(57)【要約】【課題】ラテラル構造およびフリップチップ構造の問題を解決し、さらに発光層で発生した紫外光のうち、裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができるバーチカル型III族窒化物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】本発明のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子１００は、ｐ側電極層１１１と、導電性サポート部１０９と、接続層１０８と、反射電極層１０７と、ｐ型半導体積層体１０５、発光層１０４およびｎ型半導体積層体１０３からなるIII族窒化物半導体積層体と、ｎ側電極層１１０とを順に具え、前記反射電極層１０７は、前記ｐ型半導体積層体１０５に直接接合するロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、発光波長が２００〜４９５ｎｍの範囲であることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ側電極層と、導電性サポート部と、接続層と、反射電極層と、ｐ型半導体積層体、発光層およびｎ型半導体積層体からなるIII族窒化物半導体積層体と、ｎ側電極層とを順に具え、
前記反射電極層は、前記ｐ型半導体積層体に直接接合するロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、
発光波長が２００〜４９５ｎｍの範囲であることを特徴とするバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記反射電極層は、２００〜４９５ｎｍの範囲の波長の光に対する反射率が６０％以上のロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかである請求項１に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記反射電極層は、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなる請求項１または２に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記発光波長が２００〜３５０ｎｍの範囲である請求項３に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記反射電極層は、１００〜３０００Åの厚さを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記接続層は、Ａｕ含有材料である請求項１〜５のいずれか１項に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
成長用基板の上方に金属バッファ層を形成する工程と、
該金属バッファ層に熱処理を施した後、もしくは前記金属バッファ層に窒化処理を施して窒化処理層を形成した後、前記熱処理後の金属バッファ層もしくは前記窒化処理層上に、ｎ型半導体積層体、発光層およびｐ型半導体積層体からなるIII族窒化物半導体積層体を形成する工程と、
該III族窒化物半導体積層体上に、反射電極層および接続層を順に形成する工程と、
前記接続層上に、導電性サポート部を設ける工程と、
前記金属バッファ層もしくは窒化処理層をエッチングにより除去し、前記III族窒化物半導体積層体から前記成長用基板を剥離する工程と、
該剥離により露出したｎ型半導体積層体および前記導電性サポート部に、それぞれ、ｎ側電極層およびｐ側電極層を形成する工程と
を具え、
前記反射電極層が、ロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、発光波長が２００〜４９５ｎｍの範囲であることを特徴とするバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記導電性サポート部を設ける工程は、前記導電性サポート部上に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層およびＡｕ含有材料からなる導電性サポート部側接続層を順に形成し、該導電性サポート部側接続層と、前記接続層とを接合することを含む請求項７に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記反射電極層および接続層を順に形成する工程は、前記接続層をＡｕ含有材料とし、該接続層と前記反射電極層との間に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層を形成することを含む請求項７または８に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記導電性サポート部を設ける工程は、前記接続層上に湿式または乾式のめっき法により前記導電性サポート部を形成する工程である請求項７に記載のバーチカル型III族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、バーチカル型III族窒化物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、III族窒化物半導体発光素子を使用した紫外ＬＥＤは、樹脂硬化、殺菌用、照明用白色ＬＥＤの励起光源用および医療用等に用いられることが期待され、盛んに研究および技術開発が行われている。
【０００３】
このような紫外ＬＥＤ用III族窒化物半導体発光素子は、従来、図１に示すように、サファイア基板２０１上にIII族窒化物半導体積層体２０２を形成し、このIII族窒化物半導体積層体２０２の同一面側にｐ側電極層２０３およびｎ側電極層２０４を形成する横型(ラテラル)構造をとるのが一般的であった。
【０００４】
しかしながら、このようなラテラル構造の発光素子２００は、発光層の一部を除去して一方の電極領域を形成するため、発光層面積が減少し、また、わずか数μｍの厚さの層に横方向に電流を流すことになるため、素子の直列抵抗成分が大きくなり、発光成分に比べて抵抗による発熱成分が大きくなってしまうという問題がある。さらに、基板の材料として熱伝導率の低いサファイアを用いているため、熱の放散が十分ではなく、素子温度が上昇し、発光効率を低下させてしまうという問題がある。また、図１に矢印で示されるように、III族窒化物半導体積層体２０２の発光層で発生した光は、ｐ側電極層２０３を透過させて取り出すことになるため、ｐ側電極層２０３には透光性が要求され、その厚みは例えば５０〜１００Å程度と、非常に狭い範囲に限定されるものであった。
【０００５】
特許文献１および特許文献２には、発光層で発生した光のうち、裏面に向かう光を表面から有効に取り出すことを目的として、図２に一例として示されるように、上述したラテラル構造の発光素子２００を引っ繰り返してサファイア基板側から光を取り出す、いわゆるフリップチップ構造を採用した技術が開示されている。この技術によれば、発光素子の表面に向かった光は、この光に対して透明なサファイア基板３０１を透過するのみで、ｐ側電極層３０３を透過する必要がなく、また、発光素子の裏面に向かった光は、ｐ側電極層３０３側で反射されて表面へ向かうため、従来のラテラル構造の発光素子よりも光取り出し効率を向上させることができるが、上述した発光層面積の減少、発熱および放熱性の問題は依然として解決されないままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３６６１９号公報
【特許文献２】特開２００６−１０８１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記ラテラル構造およびフリップチップ構造の問題を解決し、さらに発光層で発生した紫外光のうち、裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができるバーチカル型III族窒化物半導体発光素子およびそ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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）ｐ側電極層と、導電性サポート部と、接続層と、反射電極層と、ｐ型半導体積層体、発光層およびｎ型半導体積層体からなるIII族窒化物半導体積層体と、ｎ側電極層とを順に具え、前記反射電極層は、前記ｐ型半導体積層体に直接接合するロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、発光波長が２００〜４９５ｎｍの範囲であることを特徴とするバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【０００９】
（２）前記反射電極層は、２００〜４９５ｎｍの範囲の波長の光に対する反射率が６０％以上のロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかである上記（１）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【００１０】
（３）前記反射電極層は、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなる上記（１）または（２）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【００１１】
（４）前記発光波長が２００〜３５０ｎｍの範囲である上記（３）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【００１２】
（５）前記反射電極層は、１００〜３０００Åの厚さを有する上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【００１３】
（６）前記接続層は、Ａｕ含有材料である上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【００１４】
（７）成長用基板の上方に、金属バッファ層を形成する工程と、該金属バッファ層に熱処理を施した後、もしくは前記金属バッファ層に窒化処理を施して窒化処理層を形成した後、前記熱処理後の金属バッファ層もしくは前記窒化処理層上に、ｎ型半導体積層体、発光層およびｐ型半導体積層体からなるIII族窒化物半導体積層体を形成する工程と、該III族窒化物半導体積層体上に、反射電極層および接続層を順に形成する工程と、前記接続層上に、導電性サポート部を設ける工程と、前記金属バッファ層もしくは窒化処理層をエッチングにより除去し、前記III族窒化物半導体積層体から前記成長用基板を剥離する工程と、該剥離により露出したｎ型半導体積層体および前記導電性サポート部に、それぞれ、ｎ側電極層およびｐ側電極層を形成する工程とを具え、前記反射電極層が、ロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、発光波長が２００〜４９５ｎｍの範囲であることを特徴とするバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１５】
（８）前記導電性サポート部を設ける工程は、前記導電性サポート部上に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層およびＡｕ含有材料からなる導電性サポート部側接続層を順に形成し、該導電性サポート部側接続層と、前記接続層とを接合することを含む上記（７）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１６】
（９）前記反射電極層および接続層を順に形成する工程は、前記接続層をＡｕ含有材料とし、該接続層と前記反射電極層との間に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層を形成することを含む上記（７）または（８）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００１７】
（１０）前記導電性サポート部を設ける工程は、前記接続層上に湿式または乾式のめっき法により前記導電性サポート部を形成する工程である上記（７）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、素子構造をバーチカル型構造とすることにより、上述したラテラル構造およびフリップチップ構造の問題を解決し、かつｐ側の反射電極層をロジウム、ロジウム含有合金材料、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかで形成することにより、反射電極層とｐ型半導体積層体との間のオーミックコンタクトを得ると共に、発光層で発生した光のうち、素子の裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができる。
【００１９】
また、本発明のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長用基板と半導体積層体とを化学エッチングによって剥離することによって、剥離工程における結晶欠陥やダメージの導入を抑制し、上述したバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来のラテラル構造のIII族窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、従来のフリップチップ構造のIII族窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図３】図３(a)〜図３(e)は、本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造工程を示す模式的断面図である。
【図４】図４は、種々の金属材料の、所定の波長に対する反射率を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。図３(a)〜(e)は、本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造工程をしたものであって、説明の便宜上、厚さ方向が誇張して描かれている。
【００２２】
図３に示すように、本発明のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子１００の製造方法は、成長用基板１０１の上方に、金属バッファ層１０２を形成する工程（図３(a)）と、この金属バッファ層１０２に熱処理を施した後、もしくは金属バッファ層に窒化処理を施して窒化処理層１０２を形成した後、熱処理後の金属バッファ層１０２もしくは窒化処理層１０２上に、ｎ型半導体積層体１０３、発光層１０４およびｐ型半導体積層体１０５からなるIII族窒化物半導体積層体１０６を形成する工程（図３(b)）と、このIII族窒化物半導体積層体１０６上に、反射電極層１０７および接続層１０８を順に形成する工程（図３(c)）と、接続層１０８上に、導電性サポート部１０９を設ける工程（図３(d)）と、金属バッファ層１０２もしくは窒化処理層１０２をエッチングにより除去し、III族窒化物半導体積層体１０６から成長用基板１０１を剥離する工程（図３(d)）と、この剥離により露出したｎ型半導体積層体１０３および導電性サポート部１０９に、それぞれ、ｎ側電極層１１０およびｐ側電極層１１１を形成する工程（図３(e)）とを具えることにより、剥離工程における結晶欠陥やダメージの導入を抑制することができ、また、この方法により製造されたバーチカル型III族窒化物半導体発光素子１００は、ラテラル構造およびフリップチップ構造の問題を解決し、かつ反射電極層１０７をロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかで形成することにより、反射電極層１０７とｐ型半導体積層体１０５との間のオーミックコンタクトを得ると共に、発光層１０４で発生した発光波長が２００〜４９５ｎｍの範囲の光のうち、素子の裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができるものである。
【００２３】
成長用基板１０１としては、III族窒化物半導体積層体１０６のエピタキシャル成長の温度に耐性のある基板を用いるのが好ましく、例えばサファイア基板やAlN単結晶層をサファイアなどの基板上に形成したAlNテンプレートが使用できる。
【００２４】
金属バッファ層１０２は、成長用基板１０１および金属バッファ層１０２の上のIII族窒化物半導体積層体１０６の格子定数に合わせて選択され、ケミカルリフトオフが可能な金属材料（例えばクロム(Cr）、スカンジウム(Sc)、ハフニウム（Hf）、ジルコニウム(Zr)など）を、蒸着法またはスパッタ法などの成膜法により成長用基板１０１上に蒸着させて形成する。金属バッファ層１０２は、水素雰囲気中で熱処理を施すか、または、アンモニアガス等を用いて熱処理を行ってそれら金属を窒化し、金属窒化物層として使用される。なお、金属（または金属窒化物）バッファ層１０２を形成する材料は、素子を構成する材料に応じて適宜選択することができ、特に、紫外・深紫外領域では、III族窒化物半導体積層体１０６を構成するAlxGa1-xNのAl組成ｘに応じた適切な金属を選択するのが好ましい。なお、金属（または金属窒化物）バッファ層１０２はIII族元素（Al，Ga，Inなど）以外の元素からなる。
【００２５】
ｎ型半導体積層体１０３およびｐ型半導体積層体１０５は、AlxGa1-xN材料(0≦x≦1)をMOCVD法等により成長させて形成し、また、発光層１０４は、AlInGaN/AlInGaNの多重量子井戸構造をMOCVD法等により成長させて形成することができる。なお、発光波長は、III族窒化物半導体積層体１０６を構成するこれらの層のAl組成を調整することで適宜設定することができる。
【００２６】
反射電極層１０７は、ロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなるものとする。これにより、反射電極層１０７とｐ側半導体積層体１０５との間の良好なオーミックコンタクトを得ることができる。また、図４は、様々な金属材料（膜厚：２０００Å）の、様々な波長に対する反射率を、平坦なガラス基板にアルミニウム（Ａｌ）を蒸着した標準サンプルの反射率を基準として紫外・可視・赤外分光光度計（日本分光製Ｖ−６５０ＳＴ）にて測定し、プロットしたものを線で結んだグラフである。ロジウム（Ｒｈ）およびルテニウム（Ｒｕ）が、紫外光および青色光(波長が２００〜３５０ｎｍおよび３５０〜４９５ｎｍ)に対して６０％以上の反射率を有することがわかる。したがって、反射電極層１０７としてロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかを用いることにより、上記オーミックコンタクトを得るだけでなく、発光層１０４で発生した光のうち、素子の裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができる。
【００２７】
反射電極層１０７は、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなることが好ましい。ルテニウム、ルテニウム含有合金の場合、波長が２００〜３５０ｎｍの範囲で高い反射率を示すため、発光波長が２００〜３５０ｎｍの範囲である発光素子の場合、素子の裏面に向かう光をより効率的に反射することができる。また、ルテニウムはロジウムに比べて安価である点でも好ましい。
【００２８】
なお、紫外光および青色光に対する反射率が高い金属として、アルミニウムが挙げられるが、金属バッファ層をエッチングにより除去する際に溶解してしまうおそれがあり、腐食が起こりやすい金属であるため、反射金属層１０７の材料としては好ましくない。
【００２９】
接続層１０８上に、導電性サポート部１０９を設ける工程（図３(d)）は、例えば以下の２通りの方法をとることができる。第１に、導電性サポート部１０９を接続層１０８上に接合することができる。第２に、接続層１０８上にめっき法により導電性サポート部を形成することができる。
【００３０】
接続層１０８は、接合により導電性サポート部を設ける場合はＡｕ含有材料とするのが好ましく、より好ましくはＡｕまたはＡｕＳｎとする。めっき法により導電性サポート部を形成する場合はＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属やＮｉ、Ｃｕのいずれかを含む材料とするのが好ましい。また、いずれの場合でも、ケミカルリフトオフ法により成長用基板を剥離する際に使用するエッチング液に対して耐性を持つ金属を選択することが望ましい。また、反射電極層１０７のロジウムおよびルテニウムは、この接続層１０８からのＡｕの拡散を止めるバリア層としての効果をも有するが、接続層１０８と反射電極層１０７との間に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層をさらに形成してもよい。
【００３１】
導電性サポート部１０９は、放熱性の良い材料からなるものとすることができ、例えば導電性Ｓｉ基板やＭｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕおよびこれらの合金を材料とする基板を用いるのが好ましい。ただし、その後のケミカルリフトオフのエッチング液に依り基板を選択する。
【００３２】
また、図３には示されていないが、導電性サポート部１０９を設ける工程（図３(d)）は、接合により導電性サポート部を設ける場合は、導電性サポート部１０９上に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層およびＡｕ含有材料からなる導電性サポート部側接続層を順に形成し、この導電性サポート部側接続層と、接続層１０８とを接合することを含むのが好ましい。導電性サポート部１０９とｐ型半導体積層体１０５との間に形成される層は、ケミカルリフトオフ法に用いられるエッチング液に曝されるため、そのようなエッチング液に侵されるような金属を用いることは好ましくない。本発明の実施形態によれば、ロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかの反射電極層１０７、Ａｕ含有材料からなる接続層およびＰｔ含有材料からなるバリア層のいずれも、種々なエッチング液に対して耐性のある金属であるため、ケミカルリフトオフ用のエッチング液を選択しやすいという特徴がある。
【００３３】
ｎ側電極層１１０は、ケミカルリフトオフ法を用いた成長用基板１０１の剥離により露出したｎ型半導体積層体１０３に、スパッタ法等により形成することができる。このｎ側電極層１１０の材料としては、ｎ型半導体積層体１０３との接触抵抗が低いという理由から、例えばＴｉ／Ａｌ材料を用いるのが好ましい。
【００３４】
ｐ側電極層１１１は、導電性サポート部１０９に、スパッタ法等により形成することができる。このｐ側電極層１１１の材料としては、Si等の導電性半導体基板を使用する場合はオーミック接触可能な金属を用いることが好ましい。Si基板にオーミック接触可能な金属は数多く報告されているが、例えばＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕを含む金属層を用いることがケミカルリフトオフの際のエッチング液に対して耐性を持つため、好ましい。
【００３５】
さらに、ｎ側電極層１１０およびｐ側電極層１１１を形成する工程の後、所定の加熱処理を施すのが好ましく、３００〜７００℃の条件下で加熱処理を施すのがより好ましい。これら電極と半導体積層体との間の接触抵抗を十分に低減させるためである。
【００３６】
また、導電性サポート部１０９を設ける工程は、接続層１０８上に乾式または湿式のめっき法によって導電性サポート部１０９を形成する工程としてもよい。乾式のめっき法とは、蒸着やスパッタ法などを含む。湿式のめっき法とは、液中で行うめっきをいう。めっきは無電解めっきと電解めっきのいずれを用いてもサポート部を形成することができる。
【００３７】
次に、本発明のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の実施形態について図面を参照しながら説明する。図５は、本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の模式的断面図を示したものであって、説明の便宜上、厚さ方向が誇張して描かれている。
【００３８】
図５に示すように、本発明の一実施形態であるバーチカル型III族窒化物半導体発光素子１００は、ｐ側電極層１１１と、導電性サポート部１０９と、接続層１０８と、反射電極層１０７と、ｐ型半導体積層体１０５、発光層１０４およびｎ型半導体積層体１０３からなるIII族窒化物半導体積層体と、ｎ側電極層１１０とを順に具え、反射電極層１０７は、ｐ型半導体積層体１０５に直接接合するロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、発光波長が２００〜４９５ｎｍ、より好ましくは２００〜３５０ｎｍの範囲であることを特徴とする。この発光素子１００は、バーチカル型構造を有することにより、ラテラル構造およびフリップチップ構造と比較して発光部面積が大きく、また、わずか数μｍの厚さの層に縦方向に電流を流すことになるため、素子の直列抵抗成分が小さいため発熱成分が小さくなる。さらに、この発光素子１００は、基板の材料として熱伝導率の低いサファイアを用いる必要がないため、熱の放散性が良く、発光効率の低下を抑制することができるものである。また、反射電極層１０７が、ロジウム、ロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなることにより、反射電極層１０７とｐ型半導体積層体１０５との間の接触抵抗を低減させ、かつ発光層１０４で発生した発光波長が２００〜４９５ｎｍの範囲の光のうち、素子の裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができる。
【００３９】
反射電極層１０７は、１００〜３０００Åの厚さを有することが好ましい。反射電極層１０７の厚さが１００Å未満だと、発光層１０４で発生した光が透過してしまい、反射層としての機能を十分に果すことができないおそれがあり、また、Ａｕ含有材料等からなる接続層１０８からのＡｕ等の拡散を防ぐバリア効果も弱いからである。一方、３０００Åを超えても、単にコストが増加するのみであって、特段有利な効果が得られないからである。
【００４０】
ロジウム含有合金はロジウムを９０質量％以上含有するのが好ましい。ルテニウム含有合金はルテニウムを９０質量％以上含有するのが好ましい。ロジウムおよびルテニウムを含有する合金の場合は、両方合わせて９０質量％以上含有するのが好ましい。ロジウムおよび／またはルテニウムが９０質量％未満だと、発光層１０４で発生した光を十分に反射することができないおそれがあり、また、ｐ側半導体積層体１０５との間の接触抵抗を十分に低減することができないためである。
【００４１】
また、図５には示されていないが、反射電極層１０７と接続層１０８との間に、Ｐｔまたはロジウム含有合金からなるバリア層をさらに具えるのが好ましい。接続層１０８からのＡｕ等の拡散を防ぐためである。
【００４２】
なお、図１〜５は、代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
図３および図５に示すように、サファイアＡｌＮテンプレートからなる成長用基板の上方に、金属バッファ層（厚さ：１０ｎｍ、Ｓｃ材料）をスパッタ法により形成し、この金属バッファ層をＭＯＣＶＤ炉内で窒化処理した層の上に、MOCVD法により、ｎ型半導体積層体（厚さ：４μｍ、AlGaN材料）、発光層（総厚：１００ｎｍ、InAlGaN／InAlGaN材料）およびｐ型半導体積層体（厚さ：２００ｎｍ、AlGaN材料）からなる発光波長３３０ｎｍのIII族窒化物半導体積層体を形成し、このｐ型半導体積層体上に直接、反射電極層（厚さ：２０００Å、ロジウム(Ｒｈ））をスパッタ法により形成した。反射電極層を形成後、６５０℃でコンタクトアニールを行った。次に反射電極層上に反射電極側接続層（図３，５における接続層１０８）として直接ＡｕＳｎ合金（厚さ：１μｍ）を蒸着により形成した。導電性Ｓｉサポート部側にもＡｕＳｎを含む導電性サポート部側接続層を形成し、その後、２インチウエハに対して４ｋＮの加重を加え、３００℃に加熱することにより、反射電極側接続層と導電性サポート部側接続層とを接合した。この際、ロジウムはバリア層としての働きを兼ね、ＡｕやＳｎのｐ型半導体積層体への拡散は見られなかった。前記Ｓｃ窒化処理層を塩酸により除去し、前記III族窒化物半導体積層体から前記成長用基板を剥離した。この溶液による反射電極層および接合層の侵食は見られなかった。その後、この剥離により露出したｎ型半導体に、ｎ側電極層（厚さ：２００Å／３０００Å、Ｔｉ／Ａｌ材料）を形成した。その後、接続層を形成していないＳｉサポート部の裏面側にｐ側電極層（厚さ：１００Å／５００Å／１μｍ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ材料）を形成し、４００℃でコンタクトアニールを行い、本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００４４】
（実施例２）
前記反射電極層の厚さを１００Åとしたこと以外は実施例１と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００４５】
（実施例３）
前記反射電極層を厚さ２０００Åのルテニウム（Ｒｕ）としたこと以外は実施例１と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００４６】
（実施例４）
前記反射電極層の厚さを１００Åとしたこと以外は実施例３と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００４７】
（比較例１）
前記反射電極層をＮｉ／Ａｕ（５０／２０００Å）としたこと以外は実施例１と同様の方法によりバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００４８】
（評価）
上記実施例１〜４および比較例１の各発光素子について、２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、発光出力Ｐｏを比較したところ、比較例１に対して、実施例１の出力は１．７倍、実施例２の出力は１．５倍、実施例３の出力は１．８倍、実施例４の出力は１．５倍となり、出力向上効果が大きいことが示された。これは、比較例１の反射電極層の反射率が実施例１および２の反射電極層のものよりも小さいことが原因と考えられる。また、比較例１の反射電極層が、金属バッファ層もしくは窒化処理層を除去するためのエッチング液である酸によって一部溶解したことで反射電極層とｐ型半導体積層体の密着性の低下が見られた。また、加熱によりＡｕＳｎ材料とＮｉ／Ａｕとが混ざったことにより、順方向電圧が大きくなる傾向が見られた。
【００４９】
（実施例５）
発光波長２８０ｎｍのIII族窒化物半導体積層体を形成したこと以外は実施例１と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００５０】
（実施例６）
前記反射電極層の厚さを１００Åとしたこと以外は実施例５と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００５１】
（実施例７）
前記反射電極層を厚さ２０００Åのルテニウム（Ｒｕ）としたこと以外は実施例５と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００５２】
（実施例８）
前記反射電極層の厚さを１００Åとしたこと以外は実施例７と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００５３】
（比較例２）
前記反射電極層をＮｉ／Ａｕ（５０／２０００Å）としたこと以外は実施例５と同様の方法によりバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００５４】
（評価）
上記実施例５〜８および比較例２の各発光素子について、２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、発光出力Ｐｏを比較したところ、比較例２に対して、実施例５の出力は１．６倍、実施例６の出力は１．３倍、実施例７の出力は１．７倍、実施例８の出力は１．４倍となり、出力向上効果が大きいことが示された。また、上記実施例１〜８の結果から、特にルテニウムは発光波長３５０ｎｍ以下の発光素子に対して高い出力向上効果を示すことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、素子構造をバーチカル型構造とすることにより、上述したラテラル構造およびフリップチップ構造の問題を解決し、かつｐ側の反射電極層をロジウムまたはロジウム含有合金、ルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかで形成することにより、反射電極層とｐ型半導体積層体との間のオーミックコンタクトを得ると共に、発光層で発生した光のうち、素子の裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができるバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を提供することができる。
【００５６】
また、本発明のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、成長用基板と半導体積層体とを化学エッチングによって剥離することによって、剥離工程における結晶欠陥やダメージの導入を抑制し、上述したバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を効率よく製造することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００    バーチカル型III族窒化物半導体発光素子
１０１    成長用基板
１０２    金属バッファ層
１０３    ｎ型半導体積層体
１０４    発光層
１０５    ｐ型半導体積層体
１０６    III族窒化物半導体積層体
１０７    反射電極層
１０８    接続層
１０９    導電性サポート部
１１０    ｎ側電極層
１１１    ｐ側電極層
２００    ラテラル型構造のIII族窒化物半導体発光素子
２０１    サファイア基板
２０２    III族窒化物半導体積層体
２０３    ｐ側電極層
２０４    ｎ側電極層
３００    フリップチップ型構造のIII族窒化物半導体発光素子
３０１    サファイア基板
３０２    III族窒化物半導体積層体
３０３    ｐ側電極層
３０４    ｎ側電極層
【図１】
2011151393.tif 000003
【図２】
2011151393.tif 000004
【図３】
2011151393.tif 000005
【図４】
2011151393.tif 000006
【図５】
2011151393.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月28日(2011.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ側電極層と、導電性サポート部と、接続層と、反射電極層と、ｐ型半導体積層体、発光層およびｎ型半導体積層体からなるIII族窒化物半導体積層体と、ｎ側電極層とを順に具え、
前記反射電極層は、２００〜４９５ｎｍの範囲の波長の光に対する反射率が６０％以上で前記ｐ型半導体積層体に直接接合するルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、
発光波長が２００〜３５０ｎｍの範囲であることを特徴とするバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記反射電極層は、１００〜３０００Åの厚さを有する請求項１に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記接続層は、Ａｕ含有材料である請求項１または２に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
成長用基板の上方に金属バッファ層を形成する工程と、
該金属バッファ層に熱処理を施した後、もしくは前記金属バッファ層に窒化処理を施して窒化処理層を形成した後、前記熱処理後の金属バッファ層もしくは前記窒化処理層上に、ｎ型半導体積層体、発光層およびｐ型半導体積層体からなるIII族窒化物半導体積層体を形成する工程と、
該III族窒化物半導体積層体上に、反射電極層および接続層を順に形成する工程と、
前記接続層上に、導電性サポート部を設ける工程と、
前記金属バッファ層もしくは窒化処理層をエッチングにより除去し、前記III族窒化物半導体積層体から前記成長用基板を剥離する工程と、
該剥離により露出したｎ型半導体積層体および前記導電性サポート部に、それぞれ、ｎ側電極層およびｐ側電極層を形成する工程と
を具え、
前記反射電極層が、２００〜４９５ｎｍの範囲の波長の光に対する反射率が６０％以上のルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、発光波長が２００〜３５０ｎｍの範囲であることを特徴とするバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記導電性サポート部を設ける工程は、前記導電性サポート部上に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層およびＡｕ含有材料からなる導電性サポート部側接続層を順に形成し、該導電性サポート部側接続層と、前記接続層とを接合することを含む請求項４に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記反射電極層および接続層を順に形成する工程は、前記接続層をＡｕ含有材料とし、該接続層と前記反射電極層との間に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層を形成することを含む請求項４または５に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記導電性サポート部を設ける工程は、前記接続層上に湿式または乾式のめっき法により前記導電性サポート部を形成する工程である請求項４に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）ｐ側電極層と、導電性サポート部と、接続層と、反射電極層と、ｐ型半導体積層体、発光層およびｎ型半導体積層体からなるIII族窒化物半導体積層体と、ｎ側電極層とを順に具え、前記反射電極層は、２００〜４９５ｎｍの範囲の波長の光に対する反射率が６０％以上で前記ｐ型半導体積層体に直接接合するルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、発光波長が２００〜３５０ｎｍの範囲であることを特徴とするバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（２）前記反射電極層は、１００〜３０００Åの厚さを有する上記（１）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（３）前記接続層は、Ａｕ含有材料である上記（１）または（２）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（４）成長用基板の上方に、金属バッファ層を形成する工程と、該金属バッファ層に熱処理を施した後、もしくは前記金属バッファ層に窒化処理を施して窒化処理層を形成した後、前記熱処理後の金属バッファ層もしくは前記窒化処理層上に、ｎ型半導体積層体、発光層およびｐ型半導体積層体からなるIII族窒化物半導体積層体を形成する工程と、該III族窒化物半導体積層体上に、反射電極層および接続層を順に形成する工程と、前記接続層上に、導電性サポート部を設ける工程と、前記金属バッファ層もしくは窒化処理層をエッチングにより除去し、前記III族窒化物半導体積層体から前記成長用基板を剥離する工程と、該剥離により露出したｎ型半導体積層体および前記導電性サポート部に、それぞれ、ｎ側電極層およびｐ側電極層を形成する工程とを具え、前記反射電極層が、２００〜４９５ｎｍの範囲の波長の光に対する反射率が６０％以上のルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかからなり、発光波長が２００〜３５０ｎｍの範囲であることを特徴とするバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
（５）前記導電性サポート部を設ける工程は、前記導電性サポート部上に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層およびＡｕ含有材料からなる導電性サポート部側接続層を順に形成し、該導電性サポート部側接続層と、前記接続層とを接合することを含む上記（４）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（６）前記反射電極層および接続層を順に形成する工程は、前記接続層をＡｕ含有材料とし、該接続層と前記反射電極層との間に、Ｐｔ含有材料からなるバリア層を形成することを含む上記（４）または（５）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（７）前記導電性サポート部を設ける工程は、前記接続層上に湿式または乾式のめっき法により前記導電性サポート部を形成する工程である上記（４）に記載のバーチカル型III族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、素子構造をバーチカル型構造とすることにより、上述したラテラル構造およびフリップチップ構造の問題を解決し、かつｐ側の反射電極層をルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかで形成することにより、反射電極層とｐ型半導体積層体との間のオーミックコンタクトを得ると共に、発光層で発生した光のうち、素子の裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
（参考例１）
図３および図５に示すように、サファイアＡｌＮテンプレートからなる成長用基板の上方に、金属バッファ層（厚さ：１０ｎｍ、Ｓｃ材料）をスパッタ法により形成し、この金属バッファ層をＭＯＣＶＤ炉内で窒化処理した層の上に、MOCVD法により、ｎ型半導体積層体（厚さ：４μｍ、AlGaN材料）、発光層（総厚：１００ｎｍ、InAlGaN／InAlGaN材料）およびｐ型半導体積層体（厚さ：２００ｎｍ、AlGaN材料）からなる発光波長３３０ｎｍのIII族窒化物半導体積層体を形成し、このｐ型半導体積層体上に直接、反射電極層（厚さ：２０００Å、ロジウム(Ｒｈ））をスパッタ法により形成した。反射電極層を形成後、６５０℃でコンタクトアニールを行った。次に反射電極層上に反射電極側接続層（図３，５における接続層１０８）として直接ＡｕＳｎ合金（厚さ：１μｍ）を蒸着により形成した。導電性Ｓｉサポート部側にもＡｕＳｎを含む導電性サポート部側接続層を形成し、その後、２インチウエハに対して４ｋＮの加重を加え、３００℃に加熱することにより、反射電極側接続層と導電性サポート部側接続層とを接合した。この際、ロジウムはバリア層としての働きを兼ね、ＡｕやＳｎのｐ型半導体積層体への拡散は見られなかった。前記Ｓｃ窒化処理層を塩酸により除去し、前記III族窒化物半導体積層体から前記成長用基板を剥離した。この溶液による反射電極層および接合層の侵食は見られなかった。その後、この剥離により露出したｎ型半導体に、ｎ側電極層（厚さ：２００Å／３０００Å、Ｔｉ／Ａｌ材料）を形成した。その後、接続層を形成していないＳｉサポート部の裏面側にｐ側電極層（厚さ：１００Å／５００Å／１μｍ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ材料）を形成し、４００℃でコンタクトアニールを行い、本発明の参考例に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
（参考例２）
前記反射電極層の厚さを１００Åとしたこと以外は参考例１と同様の方法により本発明の参考例に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
（実施例１）
前記反射電極層を厚さ２０００Åのルテニウム（Ｒｕ）としたこと以外は参考例１と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
（実施例２）
前記反射電極層の厚さを１００Åとしたこと以外は実施例１と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
（比較例１）
前記反射電極層をＮｉ／Ａｕ（５０／２０００Å）としたこと以外は参考例１と同様の方法によりバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
（評価）
上記参考例１，２、実施例１，２および比較例１の各発光素子について、２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、発光出力Ｐｏを比較したところ、比較例１に対して、参考例１の出力は１．７倍、参考例２の出力は１．５倍、実施例１の出力は１．８倍、実施例２の出力は１．５倍となり、出力向上効果が大きいことが示された。これは、比較例１の反射電極層の反射率が実施例１および２の反射電極層のものよりも小さいことが原因と考えられる。また、比較例１の反射電極層が、金属バッファ層もしくは窒化処理層を除去するためのエッチング液である酸によって一部溶解したことで反射電極層とｐ型半導体積層体の密着性の低下が見られた。また、加熱によりＡｕＳｎ材料とＮｉ／Ａｕとが混ざったことにより、順方向電圧が大きくなる傾向が見られた。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
（参考例３）
発光波長２８０ｎｍのIII族窒化物半導体積層体を形成したこと以外は参考例１と同様の方法により本発明の参考例に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
（参考例４）
前記反射電極層の厚さを１００Åとしたこと以外は参考例３と同様の方法により本発明の参考例に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
（実施例３）
前記反射電極層を厚さ２０００Åのルテニウム（Ｒｕ）としたこと以外は参考例３と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
（実施例４）
前記反射電極層の厚さを１００Åとしたこと以外は実施例３と同様の方法により本発明に従うバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
（比較例２）
前記反射電極層をＮｉ／Ａｕ（５０／２０００Å）としたこと以外は参考例３と同様の方法によりバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を作製した。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
（評価）
上記参考例３，４、実施例３，４および比較例２の各発光素子について、２０ｍＡ（一定）の電流を流したときの、発光出力Ｐｏを比較したところ、比較例２に対して、参考例３の出力は１．６倍、参考例４の出力は１．３倍、実施例３の出力は１．７倍、実施例４の出力は１．４倍となり、出力向上効果が大きいことが示された。また、上記実施例１〜４および参考例１〜４の結果から、特にルテニウムは発光波長３５０ｎｍ以下の発光素子に対して高い出力向上効果を示すことが分かった。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本発明によれば、素子構造をバーチカル型構造とすることにより、上述したラテラル構造およびフリップチップ構造の問題を解決し、かつｐ側の反射電極層をルテニウム、ルテニウム含有合金のいずれかで形成することにより、反射電極層とｐ型半導体積層体との間のオーミックコンタクトを得ると共に、発光層で発生した光のうち、素子の裏面に向かう光を効率的に反射して表面からの発光量を増大させることができるバーチカル型III族窒化物半導体発光素子を提供することができる。