(57)【要約】【課題】III 族窒化物半導体発光素子の発光効率の向上。【解決手段】ｐ電極１６は、ワイヤと接続されるワイヤボンディング部１６ａと、ワイヤボンディング部１６ａから配線状に延びる配線状部１６ｂと、配線状部１６ｂに接続し、孔２１を介して透光性電極と接触するコンタクト部１６ｃと、によって構成されている。電流阻止層１８は、ｐ層１３と透光性電極１４との間の所定領域に設けられている。電流阻止層１８は、絶縁性と透光性を有し、ｐ層よりも屈折率の低い材料からなる。所定領域とは、平面視においてコンタクト部１６ｃを含む領域である。ワイヤボンディング部１６ａおよび配線状部１６ｂと重なる領域には設けられていない。また、電流阻止層１８は、コンタクト部よりも０〜９μｍ広い形状である。【選択図】図２
2015060886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III 族窒化物半導体からなるｐ層上に透光性電極、絶縁膜、ｐ電極が順に位置し、絶縁膜に開けられた孔によって前記透光性電極と前記ｐ電極とが電気的に接続されたIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｐ電極は、素子外部と電気的に接続される接続部と、前記接続部から配線状に延びる配線状部と、前記配線状部に接続し、前記孔を介して前記透光性電極と接触するコンタクト部と、を有し、
前記ｐ層と前記透光性電極との間に、絶縁性と透光性を有し、前記ｐ層よりも屈折率の低い材料からなる電流阻止層を有し、
前記電流阻止層は、平面視において前記コンタクト部を含む領域に設けられていて、配線状部と重なる領域には設けられておらず、
前記コンタクト部における前記電流阻止層は、前記コンタクト部よりも０〜９μｍ広い形状である、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記電流阻止層は、平面視において前記コンタクト部を含む領域にのみ設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記電流阻止層の厚さは、ｄ＞λ／（４ｎ）（ｄは電流阻止層の厚さ、ｎは電流阻止層の屈折率、λは発光波長）、かつ１５００ｎｍ未満の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記電流阻止層は、その側面が前記ｐ層主面に対して傾斜を有している、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記電流阻止層の平面形状は、前記コンタクト部の平面形状と相似である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記絶縁膜中であって、平面視で前記ｐ電極と重なる領域に反射膜を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記配線状部は、高反射率金属からなる、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光効率が向上されたIII 族窒化物半導体発光素子に関する。特に、ｐ層上に電流阻止層を設けることにより発光効率が向上されたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物半導体発光素子において、平面視でｐ電極と重なる位置の発光層を発光させないようにすることで、ｐ電極による光の吸収を防ぎ、発光効率を向上させる技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、パッド直下のｐ層上に透光性絶縁膜を設け、その領域が発光しないようにするとともに、ｐ層と絶縁膜との界面で反射させることによって、発光効率を向上させたIII 族窒化物半導体発光素子が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、ｐ側メタル電極の接続部（ｐ電極のうちワイヤボンディングされる部分）直下に、電流ブロック層を設けることが記載されている。直下の活性層を発光させないことによってｐ側メタル電極の接続部による光の遮蔽、吸収を抑制し、発光効率を改善するためである、との記載がある。
【０００５】
また、特許文献３には、ｐ型層上に透明電極、パッド電極、絶縁膜が順に位置し、絶縁膜上にｐ電極を設け、絶縁膜に設けられた孔を介してｐ電極とパッド電極が接続された構成であって、絶縁膜中に反射膜が設けられたIII 族窒化物半導体発光素子が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９２７１０号公報
【特許文献２】特開２０１３−４８１９９号公報
【特許文献３】特開２００９−４３９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３のような構造のIII 族窒化物半導体発光素子において、どの位置に特許文献１、２のような電流阻止層を設けるかは任意性がある。発明者らの検討によると、電流阻止層の位置によっては発光効率が低下してしまうことがわかった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、ｐ層上に透光性電極、絶縁膜が順に形成され、絶縁膜上にｐ電極が形成され、絶縁膜に開けられた孔によって透光性電極とｐ電極が接続された構造のIII 族窒化物半導体発光素子において、さらなる発光効率の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、III 族窒化物半導体からなるｐ層上に透光性電極、絶縁膜、ｐ電極が順に位置し、絶縁膜に開けられた孔によって透光性電極とｐ電極とが電気的に接続されたIII 族窒化物半導体発光素子において、ｐ電極は、素子外部と電気的に接続される接続部と、接続部から配線状に延びる配線状部と、配線状部に接続し、孔を介して透光性電極と接触するコンタクト部と、を有し、ｐ層と透光性電極との間に、絶縁性と透光性を有し、ｐ層よりも屈折率の低い材料からなる電流阻止層を有し、電流阻止層は、平面視においてコンタクト部を含む領域に設けられていて、配線状部と重なる領域には設けられておらず、コンタクト部における電流阻止層は、コンタクト部よりも０〜９μｍ広い形状である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子である。
【００１０】
電流阻止層は、コンタクト部を平面視において含む領域にのみ設けられていることが望ましい。平面視において接続部と重なる領域に設けても、発光効率に与える影響は少なく、そのため、作製の容易さなどの観点から返って設けない方が利点となることもあるためである。また、配線状部と重なる領域に設けないのは、この領域に設けると発光効率を低下させてしまうからである。
【００１１】
電流阻止層がコンタクト部よりも０〜９μｍ広いとは、平面視におけるコンタクト部の外周に直交する方向における、そのコンタクト部の外周から電流阻止層の外周までの距離である。この距離が一定でない場合には平均値を意味する。より望ましいのは３〜９μｍ広いことであり、さらに望ましくは６〜９μｍ広いことである。
【００１２】
電流阻止層の厚さは、ｄ＞λ／（４ｎ）（ｄは電流阻止層の厚さ、ｎは電流阻止層の屈折率、λは発光波長）、かつ１５００ｎｍ未満の範囲であることが望ましい。λ／（４ｎ）以下では光を阻止する機能が十分でなく、１５００ｎｍ以上であると段差によってｐ電極や透光性電極、ワイヤなどの断切れを生じるなど、製造上の問題が生じてしまう。より望ましくは１００〜８００ｎｍ、さらに望ましくは１００〜５００ｎｍの範囲を満たすことである。
【００１３】
電流阻止層は、その側面がｐ層主面に対して傾斜を有していても垂直であってもよいが、傾斜を有していることが望ましい。すなわち、電流阻止層の断面形状は台形状（テーパー状）である。側面を傾斜させると、ｐ電極や透光性電極、ワイヤなどの断切れを防止することができる。望ましい傾斜角度は５〜６０°、より望ましくは５〜３０°である。
【００１４】
電流阻止層の平面形状（平面視での形状）は、円形、正方形など任意の形状でよいが、コンタクト部の平面形状と相似であることが望ましい。相似形とすれば、電流阻止層の機能が平面方向に均等に発揮されるためである。
【００１５】
電流阻止層は、絶縁性と透光性を有し、ｐ層よりも屈折率の低い材料からなる任意の材料を用いることができる。透光性は発光波長における対するものである。ｐ層が複数の層からなる場合には、最も電流阻止層に近い側の層よりも屈折率が低ければよい。たとえば、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＭｇＦ2 などを用いることができる。
【００１６】
絶縁膜中であって、平面視でｐ電極と重なる領域に反射膜を設けてもよい。反射膜は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｌ合金、Ａｇ合金などの高反射率金属からなる単層や多層とすることができる。また、配線状部を高反射率金属としてもよい。
【００１７】
電流阻止層、および絶縁膜中の反射膜は、誘電体多層膜とすることもできる。誘電体多層膜は、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に繰り返し積層され、それぞれの光学膜厚が発光波長の１／４に設計された構造である。
【００１８】
本発明は、フェイスアップ型、フリップチップ型のいずれの素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のIII 族窒化物半導体発光素子における電流阻止層は、ｐコンタクト部直下の発光層を発光しないようにし、かつ、電流阻止層による反射によってｐコンタクト部へと光が向かうことを軽減することにより、発光効率の向上を図るものである。
【００２０】
本発明のIII 族窒化物半導体発光素子では、電流阻止層がコンタクト部を含む領域に形成されているため、斜め方向から電流阻止層を回避してｐ電極のコンタクト部に向かう光が減少し、コンタクト部下部の発光層の発光を抑制することができ、また、ｐ層と電流阻止層との界面での反射によってコンタクト部へ向かう光が減少する。その結果、発光効率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図。
【図２】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子を上方から見た平面図。
【図３】コンタクト部１６ｃにのみ電流阻止層１８を設けた場合の発光効率を示したグラフ。
【図４】配線状部１６ｂにのみ電流阻止層１８を設けた場合の発光効率を示したグラフ。
【図５】ワイヤボンディング部１６ａにのみ電流阻止層１８を設けた場合の発光効率を示したグラフ。
【図６】実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図。
【図７】変形例のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図。
【図８】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程を示した図。
【図９】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図。
【図１０】実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図である。また、図２は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子を上方から見た平面図である。図１は、図２におけるＡ−Ａでの断面である。図２のように、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、平面視で長方形のフェイスアップ型素子である。
【００２４】
図１のように、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、基板１０と、基板１０上にバッファ層（図示しない）を介して位置するｎ層１１と、ｎ層１１上に位置する発光層１２と、発光層１２上に位置するｐ層１３を有している。ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３はIII 族窒化物半導体からなる。また、ｐ層１３表面側からｎ層１１に達する溝が形成され、溝の底面にはｎ層１１が露出する。また、ｐ層１３上に位置する透光性電極１４と、透光性電極１４上、および溝底面に露出するｎ層１１上に連続して位置する絶縁膜１５と、を有している。そして、絶縁膜１５上にはｐ電極１６とｎ電極１７がそれぞれ分離して設けられている。さらに、ｐ層１３と透光性電極１４との間の所定領域には、電流阻止層１８が設けられている。以下、各構成についてより詳細に説明する。
【００２５】
基板１０は、ｎ層１１側の表面に凹凸加工（図示しない）が施されたａ面サファイア基板である。凹凸加工は光取り出し効率を向上させるために設けている。基板１０の材料にはサファイア以外にも、III 族窒化物半導体を結晶成長可能な任意の材料の基板を用いることができる。たとえば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯなどである。
【００２６】
ｎ層１１は、基板１０側から順に、ｎ型コンタクト層、ｎ型ＥＳＤ層、ｎ型ＳＬ層が積層された構造である。ｎ型コンタクト層はｎ電極１７が接触する層である。ｎ型コンタクト層は、Ｓｉ濃度が１×１０18／ｃｍ3 以上のｎ−ＧａＮからなる。ｎ型コンタクト層をキャリア濃度の異なる複数の層で構成することでｎ電極１７のコンタクト抵抗を低減することも可能である。ｎ型ＥＳＤ層は、素子の静電破壊を防止するための静電耐圧層である。ｎ型ＥＳＤ層は、ノンドープのＧａＮとＳｉドープのｎ−ＧａＮの積層構造である。ｎ型ＳＬ層は、ＩｎＧａＮと、ＧａＮと、ｎ−ＧａＮとを順に積層した構造を単位として、これを複数単位繰り返し積層した超格子構造を有するｎ型超格子層である。ｎ型ＳＬ層は、発光層１２にかかる応力を緩和するための層である。
【００２７】
発光層１２は、ＩｎＧａＮからなる井戸層と、ＡｌＧａＮからなる障壁層とを繰り返し積層したＭＱＷ構造である。井戸層と障壁層との間に、Ｉｎの蒸発を防ぐためのバリア層を設けてもよい。
【００２８】
ｐ層１３は、発光層１２側から順に、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が積層された構造である。ｐ型クラッド層は、電子がｐ型コンタクト層側に拡散するのを防止するための層である。ｐ型クラッド層は、ｐ−ＩｎＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮを順に積層した構造を単位として、これを複数回繰り返し積層させた構造である。ｐ型コンタクト層は、ｐ電極１６がｐ層１３に良好にコンタクトをとるために設ける層である。ｐ型コンタクト層は、Ｍｇ濃度が１×１０19〜１×１０22／ｃｍ3 で厚さ１００〜１０００Åのｐ−ＧａＮからなる。
【００２９】
なお、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３の構成は、上記記載の構成に限るものではなく、従来、III 族窒化物半導体発光素子に用いられている任意の構成を採用することができる。
【００３０】
透光性電極１４には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）、などの導電性酸化物を用いることができる。透光性電極１４は、ｐ層１３上および電流阻止層１８上に連続して形成されている。そのため、透光性電極１４は、電流阻止層１８の上部で凸に波打った膜状の形状に形成されている。透光性電極１４の表面に凹凸形状を設け、光取り出し効率を向上させてもよい。
【００３１】
絶縁膜１５は、溝の底面に露出するｎ層１１表面から透光性電極１４表面にかけて覆うようにして形成されている。絶縁膜１５は、ＳｉＯ2 からなる。ＳｉＯ2 以外にも、ＳｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 などを用いることができる。また、絶縁膜１５の所定の位置に孔２１が設けられ、絶縁膜１５を貫通している。この孔２１は、後に説明するｐ電極１６の配線状部１６ｂによって埋められている。
【００３２】
絶縁膜１５中であって、平面視においてｐ電極１６、ｎ電極１７に重なる領域には、反射膜１９が設けられている。反射膜１９は絶縁膜１５中にあるため、電気的に絶縁されており、マイグレーションが防止される。この反射膜１９は、ｐ電極１６、ｎ電極１７方向へ向かう光を反射させることでｐ電極１６、ｎ電極１７による光の吸収を抑制し、これにより発光効率を向上させるために設けるものである。
【００３３】
反射膜１９は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｌ合金、Ａｇ合金など、ｐ電極１６やｎ電極１７の材料よりも反射率の高い材料からなる。反射膜１９は単層としてもよいし多層としてもよい。多層とする場合、Ａｌ合金／Ｔｉ、Ａｇ合金／Ａｌ、Ａｇ合金／Ｔｉ、Ａｌ／Ａｇ／Ａｌ、Ａｇ合金／Ｎｉなどを用いることができる。ここで記号「／」は、積層を意味し、Ａ／ＢはＡを成膜した後Ｂを成膜した積層構造であることを意味する。以下においても材料の説明において「／」を同様の意味で用いる。反射膜１９と絶縁膜１５との密着性を向上させるために、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌなどの薄膜を、反射膜１９と絶縁膜１５との間に設けてもよい。
【００３４】
また、反射膜１９として、誘電体多層膜を採用することもできる。誘電体多層膜は、低屈折率材料と高屈折率材料が交互に積層され、それぞれの光学膜厚が発光波長の１／４に設計された多層膜である。低屈折率材料としては、ＳｉＯ2 、ＭｇＦ2 、などを用いることができ、高屈折率材料としては、ＳｉＮ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｎｂ2 Ｏ5 などを用いることができる。誘電体多層膜の反射率を向上させるために、低屈折率材料と高屈折率材料の屈折率差は大きいほど望ましい。また、積層ペア数も大きいほど望ましく、５ペア以上とすることが望ましい。ただし、誘電体多層膜の総膜厚が大きくなり、製造工程において不具合を生じないよう、積層ペア数は３０ペア以下とするのがよい。
【００３５】
ｐ電極１６は、ワイヤボンディング部１６ａ（本発明の接続部）、配線状部１６ｂ、コンタクト部１６ｃ、によって構成されている。コンタクト部１６ｃは、Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌからなり、ワイヤボンディング部１６ａおよび配線状部１６ｂは、Ｔｉ／Ａｕ／Ａｌからなる。
【００３６】
ワイヤボンディング部１６ａは、絶縁膜１５上に位置した円形の領域であり、ワイヤと接続される領域である。配線状部１６ｂは、絶縁膜１５上に位置し、ワイヤボンディング部１６ａから延びる配線状の部分であり、配線状とすることで電流を面方向に拡散させるものである。また、配線状部１６ｂは、絶縁膜１５に設けられた孔２１の内部にも形成されている。コンタクト部１６ｃは、透光性電極１４上に設けられた複数のドット状の円形の領域である。また、コンタクト部１６ｃは、絶縁膜１５に設けられた孔２１を介して、配線状部１６ｂと接続されている。このコンタクト部１６ｃは、ｐ電極１６と透光性電極１４とが良好にコンタクトをとるために設けるものである。なお、孔２１とコンタクト部１６ｃは、平面視で同一形状である必要はなく、平面視において孔２１がコンタクト部１６ｃに含まれる形状であればよい。
【００３７】
図２のように、ワイヤボンディング部１６ａは、一方の短辺中央近傍に位置している。そのワイヤボンディング部１６ａから、２本の直線状の配線状部１６ｂが延びている。配線状部１６ｂは、一方の長辺近傍に、その長辺に沿って延びる直線状の部分と、他方の長辺近傍に、その長辺に沿って延びる直線状の部分とを有している。その直線状部分は、孔２１によって面垂直方向に分岐していて、その分岐端で円形のコンタクト部１６ｃに接続している。
【００３８】
電流阻止層１８は、その領域の電流をブロックして、発光層１２のうち平面視において電流阻止層１８と重なる領域を光らせないようにする。さらに、ｐ層１３と電流阻止層１８との界面における反射あるいは屈折によって、電流阻止層１８の上部に光が向かわないようにする。これら２つの作用により、電流阻止層１８上部に位置するｐ電極１６による光の吸収・遮蔽を抑制し、発光効率を向上させることができる。
【００３９】
電流阻止層１８は、図１に示すように、平面視においてコンタクト部１６ｃを含む領域に位置している。また、図２のように、電流阻止層１８は平面視において、中心をコンタクト部１６ｃと同一とする円である。ｐ電極１６の他の部分、ワイヤボンディング部１６ａと配線状部１６ｂと重なる領域には、電流阻止層１８は設けられていない。ワイヤボンディング部１６ａと重なる領域に設けない理由は、この領域に電流阻止層１８を設けても発光効率の向上はわずかであり、素子作製の容易さ、製造コストなどから設けない方が好ましいためである。配線状部１６ｂと重なる領域に設けない理由は、この領域に電流阻止層１８を設けるとかえって発光効率を低下させてしまうからである。
【００４０】
なお、コンタクト部１６ｃおよび電流阻止層１８の平面形状は円であり、コンタクト部１６ｃの直径は１６μｍである。このように相似形となっているが、電流阻止層１８の平面形状を必ずしも相似形とする必要はない。ただし、相似形とすることにより、電流阻止層１８の機能を平面方向において均等に発揮させることができるためである。
【００４１】
電流阻止層１８には、ＳｉＯ2 以外にも、絶縁性と透光性を有し、ｐ層１３より屈折率の小さな任意の材料を用いることができる。ｐ層１３が複数の層で構成される場合には、最も電流阻止層１８に近い層よりも屈折率が低ければよい。ｐ層１３が基板側から順にｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層の積層である場合には、ｐ型コンタクト層よりも低い材料であればよい。たとえば、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物などであり、具体的にはＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＭｇＦ2 などを用いることができる。それらの材料の単層でも多層でもよく、光学膜厚が１／４波長で屈折率が異なる２種類の膜を交互に積層させた誘電体多層膜としてもよい。そのような誘電体多層膜を用いると反射率の向上によってｐ電極へと向かう光が減少し、ｐ電極による光の吸収が低減されるため、発光効率をより向上させることが可能である。
【００４２】
電流阻止層１８の平面形状は、コンタクト部１６ｃよりも幅が０〜９μｍ広い形状である。ここで幅は、コンタクト部１６ｃの外周に垂直な方向において、そのコンタクト部１６ｃの外周から電流阻止層１８の外周までの距離を示すものとする。幅が一定でない場合には、幅の平均が０〜９μｍであればよい。実施例１では、コンタクト部１６ｃ、電流阻止層１８はともに円であり、幅は半径の差を意味する。幅が０μｍ未満（つまりコンタクト部１６ｃよりも面積を小さくする場合）では、発光効率を十分に向上できず望ましくない。また、９μｍより広いと、電流阻止層１８により発光しない領域が広くなり発光効率が低下するので望ましくない。より望ましくは３〜９μｍ、さらに望ましくは６〜９μｍ広い形状とすることである。
【００４３】
また、電流阻止層１８は、側面１８ａがｐ層１３表面に対して５〜６０°の傾斜を有している。すなわち、素子に垂直な断面での形状は台形状（テーパー形状）となっている。このような形状とすることで、透光性電極１４、ｐ電極１６、ワイヤなどの断切れを防止することができる。より望ましい傾斜角度は５〜３０°である。
【００４４】
電流阻止層１８の厚さは、λ／（４ｎ）（λは発光波長、ｎは電流阻止層１８の屈折率）より厚くすることが望ましい。λ／（４ｎ）より厚くすることで絶縁性と反射機能を十分とすることができる。より望ましくは１００ｎｍ以上である。また、電流阻止層１８の厚さは、１５００ｎｍ未満とすることが望ましい。これよりも厚いと、その厚さに起因する段差によって  ワイヤや透光性電極１４、ｐ電極１５などに断切れなどの不具合が生じてしまう可能性があるためである。より望ましくは５００ｎｍ以下である。
【００４５】
ｎ電極１７は、ｐ電極１６と同様に、ワイヤボンディング部１７ａ、配線状部１７ｂ、コンタクト部１７ｃによって構成されていて、それぞれの部分の役割もｐ電極１６の場合と同様である。図２のように、ワイヤボンディング部１７ａは、ワイヤボンディング部１６ａが位置する側とは反対側の端辺中央近傍に位置している。そして、ワイヤボンディング部１７ａから一本の直線状の配線状部１７ｂが長辺に沿って延びていて、配線状部１６ｂの２本の直線状の間に位置している。また、ｎ電極１７のワイヤボンディング部１７ａ、配線状部１７ｂは、ｐ電極１６のワイヤボンディング部１６ａ、配線状部１６ｂと同一材料で構成され、コンタクト部１７ｃはコンタクト部１６ｃと同一材料で構成されている。
【００４６】
ｐ電極１６のうちワイヤボンディング部１６ａを除く領域、およびｎ電極１７のうちワイヤボンディング部１７ａを除く領域は、保護膜２０が形成されている。電流のショートなどを防止するためである。
【００４７】
以上のように、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子では、平面視においてコンタクト部１６ｃを含む領域であって、コンタクト部１６ｃよりも０〜９μｍ広い領域に電流阻止層１８を設けている。これにより、以下の３つの利点がある。
【００４８】
第１に、コンタクト部１６ｃよりも０〜９μｍ広い領域としているために、斜め方向から電流阻止層１８を回避してコンタクト部１６ｃに向かう光をより減少させることができ、発光効率を向上させることができる。
【００４９】
第２に、ワイヤボンディング部１６ａ、配線状部１６ｂと重なる領域には電流阻止層１８を設けていないため、発光効率を損なわない。
【００５０】
第３に、反射膜１９を設けることができない領域であっても、電流阻止層１８によってｐ電極１６による光の吸収を抑制することができる。すなわち、コンタクト部１６ｃが設けられている領域は、孔２１を介して主面垂直方向に配線状部１６ｂと接続されている領域である。そのため、透光性電極１４とコンタクト部１６ｃとの間に絶縁膜１５を設けることができず、絶縁膜１５中の反射膜１９によってｐ電極１６による光の吸収を抑制することができない。しかし、反射膜１９を設けることができない領域でも、電流阻止層１８を設けることは可能である。そこで、そのような領域（つまりコンタクト部１６ｃと重なる領域）に電流阻止層１８を設けることにより、コンタクト部１６ｃによる光の吸収を抑制することができ、発光効率を向上させることができる。
【００５１】
次に、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法について、図８を参照に説明する。
【００５２】
まず、表面に凹凸加工が施されたサファイアからなる基板１０を用意し、水素雰囲気下で熱処理して表面に付着する不純物を除去した。
【００５３】
次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、基板１０上にｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を順に積層した。原料ガスには、Ｇａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ａｌ源としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｎ源としてアンモニア、ｐ型ドーパントガスとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ｎ型ドーパントガスとしてシランを用いた。キャリアガスには水素と窒素を用いた。
【００５４】
次に、ｐ層１３上に電流阻止層１８を形成した。電流阻止層１８は、蒸着またはＣＶＤによってＳｉＯ2 膜を形成後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによってパターン形成した。フォトリソグラフィ、スパッタまたは蒸着、リフトオフによってパターン形成してもよい。電流阻止層１８は、ｐ層１３上であって、後に形成するｐ電極１６のコンタクト部１６ｃを含む領域にのみ形成した。また、コンタクト部１６ｃよりも０〜９μｍ広く形成した（図８（ａ）参照）。
【００５５】
次に、ｐ層１３および電流阻止層１８上の所定領域に、透光性電極１４を形成した。透光性電極１４は、スパッタによってＩＴＯ膜を形成後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによってパターン形成した。その後、１０Ｐａ以下の減圧窒素雰囲気下、７００℃で５分間、熱処理を行い、ｐ層１３をｐ型化するとともに透光性電極１４を結晶化させて低抵抗化した。なお、熱処理は常圧で行ってもよい。
【００５６】
次に、ｐ層１３表面の所定の領域をドライエッチングして溝を形成し、溝の底面にｎ層１１を露出させた。そして、透光性電極１４上の所定領域にｐ電極１６のコンタクト部１６ｃ、溝底面に露出するｎ層１１上の所定領域にｎ電極１７のコンタクト部１７ｃを形成した（図８（ｂ）参照）。コンタクト部１６ｃ、１７ｃは、フォトリソグラフィ、蒸着、リフトオフによってパターン形成した。コンタクト部１６ｃ、１７ｃはそれぞれ別に形成してもよいが、コンタクト部１６ｃ、１７ｃを同一材料とする場合には、コンタクト部１６ｃ、１７ｃを同時に形成してもよい。製造工程を簡略化でき、製造コストを低減することができる。その後、２５Ｐａの減圧酸素雰囲気下、５５０℃で５分間熱処理を行い、コンタクト部１６ｃ、１７ｃをアロイ化した。
【００５７】
次に、上方全面を覆うようにして、内部に反射膜１９を有した絶縁膜１５を形成した（図８（ｃ）参照）。絶縁膜１５は以下のようにして形成した。まず、ＣＶＤ法によって上方全面に第１絶縁膜１５ａを形成した。そして、第１絶縁膜１５ａ上の所定領域（ｐ電極１６、ｎ電極１７に平面視で重なる領域）に、蒸着、フォトリソグラフィ、エッチングによって反射膜１９を形成した。リフトオフによって反射膜１９を形成してもよい。次に、ＣＶＤ法によって、第１絶縁膜１５ａ上および反射膜１９上に第２絶縁膜１５ｂを形成し、第１絶縁膜１５ａと第２絶縁膜１５ｂとで一体の絶縁膜１５とした。以上により、内部の所定領域に反射膜１９を有する絶縁膜１５を形成した。
【００５８】
次に、絶縁膜１５の所定領域（コンタクト部１６ｃ、１７ｃの上部にあたる領域）をドライエッチングして絶縁膜１５を貫通する孔２１を形成した。孔２１の底面にはコンタクト部１６ｃ、１７ｃが露出する。そして、絶縁膜１５上であって反射膜１９の上部にあたる領域に、フォトリソグラフィ、蒸着、リフトオフによって、ｐ電極１６のワイヤボンディング部１６ａ、配線状部１６ｂ、およびｎ電極１７のワイヤボンディング部１７ａ、配線状部１７ｂを形成した。ここで、配線状部１６ｂ、１７ｂは孔２１内部も埋めるようにして形成し、孔２１内部で配線状部１６ｂとコンタクト部１６ｃ、および配線状部１７ｂとコンタクト部１７ｃが接続するようにした（図８（ｄ）参照）。
【００５９】
次に、ワイヤボンディング部１６ａ、１７ａを除く全面に、ＣＶＤ法、フォトリソグラフィ、ドライエッチングによって保護膜２０を形成した。以上により、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子が作製された。
【００６０】
次に、各種実験例について説明する。図３〜５は、電流阻止層１８の位置、広さによって発光効率がどう変わるかを調べた結果である。図３〜５の縦軸の発光効率差は、電流阻止層１８を設けなかった素子との比較である。図３は、平面視でコンタクト部１６ｃに重なる領域にのみ電流阻止層１８を設けた場合、図４は、平面視で配線状部１６ｂに重なる領域にのみ電流阻止層１８を設けた場合、図５は、平面視でワイヤボンディング部１６ａに重なる領域にのみ電流阻止層１８を設けた場合である。図３〜５における縦軸は、電流阻止層１８を設けない場合の発光効率との差を示している。また、横軸はコンタクト部１６ｃに対する電流阻止層１８の広さを示している。
【００６１】
図３のように、平面視でコンタクト部１６ｃと電流阻止層１８の形状を一致させた場合（広さ０μｍの場合）には、電流阻止層１８を設けない場合に比べて発光効率が０．１５％上昇した。そして、電流阻止層１８をコンタクト部１６ｃよりも広くとるほど、発光効率が向上することがわかった。広さを６μｍ〜９μｍとすると、発光効率はおよそ０．３０％の上昇でほぼ飽和しており、９μｍでは６μｍよりも少し発光効率差が低下している。このことから、９μｍよりも広く電流阻止層１８をとっても、発光効率の向上は望めないばかりか、発光層１２の発光しない領域が広くなって逆に発光効率が低下すると考えられる。また、ｐ層１３と透光性電極１４とのコンタクトが悪化してしまうと考えられる。したがって、コンタクト部１６ｃにおける電流阻止層１８の広さは、コンタクト部１６ｃよりも０〜９μｍ広い範囲とするのがよいことがわかった。特に３〜９μｍ、さらには６〜９μｍとすることが望ましいことがわかった。
【００６２】
また、図４のように、平面視で配線状部１６ｂと電流阻止層１８の形状を一致させた場合（広さ０μｍの場合）と、電流阻止層１８を配線状部１６ｂよりも狭く設けた場合（広さ−３μｍの場合）には、発光効率差はほぼ０であることがわかった。また、電流阻止層１８を配線状部１６ｂよりも広くとるほど、発光効率が低下していくことがわかった。したがって、平面視で配線状部１６ｂと重なる領域には、電流阻止層１８を設けない方がよいことがわかった。
【００６３】
平面視において配線状部１６ｂと重なる領域に電流阻止層１８を設けると発光効率が低下してしまう理由としては、配線状部１６ｂ下部に反射膜１９および絶縁膜１５が形成されているので発光層１２からの光の遮蔽が少なく、電流阻止層１８を形成して配線状部１６ｂによる光の遮蔽を減らす効果よりも、その領域が発光しないことによる発光効率の低下の影響の方が大きいからと考えられる。
【００６４】
また、図５のように、電流阻止層１８をワイヤボンディング部１６ａのみに設けた場合、電流阻止層１８の広さを変化させてもそれほど変化せず、０．１０〜０．１５％ほどの発光効率向上であった。これは、ワイヤボンディング部１６ａの面積は広く発光層１２からの光の遮蔽が多く、電流阻止層１８を設けることによる光の遮蔽低減によって発光効率は向上するが、電流阻止層１８の面積を広げるとそれに合わせて発光しない領域も広くなって効果が相殺するため、発光効率向上がおよそ一定になるものと考えられる。このように、ワイヤボンディング部１６ａに重なる領域に電流阻止層１８を設けても発光効率向上の効果はわずかであり、手間や製造コストなどを考慮するとワイヤボンディング部１６ａに重なる領域には電流阻止層１８を設けなくともよいことがわかった。もちろん、手間やコストなどが問題にならないのであれば、ワイヤボンディング部１６ａに電流阻止層１８を設けてもかまわない。
【００６５】
以上、図３〜５の結果から、電流阻止層１８は、平面視においてコンタクト部１６ｃに含まれる領域に形成し、コンタクト部１６ｃよりも０〜９μｍ広い範囲に形成し、平面視においてワイヤボンディング部１６ａおよび配線状部１６ｂに重なる領域には形成しないようにすることが望ましいことがわかる。
【実施例２】
【００６６】
図６は、実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図である。実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子における絶縁膜１５の反射膜を省き、配線状部１６ｂ、１７ｂに替えて高反射率金属からなる配線状部２１６ｂ、２１７ｂとしたものである。それ以外の構成については、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子と同様である。高反射率金属には、III 族窒化物半導体発光素子の発光波長に対して高い反射率（たとえば８０％以上）を有した金属材料を用いることができ、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈなどを用いることができる。このように、配線状部２１６ｂ、２１７ｂとして高反射率金属を用いることにより、配線状部２１６ｂ、２１７ｂによる光の吸収を抑制し、発光効率の向上を図っている。
【００６７】
この実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子においても、平面視においてコンタクト部１６ｃを含む領域に電流阻止層１８が設けられているため、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子と同様に、発光効率の向上が図られている。
【実施例３】
【００６８】
図９は、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した断面図である。また、図１０は、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子を上方から見た平面図である。図９は、図１０におけるＩ−Ｉでの断面である。図９、１０のように、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子は、平面視で矩形のフリップチップ型素子である。
【００６９】
図９のように、実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子は、基板３１０と、基板３１０上にバッファ層（図示しない）を介して順に積層された、III 族窒化物半導体からなるｎ層３１１、発光層３１２、ｐ層３１３を有している。ｐ層３１３表面には、そのｐ層３１３表面からｎ層３１１に達する深さの孔３２４が設けられている。また、ｐ層３１３表面の孔３２４が設けられた領域以外のほぼ全面に、ＩＴＯからなる透光性電極３１４が設けられている。また、ｐ層３１３と透光性電極３１４との間の所定領域には、電流阻止層３１８が設けられている。さらに、透光性電極３１４の表面、孔３２４の側面および底面、に連続して絶縁膜３１５が設けられている。絶縁膜３１５上には、ｐ電極３１６とｎ電極３１７がそれぞれ分離して設けられている。
【００７０】
絶縁膜３１５中には反射膜３１９が設けられており、この反射膜３１９によって基板３１０側とは反対側に光を反射させて取り出すフリップチップ型の構造である。また、絶縁膜３１５中であって、反射膜３１９の上部に当たる領域には、導電膜３２３が形成されている。導電膜３２３は、導電性を有した材料であればよく、絶縁膜３１５との密着性がよい材料が好ましい。たとえばＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＩＴＯなどを用いることができる。また、導電膜３２３の一部は、絶縁膜３１５に設けられた孔３３０を介して透光性電極３１４に接触している。接触位置は任意の位置でよいが、反射膜３１９の面積が狭くなって光取り出し効率が低下してしまわないよう接触範囲はなるべく狭くすることが望ましい。また、導電膜３２３は部分的に反射膜３１９に接触するようにしてもよい。このような導電膜３２３を設けることにより、透光性電極３１４と導電膜３２３はおよそ等電位となる。そのため、絶縁膜３１５を介してｎ電極３１７と透光性電極３１５とに挟まれた領域の反射膜３１９は、等電位の領域に位置することとなり、反射膜３１９には電界が生じず、マイグレーションが防止される。
【００７１】
ｐ電極３１６は、接続部３１６ａ、配線状部３１６ｂ、コンタクト部３１６ｃ、によって構成されている。接続部３１６ａは、はんだ層２７と接続される領域である。配線状部３１６ｂは、接続部３１６ａに連続し、配線状に形成された領域である。また、絶縁膜３１５にはその絶縁膜３１５を貫通して底部に透光性電極３１４を露出させる孔３２１が設けられていて、その孔３２１内部にも配線状部３１６ｂが形成されている。コンタクト部３１６ｃは、透光性電極３１４上に設けられた円形の領域である。コンタクト部１６ｃは、孔３２１を介して配線状部３１６ｂと接続されている。
【００７２】
ｎ電極３１７もｐ電極３１６と同様に、接続部３１７ａ、配線状部３１７ｂ、コンタクト部３１７ｃによって構成されている。コンタクト部３１７ｃは孔３２４底面に露出するｎ層３１１上に設けられた円形の領域である。絶縁膜３１５には、孔３２４を埋める領域を貫通する孔３２０が設けられ、その孔３２０を介して配線状部３１７ｂとコンタクト部３１７ｃが接続されている。
【００７３】
図１０のように、配線状部３１６ｂ、３１７ｂはそれぞれ櫛歯状のパターンに形成され、それぞれの歯が互い違いに噛み合うような配置となっている。
【００７４】
ｐ電極３１６上、ｎ電極３１７上は保護膜３２２により覆われている。接続部３１６ａ上、および接続部３１７上にあたる保護膜３２２には、孔３２９、３２８がそれぞれ設けられている。その孔３２９、３２８を介して、保護膜３２２上のはんだ層３２７と接続部３１６ａ、およびはんだ層３２６と接続部３１７ａが接続されている。
【００７５】
電流阻止層３１８は、平面視においてコンタクト部３１６ｃを含む領域に位置している。また、電流阻止層３１８は平面視において、中心をコンタクト部３１６ｃと同一とする円である。ｐ電極３１６の他の部分、接続部３１６ａと配線状部３１６ｂと重なる領域には、電流阻止層３１８は設けられていない。また、電流阻止層３１８の平面形状は、コンタクト部３１６ｃよりも幅が０〜９μｍ広い形状である。つまり電流阻止層３１８の半径はコンタクト部３１６ｃの半径より０〜９μｍ大きい形状である。また、電流素子層１８の側面３１８ａはｐ層３１３に対して５〜６０°傾斜しており、これによりｐ電極３１６や透光性電極３１４などの断切れを防止している。
【００７６】
この実施例３のIII 族窒化物半導体発光素子においても、平面視においてコンタクト部１６ｃを含む領域に電流阻止層１８が設けられているため、実施例１、２のIII 族窒化物半導体発光素子と同様に、発光効率の向上が図られている。
【００７７】
［変形例］
実施例１〜３では、ｐ層上に電流阻止層を設けているが、電流阻止層の一部ないし全部をｐ層中に埋め込むようにして形成してもよく、特に電流阻止層表面と透光性電極表面が同一面となるように埋め込んでもよい。電流阻止層を設けることによる段差が生じず、ワイヤや電極の断切れを防止することができる。図７に、実施例１においてこのような構成を採用した場合を示す。図７のように、ｐ層１３、電流阻止層１８に替えて、凹部が形成されたｐ層４１３と、凹部を埋める電流阻止層４１８が設けられている。この構成により、ｐ層４１３表面と電流阻止層４１８表面は同一面となり、その上に形成される透光性電極４１４は平坦な層となっている。また、実施例１〜３において、電流阻止層の一部ないし全部を透光性電極中に埋め込むようにして形成してもよい。
【００７８】
また、実施例１〜３のIII 族窒化物半導体発光素子では、絶縁膜中に反射膜を設けているが、反射膜を省いた構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明のIII 族窒化物半導体発光素子は、照明装置、表示装置などの光源として利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０：基板
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：ｐ層
１４：透明電極
１５：絶縁膜
１６：ｐ電極
１６ａ、１７ａ：ワイヤボンディング部
１６ｂ、１７ｂ：配線状部
１６ｃ、１７ｃ：コンタクト部
１７：ｎ電極
１８：電流阻止層
１９：反射膜
２０：保護膜
２１：孔
【図１】
2015060886.tif 000003
【図２】
2015060886.tif 000004
【図３】
2015060886.tif 000005
【図４】
2015060886.tif 000006
【図５】
2015060886.tif 000007
【図６】
2015060886.tif 000008
【図７】
2015060886.tif 000009
【図８】
2015060886.tif 000010
【図９】
2015060886.tif 000011
【図１０】
2015060886.tif 000012