形成する。
【００２２】
また、前記ＡｌＧａＮ層は、アンドープＡｌＧａＮ層またはＳｉのようなｎ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層であることが好ましい。
【００２３】
また、前記ＡｌＧａＮ層は、不純物としてシリコンまたは酸素を含む。ここで、酸素は、Ｓｉのようなドナーとして働き、自然酸化によって含まれても良いが、故意にＡｌＧａＮ層を酸素雰囲気でアニーリングすることによって充分な酸素含量が確保されるようにすることが好ましい。
【００２４】
また、前記ＡｌＧａＮ層と前記反射層との間に接触層をさらに含むことが好ましい。
【００２５】
また、前記ｎ型電極は、前記活性層の形成された前記ｎ型窒化物半導体層の背面に形成されることで、垂直型構造を持つ窒化物系半導体発光素子を具現したり、前記ｎ型電極は、前記ｎ型窒化物半導体層上に前記活性層と一定間隔だけ離れて形成され、また、前記活性層及び前記ｎ型電極の形成された前記ｎ型窒化物半導体層の背面に形成されている基板をさらに含めることで、フリップチップ構造を持つ窒化物系半導体発光素子を具現したりすることができる。
【００２６】
上記の目的を達成するために、本発明は、基板上にｎ型窒化物半導体層を形成する段階と、前記ｎ型窒化物半導体層上に活性層を形成する段階と、前記活性層上にｐ型窒化物半導体層を形成する段階と、前記ｐ型窒化物半導体層上にアンドープＧａＮ層を形成する段階と、前記アンドープＧａＮ層との接合界面に２次元電子ガス層が形成されるように、前記アンドープＧａＮ層上にＡｌＧａＮ層を形成する段階と、前記ＡｌＧａＮ層上に、反射層とこれを取り囲む形状を持つ障壁層とを形成する段階と、前記障壁層上にｐ型電極を形成する段階と、前記ｎ型窒化物半導体層に接するｎ型電極を形成する段階を備えてなることを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２７】
ここで、前記ＡｌＧａＮ層上に、反射層とこれを取り囲む形状を持つ障壁層とを形成する方法は、前記ＡｌＧａＮ層上に、反射層形成領域を定義する第１障壁層をパターニングする段階と、前記第１障壁層によって定義された前記ＡｌＧａＮ層上に、前記第１障壁層の高さよりも低く反射層を形成する段階と、前記第１障壁層及び前記反射層上に第２障壁層を形成する段階を含むことが好ましい。
【００２８】
また、前記第１障壁層をパターニングする方法は、前記ＡｌＧａＮ層上にアンドープＧａＮ層を所定厚さに成長させる段階と、前記成長されたアンドープＧａＮ層を反射層形成領域が定義されるように選択エッチングする段階を含むか、前記ＡｌＧａＮ層上に所定厚さを持つシリコン系列の絶縁膜を形成する段階と、前記シリコン系列の絶縁膜を反射層形成領域が定義されるように選択エッチングする段階を含むことが好ましい。
【００２９】
このように、本発明は、ｐ型窒化物半導体層の接触抵抗を下げるべく、ｐ型窒化物半導体層上に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）層構造を採用する。特に、２ＤＥＧ構造の電子移動度は非常に高いので、電流分散効果を大きく改善させることができる。
【００３０】
また、本発明は、反射層の拡散を防止するために、側壁障壁層と上面障壁層を備えて反射層を完全に取り囲んで遮断する構造を採用する。特に、側面障壁層は、アンドープＧａＮまたはシリコン系列の窒化物からなり、下部ＡｌＧａＮ層との接触性に優れているため、接触不良による反射層の拡散を防止することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、ｐ型窒化物半導体層の上部にアンドープＧａＮ／ＡｌＧａＮの異種接合構造を採用したため、２次元電子ガス層によるトンネリング現象を通じてｐ型窒化物半導体層の抵抗を最小化し、窒化物系半導体発光素子の動作電圧を下げ且つ電流分散効果を向上させることが可能になる。
【００３２】
なお、本発明は、２次元電子ガス層によって高いキャリア移動度とキャリア濃度を保障できるため、電流注入効率の側面で格段な効果が得られる。
【００３３】
また、本発明は、高輝度の窒化物系半導体発光素子を実現するために備えられた反射層の反射物質が外部へ拡散されるのを防止し、漏洩電流を最小限に抑えることができる。
【００３４】
したがって、本発明は、窒化物系半導体発光素子の特性及び信頼性を向上させると同時に、収率を向上させることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る窒化物系半導体発光素子及びその製造方法の好適な実施形態を、本発明の属する技術分野における通常の知識をもつ者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【００３６】
図面中、多数の層及び領域は、明確な図示のためにその厚さを拡大して示し、同一の構成要素については同一の参照符号を共通使用するものとする。
【００３７】
まず、図３及び図４を参照して、本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子について詳細に説明する。
【００３８】
図３は、本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の構造を示す断面図であり、図４は、図３に示す窒化物系半導体発光素子に採用された異種接合バンド構造を示すエネルギーバンド図である。
【００３９】
図３に示すように、ｎ型電極１８０上に、ｎ型窒化物半導体層１２０、活性層１３０及びｐ型窒化物半導体層１４０が順次積層されている。
【００４０】
ここで、ｎ型またはｐ型窒化物半導体層１２０，１４０はそれぞれ、導電型不純物のドープされたＧａＮ層またはＧａＮ／ＡｌＧａＮ層からなるのがよく、活性層１３０は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層からなる多重量子井戸（Multi-Quantum Well）構造でありうる。
【００４１】
ｐ型窒化物半導体層１４０上には、異種物質であるアンドープＧａＮ層２１０とＡｌＧａＮ層２２０が順次積層されている２次元電子ガス（２ＤＥＧ）層２３０の構造が形成されている。これは、ｐ型窒化物半導体層の接触抵抗を下げ且つ電流分散効果を向上させる役割を担う。
【００４２】
このように異種物質であるアンドープＧａＮ層２１０とＡｌＧａＮ層２２０が順次積層されている２次元電子ガス（２ＤＥＧ）層２３０の構造について、図４を参照してより詳細に説明する。
【００４３】
図４を参照すると、アンドープＧａＮ層２１０は、ＡｌＧａＮ層２２０とのエネルギーバンド不連続性によって、その界面に２次元電子ガス層２３０を有するようになる。したがって、電圧印加時に、２次元電子ガス層２３０によるｎ+−ｐ+接合でトンネリング現象が発生し、接触抵抗を低減させることが可能になる。
【００４４】
また、２次元電子ガス層２３０では、高いキャリア移動度（約１５００ｃｍ2 ／Ｖｓ）が保障されるので、電流分散効果をより大きく改善させることができる。
【００４５】
このような２次元電子ガス層２３０の好ましい形成条件は、アンドープＧａＮ層２１０とＡｌＧａＮ層２２０の各厚さｔ１，ｔ２（図５−ｂ参照）と、ＡｌＧａＮ層２２０のＡｌ含量で説明することができる。
【００４６】
より詳細には、アンドープＧａＮ層２１０の厚さｔ１は、２次元電子ガス層２３０のトンネリング現象を考慮して約５０〜５００Åの範囲にすることが好ましく、本実施形態では８０〜２００Åの厚さにしている。
【００４７】
また、ＡｌＧａＮ層２２０の厚さｔ２は、Ａｌの含量によって変更されるが、Ａｌ含量が多いと結晶性が低下する恐れがあるので、ＡｌＧａＮ層２２０のＡｌ含量は１０〜５０％に限定することが好ましく、このＡｌ含量条件で、ＡｌＧａＮ層２２０の厚さは約５０〜５００Åの範囲にすることが好ましく、本実施形態では５０〜３５０Åの厚さにしている。
【００４８】
また、本発明において２次元電子ガス層２３０の形成のためのＡｌＧａＮ層２２０としては、ｎ型ＡｌＧａＮ層の他、アンドープＡｌＧａＮ層も採用可能である。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮ層を形成する場合には、ｎ型不純物としてＳｉを使用すると良い。
【００４９】
また、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層構造による２次元電子ガス層２３０は、比較的高いシートキャリア濃度（約１０13／ｃｍ2 ）が保障されるが、より高いキャリア濃度のために酸素を不純物としてさらに採用しても良い。ＡｌＧａＮ層２２０に導入された酸素は、Ｓｉと同様にドナーとして働き、ドーピング濃度を増加させ且つフェルミ準位を固定させることによってトンネリング現象を増加させる役割を担う。したがって、２次元電子ガス層２３０に供給されるキャリアを増加させてキャリア濃度をより高めることができるので、接触抵抗をより改善させることができる。
【００５０】
ここで、ドナーとして働く酸素のＡｌＧａＮ層２２０への導入は、ＡｌＧａＮ物質が酸素との反応性が大きいので、別の追加的な工程無しで、電極形成工程などで自然酸化によって実現される。しかし、より充分な酸素の導入が必要な場合、例えば、アンドープＡｌＧａＮ層を形成する場合には、別の酸素導入工程をさらに実行することが好ましい。
【００５１】
このように、本発明では、ｐ型窒化物半導体層１４０上にＧａＮ／ＡｌＧａＮ異種接合構造を採用することによって２次元電子ガス層２３０を用いたトンネリング効果によって接触抵抗の問題を大きく改善することができる。しかも、このような本発明によれば、透過率の低いＮｉ／Ａｕのような透明電極をさらに形成したり、ｐ型窒化物半導体層１４０の不純物濃度を過度に高めることなく、接触抵抗と電流注入効率を改善させたりすることが可能になる。
【００５２】
そして、本発明は、２次元電子ガス層２３０の構造をなすＡｌＧａＮ層２２０上に、窒化物系半導体発光素子の輝度を高めるために、銀（Ａｇ）などの反射物質からなる反射層１５０を備える。
【００５３】
ここで、反射層１５０は、ＡｌＧａＮ層２２０上に形成されており、障壁層３００によって囲まれている形状を有する。
【００５４】
障壁層３００は、反射層１５０の厚さよりも高い厚さを持つ第１障壁層３１０と、第１障壁層３１０の側壁及び反射層１５０上に覆われている第２障壁層３２０とからなっている。これは、反射層１５０をなす銀（Ａｇ）等の反射物質が外部へ拡散されて漏洩電流を増加させることを防止するためのものである。ここで、第１障壁層３１０は、ＡｌＧａＮ層２２０上に配置されるので、ＡｌＧａＮ層２２０との接着性に優れたアンドープＧａＮまたはシリコン系列の絶縁物（例えば、ＳｉＯ2 及びＳｉＮx ）からなることが好ましく、第２障壁層はＣｒ／ＮｉまたはＴｉＷ等のような金属からなることが好ましい。
【００５５】
これにより、反射層１５０をなす反射物質が障壁層から外部へ拡散され漏洩電流を増加させる従来における問題を克服し、窒化物系半導体発光素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【００５６】
一方、本発明では、ＡｌＧａＮ層２２０と反射層１５０間の界面には、ＡｌＧａＮ層２２０と反射層１５０との接着性を良くする接着層（図示せず）が配置されることが好ましく、この接着層は、ｐ型窒化物半導体層の実効キャリア濃度を高めることができるので、ｐ型窒化物半導体層をなしている化合物のうち窒素以外の成分と優先的に反応性に優れた金属からなることが好ましい。
【００５７】
また、ＡｌＧａＮ層２２０と反射層１５０との間、または本実施の形態のように接着層が存在する場合には接着層（図示せず）と反射層１５０との間に、相対的に高い透過率を持つＩＴＯ電極（図示せず）をさらに含み、外部放出効率を保障すると同時に、接触抵抗を大きく改善させることができる。
【００５８】
次に、本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法について、図５−ａ乃至図５−ｆと、上記の図３及び図４を参照して詳細に説明する。
【００５９】
図５−ａ乃至図５−ｆは、本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を説明するために順次に示す工程断面図である。
【００６０】
まず、図５−ａに示すように、基板１１０上にｎ型窒化物半導体層１２０、活性層１３０及びｐ型窒化物半導体層１４０を順次に形成する。ｐ型及びｎ型窒化物半導体層１４０，１２０及び活性層１３０は、Ａｌx Ｉｎy Ｇａ(1-x-y) Ｎの組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）を持つ半導体物質であれば良く、ＭＯＣＶＤ及びＭＢＥ工程のような公知の窒化物蒸着工程によって形成されることができる。基板１１０は、窒化物半導体単結晶を成長させるのに好適な基板であり、サファイア基板及び炭化シリコン（ＳｉＣ）基板のような異種基板または窒化物基板のような同種基板でありうる。
【００６１】
続いて、図５−ｂに示すように、ｐ型窒化物半導体層１４０上にアンドープＧａＮ層２１０とＡｌＧａＮ層２２０とから構成された異種接合構造を形成する。
【００６２】
これらアンドープＧａＮ層２１０とＡｌＧａＮ層２２０は、上に説明した窒化物層の蒸着工程が実施されるチャンバー内で連続して形成することができる。また、２次元電子ガス層２３０によるトンネリング現象を保障すべく、アンドープＧａＮ層２１０の厚さｔ１は１０〜１００Åの範囲にし、ＡｌＧａＮ層２２０は、好ましいＡｌ含量を考慮して５０〜２５０Åの厚さ範囲にすることが好ましい。すなわち、ＡｌＧａＮ層２２０は、過度なＡｌ含量による結晶性の低下を防止すべく、Ａｌ含量を１０〜５０％の範囲に限定することが好ましい。
【００６３】
なお、ＡｌＧａＮ層２２０は、ｎ型不純物のＳｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＮ物質であるが、これに限定されず、アンドープＡｌＧａＮ層を使用しても良い。
【００６４】
一般的に結晶性向上のためにアニーリング工程が採用されるので、本発明によるアニーリング工程は、雰囲気ガスを酸素とすることによって容易に実現可能である。
【００６５】
続いて、図５−ｃに示すように、ＡｌＧａＮ層２２０上に、反射層形成領域Ｒを定義する第１障壁層３１０を形成する。第１障壁層３１０は、アンドープＧａＮまたはシリコン系列の絶縁物を使って形成する。
【００６６】
まず、アンドープＧａＮを使って形成する場合には、ＡｌＧａＮ層２２０上にアンドープＧａＮを成長させた後に、反射層形成領域Ｒが定義されるよう、成長されたアンドープＧａＮ（図示せず）を選択的エッチングして第１障壁層３１０を形成する。この場合、選択的エッチング工程は、湿式エッチング方法も乾式エッチング方法も可能である。また、成長させたアンドープＧａＮ（図示せず）は、後述する反射層の厚さよりも高い厚さにすることが好ましい。
【００６７】
一方、シリコン系列の絶縁物を使って形成する場合には、ＡｌＧａＮ層２２０上に、シリコン系列の絶縁物（例えば、ＳｉＯ2 及びＳｉＮx 、図示せず）を所定厚さに形成した後に、反射層形成領域Ｒが定義されるように、シリコン系列の絶縁物を選択的エッチングして第１障壁層３１０を形成する。この場合も同様に、選択的エッチング工程は、湿式エッチング方法も乾式エッチング方法も使用可能であり、シリコン系列の絶縁物（図示せず）は、後述する反射層の厚さよりも高い厚さにすることが好ましい。
【００６８】
次に、図５−ｄに示すように、第１障壁層３１０によって定義されたＡｌＧａＮ層２２０上に、銀（Ａｇ）などの反射物質を用いて反射層１５０を形成する。
【００６９】
このときに、図示してはいないが、反射層１５０を形成する前に、ＡｌＧａＮ層２２０と反射層１５０との接着力を向上させるために接着層（図示せず）をさらに形成しても良い。
【００７０】
また、このように接着層を形成する場合、該接着層（図示せず）と反射層１５０との間に、相対的に高い透過率を持つＩＴＯ電極（図示せず）をさらに形成し、外部放出効率を保障すると同時に接触抵抗を大きく改善させることができる。
【００７１】
その後、図５−ｅに示すように、第１障壁層３１０の側壁及び反射層１５０の上面に第２障壁層３２０を形成する。これにより、本発明による第１障壁層３１０及び第２障壁層３２０からなる障壁層３００は、反射層１５０を外部から完全に遮断し、反射層１５０をなす反射物質が外部へ拡散される従来における問題を克服している。ここで、第２障壁層３２０はＣｒ／ＮｉまたはＴｉＷなどの金属で形成することが好ましい。
【００７２】
その後、図５−ｆに示すように、金属からなる第２障壁層３２０上にｐ型電極１７０を形成する。
【００７３】
続いて、ＬＬＯ工程でサファイア基板１１０を除去した後に、サファイア基板１１０が除去されたｎ型窒化物半導体層１２０上にｎ型電極１８０を形成することで、垂直型構造を持つ窒化物系半導体発光素子を形成する（図３参照）。
【００７４】
一方、上述の第１の実施形態では、ＡｌＧａＮ層上に、反射層とこれを取り囲む形状を有する障壁層を形成する方法として、反射層形成領域を定義する第１障壁層をパターニングした後に、反射層を形成し、これを覆う第２障壁層を形成する方法を採用したが、フォトレジストなどの光反応ポリマーを用いて反射層をまず形成した後に、障壁層を形成する変形例も可能である。
【００７５】
すなわち、詳細に図示してはいないが、まず、ＡｌＧａＮ層上に反射層を形成した後に、この反射層上に第１障壁層形成領域を定義するフォトレジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとして反射層をエッチングすることで第１障壁層形成領域に該当するＡｌＧａＮ層を露出させる。
【００７６】
続いて、露出されたＡｌＧａＮ層上に前記反射層の高さよりも高く第１障壁層をパターニングした後に、この第１障壁層及び反射層上に第２障壁層を形成する。このときに、第１障壁層は、露出されたアンドープＧａＮ層を所定厚さに成長させて形成すればいい。
【００７７】
以下、図６を参照して、本発明の第２の実施形態について説明するが、上記第１の実施形態と同じ構成部分についての説明は省かれる。
【００７８】
図６は、本発明の第２の実施形態による窒化物系半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【００７９】
図６に示すように、第２の実施形態による窒化物系半導体発光素子は、第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子と略同様に構成されるが、ただし、ｎ型電極１８０が、活性層の形成されたｎ型窒化物半導体層１２０の背面に形成されるのではなく、活性層１３０、ｐ型窒化物半導体層１４０、アンドープＧａＮ層２１０及びＡｌＧａＮ層２２０の一部を除去して露出された、すなわち、活性層の形成されたｎ型窒化物半導体層１２０上に形成されており、その背面にはｎ型窒化物半導体層と接するサファイア基板１１０がさらに含まれる。
【００８０】
すなわち、第１の実施形態は、垂直型発光素子（vertically structured light emitting diodes）を例示したもので、第２の実施形態は、フリップチップ発光素子（flip chip light emitting diodes）を例示したものであるが、第２の実施形態は、第１の実施形態と同じ作用及び効果を得ることができる。
【００８１】
次に、本発明の第２の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法について、図７−ａ乃至図７−ｃと、上記の図５−ａ乃至図６を参照して詳細に説明する。
【００８２】
図７−ａ乃至図７−ｃは、本発明の第２の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【００８３】
まず、図７−ａ及び図７−ｂに示すように、上記の第１の実施形態と同様に、基板１１０上に、ｎ型窒化物半導体層１２０、活性層１３０及びｐ型窒化物半導体層１４０を順次に形成した後に、ｐ型窒化物半導体層１４０上に、アンドープＧａＮ層２１０とＡｌＧａＮ層２２０とで構成された異種接合構造（２ＤＥＧ）を形成する。
【００８４】
続いて、図７−ｃに示すように、ｎ型窒化物半導体層１２０の一部領域が露出されるように、アンドープＧａＮ層２１０とＡｌＧａＮ層２２０とで構成された異種接合構造、ｐ型窒化物半導体層１４０及び活性層１３０の一部領域を除去するメサエッチング（mesa etching）工程を実施し、ｎ型窒化物半導体層１２０の露出された上面にｎ型電極１８０を形成する。これは、窒化物系半導体発光素子のうちフリップチップ構造を持つ窒化物系半導体発光素子を形成するためである。
【００８５】
その後、ｎ型電極１８０の形成工程以降のＦａｂ工程は、上述した第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例と同一に行われ、ただし、第２の実施形態では、ｎ型電極が図７−ｃに示すように既に形成されたので、第１実施形態におけるようにｎ型電極を形成するためのサファイア基板１１０を除去するＬＬＯ工程を省略し、よって、サファイア基板１１０がそのまま残される（図６参照）。
【００８６】
以上では本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を持つ者にとっては、これら実施形態から種々の変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが明らかである。したがって、本発明の権利範囲は、これら実施形態に限定されてはいけなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念に基づく当業者による種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものとして理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明にかかる窒化物系半導体光素子およびその製造方法は、青色または緑色などの短波長光を生成するための光素子に有用であり、特に高輝度の窒化物系半導体発光素子に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】従来技術による窒化物系半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】図１の“Ａ”部分を拡大した写真である。
【図３】本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図４】図３に示す窒化物系半導体発光素子に採用された異種接合バンド構造を示すエネルギーバンド図である。
【図５−ａ】本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図５−ｂ】本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図５−ｃ】本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図５−ｄ】本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図５−ｅ】本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図５−ｆ】本発明の第１の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による窒化物系半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図７−ａ】本発明の第２の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図７−ｂ】本発明の第２の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図７−ｃ】本発明の第２の実施形態による窒化物系半導体発光素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１１０  サファイア基板
１２０  ｎ型窒化物半導体層
１３０  活性層
１４０  ｐ型窒化物半導体層
１５０  反射層
１７０  ｐ型電極
１８０  ｎ型電極
２１０  アンドープＧａＮ層
２２０  ＡｌＧａＮ層
３００  障壁層
【図１】
2006313888.tif 000003
【図３】
2006313888.tif 000004
【図４】
2006313888.tif 000005
【図５−ａ】
2006313888.tif 000006
【図５−ｂ】
2006313888.tif 000007
【図５−ｃ】
2006313888.tif 000008
【図５−ｄ】
2006313888.tif 000009
【図５−ｅ】
2006313888.tif 000010
【図５−ｆ】
2006313888.tif 000011
【図６】
2006313888.tif 000012
【図７−ａ】
2006313888.tif 000013
【図７−ｂ】
2006313888.tif 000014
【図７−ｃ】
2006313888.tif 000015
【図２】
2006313888.tif 000016