(57)【要約】      （修正有）【課題】信頼性に優れ、より低い電圧で駆動可能な半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１０は、半導体層２０と、電極層２１と、水素吸蔵金属を含む金属層２２と、めっき層２４とを順に有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
電極層と、
水素吸蔵金属を含む金属層と、
めっき層と
を順に有する半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体層は窒化物半導体層であり、
前記電極層はｐ側電極層であり、
前記金属層は前記水素吸蔵金属としてＰｄ（パラジウム）およびＮｉ（ニッケル）の少なくとも一方を含み、
前記めっき層は金を含む
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記電極層は、前記半導体層と接すると共にＰｄ（パラジウム）を含有する層を含む多層構造を有する
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記金属層は、Ｐｄ（パラジウム）層およびＮｉ（ニッケル）層を含む多層構造を有する
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
基体と、
前記基体に接合層を介して接合され、めっき層、水素吸蔵金属を含む金属層、電極層、および半導体層が前記基体の側から順に積層された半導体発光素子と
を備えた半導体発光装置。
【請求項６】
前記半導体層は窒化物半導体層であり、
前記電極層はｐ側電極層であり、
前記金属層は前記水素吸蔵金属としてＰｄ（パラジウム）およびＮｉ（ニッケル）の少なくとも一方を含み、
前記めっき層は金を含む
請求項５記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記接合層はＳｎ（錫）を含む半田層であり、
前記接合層と前記電極層との間にＳｎの拡散を防止するバリア層をさらに有する
請求項５記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体発光素子およびそれを備えた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に半導体レーザは熱に弱く、素子の温度が上昇すると著しくその特性が悪化することがある。半導体レーザの高出力化が進むにつれてその発熱量も増大するため、半導体レーザから発生した熱を外部へ放出することが重要となっている。
【０００３】
半導体層において発生した熱を外部へ放出するにあたっては、その発光点条部を熱伝導性の高いＡｕ（金）などの金属等からなる放熱層で覆うことが効果的である。その放熱層の厚さを厚くすることで熱容量を増加させ放熱効率を高めることができるので、製造効率の観点から、その放熱層はめっき法により形成される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えばＡｕからなるめっき層のめっき方法としては電解めっき法および無電解めっき法があるが、いずれの場合も金属イオン（Ａｕイオン）を含む溶液中にサンプルを浸すことで、その表面にＡｕを析出させることとなる。ところが、Ａｕの析出過程において反応副生成物として水素が発生し、その水素が析出形成されたＡｕめっき膜の内部にも多く取り込まれてしまう。
【０００６】
窒化物半導体レーザの場合、ｐコンタクト電極にＮｉ（ニッケル）やＰｄ（パラジウム）などの水素吸蔵金属が使われることが多く、Ａｕめっき膜中に取り込まれた水素がｐコンタクト電極内に吸蔵されたり、その吸蔵された水素が半導体層に再放出されたりすることがある。
【０００７】
しかしながら、ｐコンタクト電極が水素を吸蔵するとは電極の結晶構造の劣化やコンタクト抵抗の増大を招くおそれがある。さらに、半導体層内に再放出された水素は例えばｐ型不純物であるＭｇと結合してキャリア生成を阻害し、半導体層の抵抗増大を招くおそれがある。これらの結果、半導体発光素子の駆動電圧の上昇に繋がる。
【０００８】
金めっき膜中に取り込まれた水素を追い出すための加熱処理等も知られているが、完全な水素除去は難しい。また、後続の製造プロセスにおいて再度の水素吸着が起こる可能性もある。さらに、加熱による半導体発光素子そのものに対する熱ダメージも懸念される。
【０００９】
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、信頼性に優れ、より低い電圧で駆動可能な半導体発光素子およびそれを備えた半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一実施形態としての半導体発光素子は、半導体層と、電極層と、水素吸蔵金属を含む金属層と、めっき層とを順に有するものである。
【００１１】
本開示の一実施形態としての半導体発光装置は、基体と、その基体に接合層を介して接合され、めっき層、水素吸蔵金属を含む金属層、電極層、および半導体層が基体の側から順に積層された半導体発光素子とを備えたものである。
【００１２】
本開示の一実施形態としての半導体発光素子および半導体発光装置では、めっき層と電極層との間に水素吸蔵金属を含む金属層を設けるようにしたので、めっき層の形成時に発生する水素が金属層に含まれる水素吸蔵金属に吸蔵される。そのため、電極層への水素の進入が抑制される。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の一実施形態としての半導体発光素子および半導体発光装置によれば、水素吸蔵金属を含む金属層により、めっき層に含まれる水素の電極層への進入を効果的に防止できる。このため、電極の結晶構造の劣化やコンタクト抵抗の増大を回避することができ、信頼性が向上する。そのうえ、半導体発光素子の駆動電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示における第１の実施の形態に係る半導体発光素子の概略構成を表す断面図である。
【図２Ａ】図１に示した半導体発光素子を製造するための一工程を表す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに続く一工程を表す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂに続く一工程を表す断面図である。
【図３Ａ】本開示における第２の実施の形態に係る半導体発光装置の概略構成を表す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した第２の実施の形態に係る半導体発光装置の変形例を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
突条部が設けられた半導体層を有する半導体発光素子。
２．第２の実施の形態
第１の実施の形態における半導体発光素子が基体に接合された半導体発光装置。
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
［半導体発光素子１０の構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る半導体発光素子（半導体レーザ素子）１０の断面構成を表したものである。
【００１７】
半導体発光素子１０は、ＧａＮからなる基板１１（窒化物半導体基板）上に例えばＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層（以下、単に半導体層）２０を成長させたものである。  ここでいうＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体とは、Ｇａ（ガリウム）と（Ｎ）窒素とを含んだ窒化ガリウム系化合物を意味する。例えばＧａＮ，ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム・ガリウム），あるいはＡｌＧａＩｎＮ（窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム）などが挙げられる。これらは、必要に応じてＳｉ（珪素），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｏ（酸素），Ｓｅ（セレン）などのＩＶ族およびＶＩ族元素からなるｎ型不純物、または、Ｍｇ（マグネシウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｃ（炭素）などのＩＩ族およびＩＶ族元素からなるｐ型不純物を含有している。
【００１８】
半導体層２０は、基板１１の上に、ｎ型クラッド層１２，ｎ型ガイド層１３，活性層１４，ｐ型ガイド層１５、ｐ型クラッド層１６およびｐ型コンタクト層１７を順に積層してなるレーザ構造（発光素子構造）を有する。なお、以下、半導体層２０の積層方向（Ｚ軸方向）を縦方向、レーザ光の射出方向を軸方向（Ｙ軸方向）、軸方向と縦方向とに垂直な方向を横方向（Ｘ軸方向）と称する。
【００１９】
ｎ型クラッド層１２は例えばｎ型ＡｌＧａＮにより構成され、ｎ型ガイド層１３は例えばｎ型ＧａＮにより構成される。活性層１４は例えばアンドープのＧａＩｎＮ多重量子井戸構造を有する。ｐ型ガイド層１５は例えばｐ型ＧａＮ、ｐ型クラッド層１６は例えばＡｌＧａＮ、ｐ型コンタクト層１７は例えばｐ型ＧａＮによりそれぞれ構成される。
【００２０】
また、ｐ型クラッド層１６の一部およびｐ型コンタクト層１７は、軸方向に延在する帯状のリッジ部（突条部）１８を構成している。活性層１４のうち、リッジ部１８に対応する領域が電流注入領域（発光領域）となる。なお、リッジ部１８は、活性層１４の電流注入領域の大きさを制限すると共に、横方向の光モードを基本（０次）モードに安定に制御し、軸方向に導波させる機能を有する。
【００２１】
リッジ部１８の両側面は絶縁層２３により覆われている。リッジ部１８のｐ型コンタクト層１７上には、これとオーミック接続されたｐ側コンタクト電極層２１が形成されている。さらに、ｐ側コンタクト電極層２１および絶縁層２３を覆うようにｐ側パッド電極層２２が設けられている。また、リッジ部１８の延在方向（軸方向）に対して垂直な面（ＸＺ平面）に平行な端面（共振器端面）には、一対の反射鏡膜（図示せず）が形成されている。これら一対の反射鏡膜の反射率は互いに異なっている。これにより、活性層１４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。
【００２２】
絶縁層２３は、例えばＳｉＯ2（二酸化珪素）またはＳｉＮ（窒化珪素）などの絶縁材料により構成される。
【００２３】
ｐ側コンタクト電極層２１は、半導体層２０のｐ側コンタクト層１７と接すると共に、仕事関数の比較的大きな金属元素を含むとよい。また、ｐ側コンタクト電極層２１は、単層構造であってもよいが、多層構造を有するとよい。具体的には、ｐ側コンタクト電極層２１は例えばｐ側コンタクト層１７の上にＰｄ（パラジウム）層とＰｔ（白金）層とがこの順に積層されたものがよい。
【００２４】
ｐ側パッド電極層２２は、水素吸蔵金属を含有する金属層であり、少なくともｐ側コンタクト電極層２１の全てを覆うように設けられている。すなわち、ｐ側パッド電極層２２は、ｐ側コンタクト電極層２１の上面と全面的に接している。なお、ｐ側コンタクト電極層２１とｐ側パッド電極層２２とは電気的に接続されてさえいれば、直接接していなくてもよい。すなわち、ｐ側コンタクト電極層２１とｐ側パッド電極層２２との間に他の導電性材料層を設けてもよい。ｐ側パッド電極層２２に含有される水素吸蔵金属としては、例えばＰｄ（パラジウム）やＮｉ（ニッケル）などが挙げられる。特に、Ｐｄは、Ｎｉと比較して膜応力が小さく、ｐ側パッド電極層２２の剥離が生じにくいので好ましい。また、ｐ側パッド電極層２２は、単層構造であってもよいし多層構造であってもよい。多層構造を有する場合、例えば、Ｐｄ層とＮｉ層との積層構造、あるいはＰｄ層およびＮｉ層に加えてＴｉ（チタン）層，Ｐｔ層およびＡｕ（金）層を含む積層構造などがよい。各層の膜厚については、例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下とするとよい。各層の膜厚が１０ｎｍ以上であれば十分な水素吸蔵効果が得られるからである。また、各層の膜厚が１μｍ以下であれば、内部応力に起因する層間での剥離の発生を抑止できるからである。
【００２５】
ｐ側パッド電極層２２の上には、例えばＡｕからなるめっき層２４が設けられている。このめっき層２４は、半導体発光素子１０が駆動した際の半導体層２０の発した熱を外部へ放出する放熱層として機能する。めっき層２４の形成領域は、ｐ側パッド電極層２２の形成領域と一致していてもよいし、ｐ側パッド電極層２２の一部のみを覆うようにしてもよい。あるいは、ｐ側パッド電極層２２の全てと、その周辺領域とを覆うようにしてもよい。なお、めっき層２４とｐ側パッド電極層２２とは、相互に電気的に接続されてさえいれば直接接していなくてもよい。すなわち、めっき層２４とｐ側パッド電極層２２と他の導電性材料層を設けてもよい。また、めっき層２４の膜厚は、例えば１００ｎｍ以上１０μｍ以下とするとよい。その膜厚が１００ｎｍ以上であれば十分な放熱効果が得られる。また、１０μｍ以下の膜厚とすることで、めっき層２４の内部応力に起因する、ｐ側パッド電極層２２からの剥離を抑止できる。
【００２６】
基板１１の裏面には、ｎ側電極層２５が設けられている。ｎ側電極層２５は、例えば、Ｔｉ層と、Ｐｔ層と、Ａｕ層とを基板１１の側から順に積層した構造を有する。
【００２７】
［半導体発光素子１０の製造方法］
このような構成を有する半導体発光素子１０は、例えば次のようにして製造することができる。
【００２８】
図２Ａ〜図２Ｃは、その製造方法を工程順に表した断面図である。半導体発光素子１０は、基板１１の上に、例えばＭＯＣＶＤ法により半導体層２０を形成する。この際、ＧａＮ系化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア (ＮＨ3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を用いる。
【００２９】
具体的には、まず、図２Ａに示したように、基板１１上に、ｎ型クラッド層１２、ｎ型ガイド層１３、活性層１４、ｐ型ガイド層１５、ｐ型クラッド層１６およびｐ型コンタクト層１７をこの順に積層する。
【００３０】
次に、例えばｐ型コンタクト層１７の上にマスク層（図示せず）を選択的に形成する。そののち、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、そのマスク層により覆われていない露出領域のｐ型コンタクト層１７の全ておよびｐ型クラッド層１６の一部を除去する。そののち、マスク層を除去する。これにより、図２Ｂに示したように、半導体層２０上部に、軸方向に延在する帯状のリッジ部１８が形成される。
【００３１】
次いで、図２Ｃに示したように、半導体層２０の表面に絶縁膜を成膜したのち、その絶縁膜に対しリソグラフィー処理およびエッチング加工を行うことにより、リッジ部１８のｐ型コンタクト層１７上に開口を有する絶縁層２３を形成する。そののち、絶縁層２３の開口を埋めるように、ｐ側コンタクト電極層２１を形成する。さらに、リソグラフィー処理、エッチング加工およびリフトオフ加工を行うことにより、ｐ側コンタクト電極層２１を覆うようにｐ側パッド電極層２２を形成する。さらに、例えば、基板１１の裏面側をラッピングして基板１１の厚さを調整したのち、リソグラフィー処理、エッチング加工およびリフトオフ加工を行うことにより、ｎ側電極層２５を形成する。さらに、電解めっき法などのめっき法を用いて、ｐ側パッド電極層２２を覆うようにめっき層２４を形成する。最後に、軸方向の一対の端面に反射鏡膜（図示せず）を形成するなどして半導体発光素子１０が完成する。
【００３２】
［半導体発光素子１０の作用および効果］
この半導体発光素子１０では、リッジ部１８のｐ側コンタクト電極層２１とｎ側電極層２５との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１８により電流狭窄された電流が電流注入領域（発光領域）に注入される。これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の反射鏡膜により反射され、一往復したときの位相の変化が２πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、ビームとして外部に出射される。
【００３３】
上述したように、半導体発光素子１０は、半導体層２０と、ｐ側コンタクト電極層２１と、水素吸蔵金属を含むｐ側パッド電極層２２と、めっき層２４とを順に有する。めっき層２４は、例えばＡｕなどの高い熱伝導率を有する材料からなるので、半導体発光素子１０の発光動作に伴う熱を、速やかに外部へ放出することができる。よって、半導体発光素子１０の発光性能の熱による低下を回避できる。また、ｐ側コンタクト電極層２１とめっき層２４との間に、水素吸蔵金属を含むｐ側パッド電極層２２を設けるようにした。このため、めっき処理に伴うめっき層２４に含まれる水素が、ｐ側パッド電極層２２中の水素吸蔵金属に吸蔵され、ｐ側コンタクト電極層２１への水素の進入が抑制される。その結果、ｐ側コンタクト電極層２１の結晶構造の劣化やコンタクト抵抗の増大を回避することができ、信頼性が向上する。併せて、より仕事関数の大きな金属元素を用いてｐ側コンタクト電極層２１を構成することができるので、発光効率が向上し、半導体発光素子１０の駆動電圧を低減することができる。また、めっき層２４に含まれる水素を外部へ放出するための加熱処理が不要となるので、製造プロセスを簡略化でき、半導体発光素子１０に対する熱ダメージも回避できる。
【００３４】
＜第２の実施の形態＞
［半導体発光装置の構成］
図３Ａは、本開示の一実施の形態に係る半導体発光装置の概略構成を表す断面図である。
【００３５】
この半導体発光装置は、上記第１の実施の形態で説明した半導体発光素子１０を備えている。具体的には、図３Ａに示したように、基体としての支持体（サブマウント）３０に、半導体発光素子１０が接合層４０を介して接合されたものである。但し、半導体発光素子１０は突条部１８が支持体３０と対向したジャンクションダウンの状態で支持体３０に接合されている。したがって、支持体３０の側からめっき層２４、ｐ側パッド電極層２２、ｐ側コンタクト電極層２１、半導体層２０、基板１１およびｎ側電極層２５が順に積層されている。半導体層２０は、ｐ側コンタクト電極層２１の上に、ｐ側コンタクト層１７、ｐ型クラッド層１６、ｐ型ガイド層１５、活性層１４、ｎ型ガイド層１３およびｎ型クラッド層１２が順に積層されたものである。接合層４０は、例えばＡｕＳｎからなる半田層である。
【００３６】
支持体３０と半導体発光素子１０との接合層４０を介した接合は、以下のように行う。すなわち、半導体発光素子１０のめっき層２４と、支持体３０上に設けた接合層４０とを対向させた状態で、例えばめっき層２４を構成するＡｕと接合層４０を構成するＡｕＳｎに含まれるＳｎとを共晶させる。
【００３７】
この際、共晶条件によっては接合層４０のＡｕＳｎにおけるＳｎがめっき層２４の全域に拡散し、あるいはｐ側パッド電極層２２およびｐ側コンタクト電極層２１に至るまで拡散し、半導体発光素子１０の発光性能を悪化させる可能性がある。
【００３８】
そこで図３Ｂに示したように、例えば接合層４０とめっき層２４との間に、バリア層５０を形成して、めっき層２４へのＳｎの拡散を抑制するとよい。バリア層５０の構成材料としては、Ｔｉ（チタン）やＰｔ（白金）などが効果的にＳｎの移動を遮断するので好ましい。また、バリア層５０の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下であるとよい。なお、バリア層５０は、図３Ｂに示した位置に限定されず、例えばめっき層２４とｐ側パッド電極層２２との間に形成してもよいし、ｐ側パッド電極層２２とｐ側コンタクト電極層２１との間に形成してもよい。
【００３９】
［半導体発光装置の作用および効果］
この半導体発光装置では、半導体層２０と支持体３０との間に金などの比較的硬度の低く、かつ、熱伝導率に優れる金属からなるめっき層２４を設けるようにした。このため、めっき層２４が緩衝材として機能し、後工程などにおいて半導体層２０に及ぶ機械的な衝撃を緩和することができる。よって、半導体発光素子１０の信頼性を確保できる。また、めっき層２４は放熱層としても機能し、半導体発光素子１０の発光動作に伴う熱を速やかに外部へ放出することができる。よって、半導体発光素子１０の発光性能の、熱による低下を回避できる。さらに、ｐ側コンタクト電極層２１とめっき層２４との間に、水素吸蔵金属を含むｐ側パッド電極層２２を設けるようにしたことから、上記第１の実施の形態で説明したものと同様の作用効果が得られる。
【００４０】
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚みなどは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよい。
【００４１】
また、上記実施の形態では、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を有する半導体発光素子を例示して説明したが、他の半導体を有する半導体レーザであってもよい。
【００４２】
また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
半導体層と、
電極層と、
水素吸蔵金属を含む金属層と、
めっき層と
を順に有する半導体発光素子。
（２）
前記半導体層は窒化物半導体層であり、
前記電極層はｐ側電極層であり、
前記金属層は前記水素吸蔵金属としてＰｄ（パラジウム）およびＮｉ（ニッケル）の少なくとも一方を含み、
前記めっき層は金を含む
上記（１）記載の半導体発光素子。
（３）
前記電極層は、前記半導体層と接すると共にＰｄ（パラジウム）を含有する層を含む多層構造を有する
上記（１）または（２）に記載の半導体発光素子。
（４）
前記金属層は、Ｐｄ（パラジウム）層およびＮｉ（ニッケル）層を含む多層構造を有する
上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
（５）
基体と、
前記基体に接合層を介して接合され、めっき層、水素吸蔵金属を含む金属層、電極層、および半導体層が前記基体の側から順に積層された半導体発光素子と
を備えた半導体発光装置。
（６）
前記半導体層は窒化物半導体層であり、
前記電極層はｐ側電極層であり、
前記金属層は前記水素吸蔵金属としてＰｄ（パラジウム）およびＮｉ（ニッケル）の少なくとも一方を含み、
前記めっき層は金を含む
上記（５）記載の半導体発光装置。
（７）
前記接合層はＳｎ（錫）を含む半田層であり、
前記接合層と前記電極層との間にＳｎの拡散を防止するバリア層をさらに有する
上記（５）または（６）に記載の半導体発光装置。
【符号の説明】
【００４３】
１０…半導体発光素子、１１…基板、１２…ｎ型クラッド層、１３…ｎ型ガイド層、１４…活性層、１５…ｐ型ガイド層、１６…ｐ型クラッド層、１７…ｐ型コンタクト層、２０…半導体層、２１…ｐ側コンタクト電極層、２２…ｐ側パッド電極層、２３…絶縁層、２４…めっき層、２５…ｎ側電極層、３０…支持体、４０…接合層。
【図１】
2015023175.tif 000003
【図２Ａ】
2015023175.tif 000004
【図２Ｂ】
2015023175.tif 000005
【図２Ｃ】
2015023175.tif 000006
【図３Ａ】
2015023175.tif 000007
【図３Ｂ】
2015023175.tif 000008