(57)【要約】【課題】発光素子の製造における工程数を増加することなく、また、動作電圧を過度に増大させることなく、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流がメサ端付近の領域に集中するのを抑制する技術を提供する。【解決手段】ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有し、ｐ型層を含むメサ構造を有するIII族窒化物半導体発光素子であって、前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上であるIII族窒化物半導体発光素子。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有し、ｐ型層を含むメサ構造を有するIII族窒化物半導体発光素子であって、
前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上である、または、
前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上である、III族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上である、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III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上である、請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
発光ピーク波長が２００〜３５０ｎｍである請求項１〜３の何れかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有するIII族窒化物半導体発光素子の構成を含むウエハであって、
前記III族窒化物半導体発光素子の構成が請求項１〜４の何れかに記載の構成であるウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線の発光ピーク波長を有するIII族窒化物半導体発光素子に関する。特に、発光素子のメサ構造端部における電流集中に起因する素子の劣化を防止する技術に関する。また、本発明は該発光素子構成を含むウエハに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７Ａ、図７ＢにIII族窒化物半導体発光素子２０の典型的模式構造を示す。図７Ａは、素子の上面図であり、図７Ｂは図７ＡのＡ−Ａ線断面図を示す。III族窒化物半導体発光素子２０は、基板１１の一表面側にｎ型層１２、活性層１３およびｐ型層１４を含む積層体（以下、「積層半導体層」と記載することがある）が形成され、その積層半導体層の一部にメサ構造１５を形成したものが知られている。メサ構造１５は、基板１１の一表面側にｎ型層１２、活性層１３およびｐ型層１４を含む積層半導体層を形成した後に、エッチング等により積層構造の一部を除去し、ｎ型層１２の一部を露出させて形成される。活性層１３およびｐ型層１４を含む台地状の部分（メサとも呼ばれる）を残存させることによりメサ構造１５が形成される（特許文献１参照）。露出したｎ型層１２表面にはｎ電極１６が形成され、ｐ型層１４表面にはｐ電極１７が形成される。【０００３】
メサ構造１５を有するIII族窒化物半導体発光素子２０において、ｐ型層上のｐ電極１７およびｎ型層上のｎ電極１６に動作電圧を印加すると、電流はｐ電極とｎ電極との間で抵抗の低い経路（通常は最短経路）を流れようとするため、電流はｎ電極およびｐ電極に近接するメサ構造１５の端部（以下、「メサ端」と記載することがある）付近の領域に集中して流れる。この結果、電流が活性層１３に均一に流れずに発光ムラが生じる。また、電流がメサ端に集中するため、メサ端近傍で局所的に発熱する。この結果、発光素子の劣化が進行しやすくなり、発光効率の低下、動作電圧の増加、信頼性の低下などを招く。【０００４】
特許文献２には、ｐ型層もしくはｐ電極よりも高抵抗の高抵抗層が、ｐ型層の表面においてｎ電極に近い側でｐ型層側の形状に沿った形状に形成された紫外半導体発光素子が開示されている。特許文献２のように、メサ端に近いｐ型層上に高抵抗層を形成すると、メサ端付近の領域に電流が集中するのを抑制できる。しかし、高抵抗層の存在により、ｐ電極と半導体層との間の抵抗が大きくなって、動作電圧が増大するという問題が生じる。【０００５】
特許文献３には、ｐ電極とｎ電極との間にトレンチが形成された半導体発光素子が開示されている。トレンチを形成することにより、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流経路の長さのバラツキを減少させ、特定の部分に電流が集中するのを抑制する。しかし、電流経路の長さのバラツキを十分に小さくするには、トレンチの深さを大きくする必要がある。トレンチの深さを大きくすると、電流経路が全体的に長くなり、抵抗が大きくなって、動作電圧が増大するという問題を生じる。【０００６】
さらに、近年のデバイス設計の多様化により、様々な形状、構成の発光素子が提案され、メサ構造、電極形状のデザインも多様化している。上記のような高抵抗層の形成、トレンチの形成などの技術は、発光素子の製造における工程数の増加を招くため、多様化したメサ構造、電極形状に迅速に対応することが困難になっている。【０００７】
そして、特に、発光ピーク波長が２００〜３５０ｎｍである深紫外の発光素子は、発光素子自体の製造が難しく、歩留まりが低下しやすい。さらに、通電した際に電流がメサ端付近の領域に集中するため、その部分は発熱等により劣化が進行し品質不良を生じやすい。そのため、電流がメサ端付近の領域に集中することによる劣化を抑制できる発光素子の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−９６５３９号公報
【特許文献２】特開２０１４−９６４６０号公報
【特許文献３】特開２００７−１３４７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、発光素子の製造における工程数を増加することなく、また、動作電圧を過度に増大させることなく、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流がメサ端付近の領域に集中することによる発光素子の劣化を抑制する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、ｐ電極の構造を調整することにより、上記課題が解決できるのではないかと考え、鋭意検討した。そして、メサ構造の一部、特に、メサ構造の突出した部分において、メサ構造の端部から一定の距離以上離してｐ電極を形成することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１１】
すなわち、第１の発明は、ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有し、ｐ型層を含むメサ構造を有するIII族窒化物半導体発光素子であって、前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上である、または、前記III族窒化物半導体発光素子の上面視において、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上であるIII族窒化物半導体発光素子である。現在の発光素子の製造技術であれば、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上の距離を有していれば、十分に本発明の目的を達成することができる。【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上であるIII族窒化物半導体発光素子である。メサ端の突部におけるｐ電極部に電流が集中し易いため、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離を上記範囲とすることが好ましい。【００１３】
第３の発明は、第１の発明において、メサ端の突部と前記ｐ電極の外周との距離が１２μｍ以上であるIII族窒化物半導体発光素子である。【００１４】
第４の発明は、第１〜３の発明において、発光ピーク波長が２００〜３５０ｎｍのIII族窒化物半導体発光素子である。発光ピーク波長が２００〜３５０ｎｍのIII族窒化物半導体発光素子は、その製造自体が難しく、歩留まりの向上が強く望まれており、本発明が適している。【００１５】
さらに、第５の発明は、ｎ型層とｐ型層との間に活性層を含み、前記ｎ型層上にｎ電極、前記ｐ型層上にｐ電極を有するIII族窒化物半導体発光素子の構成を含むウエハであって、前記III族窒化物半導体発光素子の構成が前記第１〜４の発明の構成であるウエハである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、III族窒化物半導体発光素子を上面視から見た場合に、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が所定値以上として、メサ構造の端部近傍にｐ電極制限領域を設ける。ｐ電極制限領域では、この領域以外のメサ部と比べて、ｐ電極の形成割合が低く制限されている。ｐ電極制限領域を設けることで、素子の動作電圧を過度に増大させることなく、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流がメサ端付近の領域に集中するのを抑制する。その結果、メサ構造における局所的な劣化が生じにくく、また、電流が活性層に均一に流れやすくなることで発光ムラの生じにくい、III族窒化物半導体発光素子が得られる。【００１７】
その結果、通電した際にメサ端近傍の電流集中による品質不良の発生を低減することができ、発光素子の歩留まりを向上することができる。
特に、２００〜３５０ｎｍに発光ピーク波長を有する紫外発光素子は、３５０ｎｍを超える発光ピーク波長の発光素子、例えば、可視光領域の発光素子よりも、各層の組成の影響により製造が難しく、歩留まりが低下する傾向にある。本発明は、メサ構造における局所的な劣化を原因とする歩留まりの低下を抑制できるため、２００〜３５０ｎｍに発光ピーク波長を有する紫外発光素子に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。
【図１Ｂ】上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。
【図１Ｃ】上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。
【図１Ｄ】上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。
【図１Ｅ】上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。
【図１Ｆ】上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。
【図１Ｇ】上面視から見たIII族窒化物半導体発光素子の例を示す。
【図２】定義円を用いた「メサ端の突部」の判定方法手法を示す。
【図３】様々なメサ端の形状を示す。
【図４Ａ】ｐ電極制限領域を決定する手法を示す。
【図４Ｂ】ｐ電極制限領域を決定する手法を示す。
【図５】実施例における素子のメサ端とｐ電極との位置関係を示す。
【図６Ａ】メサ端とｐ電極との位置関係の例を示す。
【図６Ｂ】メサ端とｐ電極との位置関係の例を示す。
【図７Ａ】上面視から見た典型的III族窒化物半導体発光素子の例を示す。
【図７Ｂ】典型的III族窒化物半導体発光素子の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光素子は、本発明の技術思想を具体化した一例であって、本発明を限定しない。たとえば、以下に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
【００２０】
本発明のIII族窒化物半導体発光素子が放出する光の発光領域は、特に制限されるものではない。本発明によれば、発光領域に関係なく、メサ構造における局所的な電流集中による劣化を原因とする出力低下を抑制し、歩留まりを向上することができる。好ましくは、本発明は、可視光領域、又は紫外領域に発光ピーク波長を有するIII族窒化物半導体発光素子に適用される。より好ましくは、本発明は、発光ピーク波長２００〜３５０ｎｍの紫外線を放出するIII族窒化物半導体発光素子に適用される。以下、発光ピーク波長が２００〜３５０ｎｍのIII族窒化物半導体発光素子を中心に説明する。
【００２１】
典型的なIII族窒化物半導体発光素子２０は、図７Ａおよび図７Ｂに示したように、基板１１と、ｎ型層１２、活性層１３およびｐ型層１４を含むメサ構造１５（積層半導体層）と、ｎ電極１６およびｐ電極１７とを含む。以下に、これらについて非限定的な典型例を説明する。
【００２２】
なお、屈折率、透過率および反射率は、波長２６５ｎｍの光を基準とした。これは、ＤＮＡが波長２６５ｎｍ付近で極大吸収を持つことから波長２６５ｎｍの光は殺菌に最も適しており、産業上の利用価値が高いと考えられるからである。以下、単に、屈折率、透過率、および反射率とした場合には、波長２６５ｎｍの光に対する値である。
【００２３】
＜基板＞
基板１１は、III族窒化物半導体結晶を表面にエピタキシャル成長でき、紫外線を透過する基板であれば特に限定されるものではない。基板１１に用いられる材料としては、例えば、サファイア、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ（シリコン）などが挙げられる。中でもｃ面を主面とするＡｌＮ単結晶基板が好ましい。
【００２４】
基板１１の波長２６５ｎｍの光に対する透過率は、高ければ高いほど良く、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは６０％以上である。基板１１の透過率の上限は、好ましくは１００％であるが、工業的な生産を考慮すると上限は８０％である。透光性基板の透過率は、材質、基板の厚み、結晶性、不純物含有量によって調整できる。
【００２５】
基板１１の厚みは、特に制限されるものではないが、好ましくは３０〜１５０μｍであり、より好ましくは５０〜１００μｍである。基板１１の厚みを上記範囲とすることにより、透過率が向上し、かつ生産性が向上する。基板１１の厚みは、III族窒化物半導体発光素子の製造後に上記範囲を満たせばよく、基板上に後述する積層半導体層または電極を積層後に該基板の下面を研削または研磨することにより、基板の厚みが上記範囲となるようにしてもよい。
【００２６】
＜積層半導体層＞
積層半導体層（図７におけるメサ構造１５を含む素子の主要部）は、図７Ｂに示すように基板１１上に形成され、ｎ型層１２、活性層１３ならびにｐ型層１４（ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層からなる層）がこの順で積層されてなる。各層について以下に非限定的例を説明する。
【００２７】
＜ｎ型層＞
ｎ型層１２は、ＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成されるIII族窒化物半導体であり、好ましくは不純物を含む。
【００２８】
不純物としては、特に限定されるものではないが、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎなどが挙げられる。中でもＳｉ、Ｇｅが好ましい。不純物の濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上５．０×１０２０ｃｍ−３以下、好ましくは１．０×１０１８ｃｍ−３以上５．０×１０１９ｃｍ−３以下である。不純物の濃度を上記範囲とすることで、ｎ型層の結晶性およびコンタクト特性が向上する。このようなｎ型層は、ＭＯＣＶＤ法により製造できる。
【００２９】
ｎ型層の屈折率は、特に制限されるものではないが、１．５〜３．０である。屈折率は、ｎ型層の組成等により調整すればよい。
【００３０】
ｎ型層の厚みは、１００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であり、好ましくは５００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。ｎ型層の厚みを上記範囲とすることで、ｎ型層の結晶性および導電性が向上する。
【００３１】
なお、図７には図示していないが、III族窒化物半導体発光素子２０は、基板１１とｎ型層１２との間に、ＡｌＮ、または上記ｎ型層と同じ、または類似した組成のIII族窒化物半導体を含むバッファ層を有していてもよい。
【００３２】
＜活性層＞
活性層１３は、ＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成される井戸層と、前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きいＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成される障壁層との積層構造からなる。活性層は、多重量子井戸構造であっても単一量子井戸構造であってもよい。
【００３３】
井戸層の厚みは１ｎｍ以上、好ましくは２ｎｍ以上であり、上限は１００ｎｍである。障壁層の厚みは１ｎｍ以上、好ましくは２ｎｍ以上であり、上限は１μｍである。このような活性層は、ＭＯＣＶＤ法により製造できる。
【００３４】
＜ｐ型層＞
ｐ型層１４は、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層で構成される。ｐ型クラッド層は、ＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成されるIII族窒化物半導体であり、好ましくは不純物を含む。
【００３５】
ｐ型クラッド層の不純物は、好ましくはＭｇである。ｐ型クラッド層における不純物の濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上５．０×１０２０ｃｍ−３以下、好ましくは１．０×１０１８ｃｍ−３以上５．０×１０２０ｃｍ−３以下である。ｐ型クラッド層の厚みは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００３６】
ｐ型コンタクト層は、ＡｌｘIｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ＜１．０、０≦ｙ≦０．１、０＜ｚ≦１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で構成されるIII族窒化物半導体である。好ましくは、ｐ型コンタクト層はＧａＮで構成される。ｐ型コンタクト層をＧａＮで構成すると、すなわち、ｐ−ＧａＮ層とすると、ｐ型コンタクト層のコンタクト特性を向上させることができる。また、ｐ型コンタクト層は、好ましくは不純物を含む。
【００３７】
ｐ型コンタクト層の不純物は、ｐ型クラッド層と同様に、好ましくはＭｇである。ｐ型コンタクト層における不純物の濃度は１．０×１０１７ｃｍ−３以上５．０×１０２０ｃｍ−３以下、好ましくは１．０×１０１８ｃｍ−３以上２．０×１０２０ｃｍ−３以下である。ｐ型コンタクト層の厚みは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ｐ型コンタクト層の厚みを上記範囲とすることで、ｐ型層の紫外線透過性およびコンタクト特性が向上する。
【００３８】
ｐ型層１４の透過率、すなわち波長２６５ｎｍの光に対する透過率は、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは６０％以上である。透過率の上限は、特に制限されるものではないが、生産の安定性を考慮すると８５％である。ｐ型層の波長２６５ｎｍの光に対する透過率を上記範囲とすることで、光取出し効率が向上する。
【００３９】
ｐ型層１４の透過率は、ｐ型コンタクト層の組成や層厚みに大きく依存する。ｐ型コンタクト層をＧａＮ（ｐ−ＧａＮ層）で構成する場合、ＧａＮは波長３６５ｎｍに吸収端を持つため、層厚みが大きすぎると波長２６５ｎｍの光はほとんど透過しない。ｐ型コンタクト層の厚みと透過率との関係は、Ｔを透過率、αを吸収係数（ｃｍ−１）、ｔを層厚み（ｃｍ）としたとき、Ｔ＝ｅｘｐ（−αｔ）で表すことができる。ＧａＮの波長２６５ｎｍにおける吸収係数αは１．８×１０５（ｃｍ−１）である。すなわち、ｐ−ＧａＮ層の厚みが小さいほど高い透過率が得られる。しかし、ｐ−ＧａＮ層の厚みが小さすぎると十分に電流が拡がらず、発光素子の電気特性が劣ることがある。
【００４０】
したがって、ｐ型コンタクト層をＧａＮ（ｐ−ＧａＮ層）で構成する場合、ｐ−ＧａＮ層の厚みは、好ましくは１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。ｐ−ＧａＮ層の厚みを上記範囲とすることで、ｐ型コンタクト層において電流が十分に拡がって発光素子の電気特性が向上し、また、ｐ型層の紫外線透過性が向上する。このようなｐ型層は、ＭＯＣＶＤ法により製造できる。
【００４１】
＜ｎ電極＞
ｎ電極１６は、ｎ型層１２の露出面に形成される。ｎ型層の露出面はエッチング等の手段により形成される。ｎ型層の露出面形成により、積層半導体層は台地状に残り、メサ構造１５が形成される。ｎ型層上のｎ電極はメサ構造の低地部に、メサ構造の下端に沿って形成されるが、メサ構造の底部からやや距離をあけ、メサ構造１５とｎ電極１６との間にｎ型層１２が露出した構造であってもよい。
【００４２】
III族窒化物半導体発光素子２０の上面視において、ｎ電極１６は、メサ端に沿ってｐ電極１７の全部を取り囲むように形成されてもよく、ｎ電極がｐ電極の一部を取り囲むように形成されてもよい。または、ｐ電極がｎ電極を取り囲むように形成されてもよい。
【００４３】
エッチングの手法としては、例えば反応性イオンエッチング、誘導結合プラズマエッチング等のドライエッチングが挙げられる。ｎ型層１２の露出面形成後、エッチングのダメージを除去するため、好ましくは、露出面を酸またはアルカリの溶液で表面処理する。その後、ｎ型層の露出面にオーミック性を有するｎ電極１６を形成する。
【００４４】
ｎ電極のパターンニングは、リフトオフ法を用いて実施することができる。リフトオフ法では、電極を形成する面にフォトレジストを塗布して、フォトマスクを備えたＵＶ露光機で紫外線を照射し、現像液に浸漬させて感光したフォトレジストを溶解させて所望のパターンを形成した後、パターニングされたフォトレジスト上に電極金属を堆積させ、剥離液でフォトレジストを溶解して電極金属のパターンを形成する。また、その他のパターンニング手法として、電極形成面に電極金属膜を形成し、フォトレジストを塗布後、露光、現像工程を経てフォトレジストをパターニングし、フォトレジストをマスクとしてドライエッチング、またはウェットエッチングで電極金属をパターニングし、剥離液でフォトレジストを溶解する方法もある。リフトオフ法は、比較的工程が簡略であるため好ましい。
【００４５】
ｎ電極金属を堆積する手法としては、例えば、真空蒸着、スパッタリング、化学気相成長法等が挙げられる。特に、電極金属中の不純物を排除できるため真空蒸着が好ましい。ｎ電極に用いられる材料は、公知の材料から選択することができる。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｎｉ、ＰｔおよびＡｕなどが挙げられる。中でも、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｒ、ＮｉおよびＡｕが好ましい。特に、Ｔｉ、ＡｌおよびＡｕの組み合わせは、オーミック性および反射率を向上できるため好ましい。ｎ電極は、これらの金属の合金または酸化物を含む単層、または多層構造であってもよい。
【００４６】
ｎ電極の層厚みは、特に制限されるものではないが、生産の安定性を考えると好ましくは２ｎｍ以上であり、上限は２μｍである。
【００４７】
図１に種々示すように、ｎ電極のパターンは特に限定はされず、メサ端に沿ってメサ構造１５の全部を取り囲むように形成されてもよく（図１Ａ〜図１Ｆ）、ｎ電極がメサ構造１５の一部を取り囲むように形成されてもよい（図１Ｇ）。この場合、ｎ電極がｐ電極を取り囲むように形成されてもよく（図１Ａ〜ＥおよびＧ）、その逆にｐ電極がｎ電極を取り囲むように形成されてもよい（図１Ｆ）。
【００４８】
図１Ｆに示すように、ｎ電極が線状部分を有する場合、ｎ電極の幅は特に限定はされないが、通常は5〜100μｍ程度であり、好ましくは10〜50μｍである。この場合、ｎ電極の幅は、一様でなくてもよい。たとえば、幅の狭い部分と幅の広い部分とが混在してもよい。この場合、ｎ電極の平均幅が上記の範囲にあればよい。
【００４９】
ｎ型層とのコンタクト性を向上させるため、好ましくは、ｎ電極金属を堆積後、３００℃〜１１００℃の温度で３０秒〜３分間熱処理を施す。熱処理の温度、時間については、ｎ電極の金属種、層厚みに応じて適宜最適な条件を選択できる。
【００５０】
＜ｐ電極＞
ｐ電極１７は、メサ構造１５のｐ型層１４上に形成される。ｐ電極１７の形成パターン、すなわちｐ電極１７の形状、大きさはメサ構造１５とほぼ相似である。本発明では、ｐ電極１７の形成位置を、メサ構造１５の形状と関連する所定の指針に基づいて設定する。これにより、メサ端近傍に集中しやすい電流を拡散し、メサ端への電流集中を抑制する。ｐ電極の形成パターンの設定指針については後述し、まず一般的なｐ電極の性質およびその形成方法について、非限定的な典型例を説明する。
【００５１】
ｐ電極１７は、紫外線透過性を有してもよい。ｐ電極の２６５ｎｍの光に対する透過率は、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上である。透過率の上限は、特に制限されるものではなく、好ましくは１００％であるが、工業的には９０％以上である。なお、波長２６５ｎｍの光に対する波長の透過率が６０％以上であれば、波長２００〜３５０ｎｍの範囲で、十分な透過性を有する。
【００５２】
ｐ電極のパターニングは、ｎ電極のパターニング同様、リフトオフ法を用いて実施することが好ましい。ｐ電極に用いられる金属材料は、公知の材料から選択することができる。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＰｄおよびＰｔなどが挙げられる。中でも、Ｎｉ、Ａｕの組み合せが好ましい。ｐ電極は、これらの金属の合金または酸化物を含む単層、または多層構造であってもよい。
【００５３】
ｐ電極の形状は特に限定はされないが、前述したようにメサ構造１５よりもやや小さな相似形に形成される。したがって、ｐ電極の形状は、図１Ａに示したメサ構造１５とほぼ相似形となる矩形状、図１Ｂ、Ｃに示したように十字状、図１Ｄ〜図１Ｇに示したように櫛状であってもよい。ｐ電極の幅は特に限定はされないが、図１Ｂ〜図１Ｇに示したメサ構造１５に類似した形状では、通常は５〜１００μｍ程度であり、好ましくは１０〜５０μｍである。ｐ電極の幅は、一様でなくてもよい。たとえば、幅の狭い部分と幅の広い部分とが混在してもよい。この場合、ｐ電極の平均幅が上記の範囲にあればよい。
【００５４】
ｐ電極金属を堆積する方法としては、ｎ電極の形成方法と同様に、例えば真空蒸着、スパッタリング、化学気相成長法等が挙げられる。特に、電極金属中の不純物を排除できるため真空蒸着が好ましい。ｐ型コンタクト層とのコンタクト性向上のため、好ましくは、ｐ電極金属を堆積後、２００℃〜８００℃の温度で３０秒〜３分間熱処理を施す。熱処理の温度、時間については、ｐ電極の金属種、層厚みに応じて適宜最適な条件を選択できる。
【００５５】
＜ｐ電極の形成パターン＞
図７に示したように、ｐ電極１７は、台地状のメサ構造１５の上部に位置するｐ型層１４上に、メサ構造１５とほぼ相似形に形成される。ｎ電極１６はメサ構造１５から見て下方の低地部に形成されている。ｎ電極１６とｐ電極１７との導通は、抵抗の低い経路が優先されるため、電流はｎ電極とｐ電極との最短距離にあるメサ構造１５の端部付近の領域に集中しやすい。
【００５６】
そこで、本発明では、メサ端における電流集中を回避するため、メサ端とｐ電極との間に一定以上の距離を設けることとした。すなわち、第１の本発明では、III族窒化物半導体発光素子を上面視から見た場合に、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上とする。つまり、メサ端の一部とｐ電極との間には、電極の形成が制限されたｐ電極制限領域が存在する。換言すれば、本発明は、メサ構造の端部近傍の一部に、幅が拡散長Ｌｓの１／３以上のｐ電極制限領域を有することを特徴としている。
【００５７】
ここで、「メサ端」とは、メサ構造１５の輪郭であり、メサ構造における上面視における端部であり、ｐ型層１４の外周（すなわち輪郭）として示される。メサ構造は、積層半導体層をほぼ垂直にエッチングして形成されるが、完全に垂直である必要はなく、メサ構造上部から下部にかけて、テーパ状に形成されていてもよい。メサ構造上部の面積がメサ構造下部の面積よりも小さい場合には、テーパ部は上面視により観察される。メサ構造上部の面積がメサ構造下部の面積よりも大きな場合には、テーパ部はオーバーハング状に形成されるため、上面視では観察が難しくなる。
【００５８】
以下の説明では、メサ端とは、上面視におけるメサ構造の端部であり、メサ構造の最上層に位置するｐ型層１７の外周（すなわち輪郭）と定義し、テーパ部は含めない。
【００５９】
また、メサ端とｐ電極の外周との距離とは、上面視において、任意に選択したメサ端からｐ電極の輪郭に到達する最短経路の長さである。
【００６０】
メサ端の「一部」とした意味は、メサ端のすべてがｐ電極から拡散長Ｌｓの１／３以上離れていることを必須とするものではなく、一部において、メサ端とｐ電極の輪郭とが拡散長Ｌｓの１／３以下の距離で近接していてもよいことを意味する。すなわち、電流集中が起りやすい部分において、メサ端とｐ電極とが所定距離以上離れていれば、素子不良の要因となる電流集中は解消される。一方、電流集中が起り難い部分では、メサ端とｐ電極の輪郭とが近接し、上面視において、ｐ電極とｎ電極とが拡散長Ｌｓの１／３未満の距離で近接していてもよい。
【００６１】
電流集中が起りやすいメサ端とは、周囲がｎ電極により囲まれた状態にある。このような状態にあるメサ端は、メサ構造の輪郭形状により様々であるが、メサ構造の全周に対して、通常は５〜３０％の割合で存在する。したがって、本発明では、メサ端の中でも、周囲がｎ電極に囲まれたメサ端において、メサ端とｐ電極との間に所定値以上の距離をとり、ｐ電極制限領域を設ける。
【００６２】
このように、メサ端とｐ電極との間に距離があると、この部分には電流が流れにくくなり、メサ構造１５の端部付近の領域における電流集中を抑制できる。すべてのメサ端において、ｐ電極の外周との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上とすると、III族窒化物半導体発光素子の動作電圧が上がり、発光効率は低下することがある。したがって、本発明では、特に電流が集中しやすい部分で、メサ端とｐ電極との距離を所定値以上とすればよい。
【００６３】
本発明者等の検討によれば、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上であれば、動作電圧を過度に増大させることなく、電流集中を効果的に抑制し、発光素子の歩留まりを向上できることを見出した。
【００６４】
発光素子に通電すると、電子がｎ型層からｐ型層へと移動する。拡散長Ｌｓとは、電子がｐ型層へ移動するのを考慮し、メサ端に近い側のｎ電極の端からメサ端へ向かって、大部分の電子がｎ型層内で拡散できる距離を指す。従来技術においては、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を、拡散長Ｌｓに基づいて調整することは行われていない。本発明者等は、該距離を拡散長Ｌｓの１／３以上とすることにより、優れた効果が発揮されることを見出し、本発明を完成した。
【００６５】
なお、拡散長Ｌｓは、以下の式で定義される。
Ｌｓ＝｛（ρｃ＋ρｐｔｐ）ｔｎ／ρｎ｝１／２
【００６６】
ここで、ρｃ：ｐ電極／ｐ型層間およびｎ電極／ｎ型層間の接触抵抗、ρｐ：ｐ型層の比抵抗、ρｎ：ｎ型層の比抵抗、ｔｐ：ｐ型層の厚み、ｔｎ：ｎ型層の厚みである。
【００６７】
（接触抵抗の測定方法）
本発明において、接触抵抗はＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｍｅｔｈｏｄ）法により測定する。まず、発光素子の製造と同様の方法により、ｐ−ＧａＮ表面上にドーナツ状の電極不形成領域を有するｐ電極パターンを形成する（電極間距離：５、１０、２０、４０、６０、８０、１００μｍ）。得られた電極パターンを用いて、各電極間距離における抵抗値を測定し、電極間距離と抵抗値との関係からｐ電極/ｐ型層間およびｎ電極／ｎ型層間の接触抵抗を算出する。
【００６８】
（比抵抗の測定方法）
まず、本発明においては、発光素子の製造と同様の方法を用いて、７ｍｍ角のｐ−ＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮおよびｎ−ＡｌＧａＮの表面四隅に直径１．５ｍｍの円形のｐ電極およびｎ電極をそれぞれ４つ形成する。得られたサンプルについてホール効果測定を行うことで、ｐ型層（ｐ−ＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮ）およびｎ型層（ｎ−ＡｌＧａＮ）の比抵抗を算出する。
【００６９】
第１の発明において、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を、拡散長Ｌｓの１／３以上とすることにより、紫外発光素子の歩留まりを向上できる。中でも、動作電圧の増大を抑制し、より効率よく歩留まりを向上するためには、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を、好ましくは拡散長Ｌｓの１／３以上、拡散長Ｌｓの１．２倍以下、より好ましくは拡散長Ｌｓの１／３以上、拡散長Ｌｓの１．０倍以下とする。
【００７０】
拡散長Ｌｓは、電極の幅に依存しないため、素子が小型化し、電極が細線化した場合であっても、電流集中を抑制するためのデバイス設計の指針となる。
【００７１】
また、第１の発明では、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上と規定したが、本発明の現時点での技術においては、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を１２μｍ以上とすれば十分である（第２の本発明）。そして、動作電圧の増大を抑制し、歩留まりをより効率よく向上するためには、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を、好ましくは１２〜８０μｍ、より好ましくは１５〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜８０μｍ、一層好ましくは２０〜４０μｍとすればよい。この距離は現行（２０１５年）の素子設計における十分値である。しかしながら、素子がさらに小型化し、電極が細線化した場合には、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を１２μｍ以上にできないことがある。このような場合には、第１の本発明のように、拡散長Ｌｓを目安として、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離を設定すればよい。
【００７２】
第２の本発明によれば、メサ端の一部とｐ電極との間には、電極の形成が制限されたｐ電極制限領域が存在する。換言すれば、本発明は、メサ構造の端部近傍の一部に幅１２μｍ以上のｐ電極制限領域を存在させることを特徴としている。
【００７３】
第１および第２の発明では、発光素子を上面視から見た場合に、メサ端の一部とｐ電極の外周との距離が所定値以上であることを規定した。メサ端の「一部」とした意味は、主に、電流集中が起りやすい部分において、メサ端とｐ電極の外周との距離を所定値以上とすれば十分なためである。
【００７４】
電流が集中しやすい部分とは、上面視において、ｐ電極がｎ電極の形成領域に突出している部分を指す。この部分では、ｐ電極がｎ電極に囲繞されているため、ｎ電極からの電子を集中しやすい。その結果、その部分はより強く発光するが、負荷も大きく劣化が生じやすい。ｐ電極１７はメサ構造１５上に、メサ構造とほぼ相似形状に形成される。したがって、メサ構造１５がｎ電極の形成領域に突出している部分において、メサ端とｐ電極との距離を所定値以上とすれば、劣化しやすいメサ構造端部における電流集中を抑制できる可能性がある。
【００７５】
したがって、第３の本発明においては、メサ端の突部とｐ電極の外周との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上、好ましくは拡散長Ｌｓの１／３以上、拡散長Ｌｓの１．２倍以下、より好ましくは拡散長Ｌｓの１／３以上、拡散長Ｌｓの１．０倍以下とする。また、第４の発明では、メサ端の突部とｐ電極の外周との距離を１２μｍ以上、好ましくは１２〜８０μｍ、より好ましくは１５〜８０μ、さらに好ましくは２０〜８０μｍ、一層好ましくは２０〜４０μｍとする。すなわち、第３、第４の発明では、メサ端の突部近傍にｐ電極制限領域を設けることを特徴とする。
【００７６】
ここで、「メサ端の突部」とは、上面視において、メサ構造１５の輪郭がｎ電極の形成領域に突出している部分を指す。この部分にｐ電極が形成されていると、周囲を囲繞するｎ電極からの電子が当該部分のｐ電極に集中するため、ｐ電極直下の半導体層が劣化しやすい。したがって、メサ端の突部からｐ電極への距離を所定値以上とすることで、電流集中を抑制し、素子の劣化を低減できる。
【００７７】
メサ構造１５の輪郭は、素子設計における電極パターンに応じて様々である。したがって、「メサ端の突部」を一義的に定義することは困難である。そこで、図１に素子の上面視におけるメサ構造１５の輪郭と、ｎ電極の形成パターンについての非制限的な例を示し、電流が集中しやすい「メサ端の突部」を破線の円により表示した。なお、図１の上面視ではｎ電極１２とメサ構造１５とが接しているが、図７Ｂに示すように断面ではメサ構造１５の端部とｎ電極との間には、メサ構造のテーパ部や、露出したｎ型層が存在していてもよい。第３および第４の発明に係るIII族窒化物半導体発光素子においては、「メサ端の突部」から所定距離を離れてｐ電極が形成され、所定距離未満の領域にはｐ電極の形成が制限された、ｐ電極制限領域が形成される。
【００７８】
図１Ａは、上面視において長方形のメサ構造１５が形成された素子構造を示す。この構造では、長方形の各頂点がｎ電極の形成領域に突出しており、この部分にｐ電極を形成すると、ｐ電極直下のメサ部に電流が集中しやすい。
図１Ｂは、十字状のメサ構造１５を示す。この構造でも十字の各頂点がｎ電極の形成領域に突出している。
図１Ｃは、十字状の端部に丸みを帯びた形状のメサ構造１５を示す。この構造でも十字の端部はｎ電極の形成領域に突出している。
図１Ｄは、櫛状のメサ構造１５を示す。この構造でも櫛の各先端や、矩形の頂点はｎ電極の形成領域に突出している。
図１Ｅは、図１Ｄの変形例であり、櫛の背からも櫛歯状に電極が延在する構造を示す。
図１Ｆは、ｎ電極が線状部分を有し、さらに、ｎ電極を形成する櫛の背からも電極が延在する構造を示す。
図１Ｇは、櫛状のメサ構造を囲繞する櫛状のｎ電極が形成された状態を示す。
【００７９】
これら図示した構成では、ｐ電極である櫛の各先端や、矩形の頂点はｎ電極の形成領域に突出ししている。第３および第４の発明に係るIII族窒化物半導体発光素子においては、これら図示した構成、および類似の構成を有するメサ構造の形成パターンにおいて、「メサ端の突部」を示す円の中心から所定距離未満の領域にはｐ電極が存在しない。
【００８０】
また、「メサ端の突部」とは、III族窒化物半導体発光素子を上面視から見て、周囲にｎ電極が過剰に存在しているメサ部分と定義することもできる。したがって、メサ端の「ある点」が「メサ端の突部」に該当するか否かを判定するために、当該「ある点」の周囲に存在するｎ電極の面積を考慮してもよい。具体的には、判定対象の「ある点」を中心として、所定半径の円（以下では「定義円」と呼ぶことがある）を描き、円の内部に存在するｎ電極の面積が大きいほど、当該「ある点」はｎ電極に囲繞されている度合が高いと判定される。また、逆に、判定対象の「ある点」を中心として、所定半径の円を描き、円の内部に存在するメサ部（ｐ電極を含む）の面積が小さいほど、当該「ある点」はｎ電極に囲繞されている度合が高いともいえる。
【００８１】
これらの知見から、メサ端の「ある点」が「メサ端の突部」に該当するか否かを判定するために、図２に示すように、メサ端上の「ある点」を中心とする、所定の円内におけるメサ部（ｐ電極、ｐ型層を含む）、ｎ電極の面積を用いた、以下の評価パラメータが提案される。
評価パラメータ＝（ｎ電極面積／メサ構造面積）×１００（％）
【００８２】
上記の評価パラメータが大きいほど、当該「ある点」はｎ電極により囲繞されている割合が高く、「メサ端の突部」に位置すると判定される。
【００８３】
定義円の半径は、円と他のメサ端とが接しない程度であればよい。しかし、円が小さすぎると、メサ端とｎ電極との間のテーパ部や露出しているｎ型層の面積が過大に評価されるため、ある程度以上の大きさの円である必要がある。すなわち、メサ端における定義円が小さすぎると、定義円内において、メサ部のテーパ部の面積、露出したｎ型層の面積が過大に評価され、メサ部（ｐ電極を含む）およびｎ電極の合計面積が相対的に低下し、適切な評価ができなくなる。
【００８４】
したがって、メサ端上の任意の点（判定対象の点）を中心点として、徐々に大きくなる半径ｒｎの円を描く。円の半径が小さな場合には、テーパ部の面積やｎ電極の面積の相対比は大きいが、円が大きくなるに従いこれらの相対比は小さくなり、メサ部（ｐ電極を含む）およびｎ電極の面積を適正に評価できるようになる。したがって、円内におけるメサ部（ｐ電極を含む）およびｎ電極の合計面積が円の全面積に対し、８０％となる円の半径を「定義円」の半径とすることが好ましい。なお、定義円が他のメサ端と接しないかぎり、定義円の半径を大きくしてもよい。
【００８５】
図２に参照して、定義円を用いた「メサ端の突部」の判定法を説明する。メサ端上のある点を中心にして定義円を描いた場合、定義円内には、メサ部（ｐ電極）、ｎ型層、ｎ電極の領域が存在し、上面視においてメサ構造のテーパ部が観察されることもある。この円において、メサ部の面積、電極の面積、円の全面積から、上記の評価パラメータを算出する。図２において、ｐ電極を省略した。ｐ電極はメサ構造１５上に、メサ部と同形状であるか、これよりも小さく形成される。
【００８６】
図３には、様々な輪郭のメサ端、ｎ電極の上面視を模式的に示した。なお、図３では、電極間に露出したｎ型層およびテーパ部の面積は小さいため、図示を省略した。またｐ電極もメサ部よりもやや小さな相似形状であり、ｐ電極の面積はメサ部の面積に算入されるため、図示を省略した。
【００８７】
状態Ａで示すように、鋭角なメサ端がｎ電極の形成領域に突出している場合、定義円内のメサ部の面積は小さく、ｎ電極の面積は大きい。すなわち、評価パラメータは大きくなり、この部分のｐ電極には電流集中が起りやすい。
【００８８】
状態Ｂで示すように、メサ端が直角の場合も、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積よりも小さい。すなわち、評価パラメータは状態Ａよりは小さいが、なおｎ電極の面積が過大であり、この部分のｐ電極には電流集中が起りやすい。
【００８９】
状態Ｃで示すように、メサ構造が細い場合も、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積よりも小さい。すなわち、ｎ電極の面積が過大であり、この部分のｐ電極には電流集中が起りやすい。
【００９０】
状態Ｄで示すように、メサ構造がｎ電極側に凸状の円弧を描く場合も、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積よりも小さい。すなわち、ｎ電極の面積が過大であり、この部分のｐ電極には電流集中が起りやすい。
【００９１】
状態Ｅで示すように、メサ構造の輪郭が直線の場合、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積とほぼ等しい。すなわち、評価パラメータはほぼ１００％である。この部分のｐ電極には電流集中は起こり難い。
【００９２】
状態Ｆで示すように、ｎ電極をメサ構造が囲繞する場合、定義円内のメサ部の面積は、ｎ電極の面積よりも大きくなる。すなわち評価パラメータは１００％未満である。この部分のｐ電極には状態Ｅよりもさらに電流集中は起こり難い。
【００９３】
状態Ｇで示すように、ｎ電極形成領域がメサ構造側に凸状の円弧を描く場合も、定義円内のメサ構造の面積は、ｎ電極の面積よりも大きくなる。すなわち、評価パラメータは１００％未満である。この部分のｐ電極には電流集中は起こり難い。
【００９４】
以上から明らかなように、本発明では状態Ａ〜Ｄのような、メサ部の面積に対し、ｎ電極の面積が過大な場合には、当該メサ端の近傍にはｐ電極を設けずに、ｐ電極制限領域とする。すなわち評価パラメータが大きなメサ端の近傍をｐ電極制限領域とする。
【００９５】
したがって、本発明の好ましい態様は以下のとおりである。
メサ端上の任意の点を中心点として、定義円を描く。定義円内の各部の面積により計算される評価パラメータが１００％を超える場合には、当該定義円の中心は「メサ端の突部」に位置すると判定される。メサ端の突部に位置すると判定された場合、当該円の中心と、ｐ電極との距離が拡散長Ｌｓの１／３以上（絶対距離としては１２μｍ以上）となる範囲にｐ電極を設ける。換言すると、円の中心から拡散長Ｌｓの１／３未満（絶対距離としては１２μｍ未満）の範囲は、ｐ電極制限領域とする。
【００９６】
上記について、図４を参照して、さらに具体的に説明する。なお、図４でも、電極間に露出したｎ型層およびテーパ部は面積も小さいため、図示を省略した。図４ＡのＸ点（矩形の頂点）における定義円では、評価パラメータはほぼ３００％となる。したがって、矩形の頂点であるＸ点から拡散長Ｌｓの１／３未満（絶対距離としては１２μｍ未満）の範囲にはｐ電極を形成しない。また図４ＡのＹ点（頂点Ｘから定義円の半径の距離にあるメサ端部）における定義円では、評価パラメータはほぼ１００％となる。したがって、Ｙ点から半径が拡散長Ｌｓの１／３の長さ（絶対距離としては１２μｍ）の円上が、ｐ電極形成の限界点となる。ここで、定義円の半径が拡散長Ｌｓの１／３以上の長さであったとすると、図４Ｂにおいて、メサ部の輪郭と破線で囲繞される領域をｐ電極制限領域とする。この結果、第３の本発明で規定する電極構造が得られる。また、Ｘ点、Ｙ点からの距離を１２μｍ以上としてｐ電極制限領域とすることで、第４の本発明で規定する電極構造が得られる。
【００９７】
なお、上記で規定されるｐ電極制限領域のすべてにおいて、ｐ電極が形成されていないことが好ましいが、ｐ電極制限領域の一部において、ｐ電極が形成されていても、本発明の目的を阻害しない限り、本発明では許容される。特にメサ端からの距離が離れている部分にはｐ電極を形成しても良い場合がある。具体的には、上記で規定されるｐ電極制限領域のうち、９０％以上、さらに好ましくは９８％以上、特に好ましくは９９％以上の面積において、ｐ電極が形成されていなければよい。
【００９８】
上記では、評価パラメータの下限を１００％としたが、これらの下限値は積層半導体層（メサ構造部）の材質や、素子の動作環境に応じて適宜に設定することができる。
【００９９】
たとえば、素子の材質が劣化を受けやすく、動作環境が厳しい場合には、メサ部への電流集中を確実に抑制する観点から、許容される評価パラメータの下限値を低くし、ｐ電極制限領域を広めにする。ただし、この場合には、ｐ電極とｎ電極との平均距離が長くなるため、素子の動作電圧が上昇することがある。たとえば評価パラメータは８０％以上であってもよく、６０％以上であってもよい。
【０１００】
一方、素子の材質が劣化し難い場合、動作環境が温和な場合には、メサ部への電流集中はある程度許容されるため、評価パラメータの下限値を高くして、ｐ電極制限領域を狭くしてもよい。たとえば評価パラメータは１２０％以上であってもよく、１４０％以上であってもよい。
【０１０１】
なお、適切な定義円の設定が難しい場合には、現行品については１２μｍを定義円の半径の目安とすれば良い。また今後の電極の細線化が進むにつれて、定義円の半径を小さくすれば、適切な評価は可能である。なお、この場合にも、円が他のメサ端と接することの無いようにする。
【０１０２】
上記の態様では、「メサ端の突部」から所定範囲内をｐ電極制限領域とした。ｐ電極制限領域以外のメサ部（以下、「ｐ電極許容領域」とよぶことがある）にｐ電極が形成されるが、すべてのｐ電極許容領域にｐ電極が形成されている必要はない。ｐ電極は、ｐ電極許容領域の少なくとも一部に導通しうるように形成されていればよい。メサ端の突部近傍に形成されるｐ電極の外周形状は、図５に示すように円弧状、楕円弧状、放物線状などの形状となるように形成することが好ましい。
【０１０３】
また、ｐ電極形成の技術上の問題から、メサ端とｐ電極端部とが一致するようにｐ電極を形成することは困難であるため、ｐ電極端部とメサ端との間に、拡散長Ｌｓの１／３未満あるいは１２μｍ未満の幅での余白部を設けても良い。なお、図５には幅５μｍの余白部を形成した例を示した。
【０１０４】
さらに、第３および第４の発明では、評価パラメータが規定値以上となる「メサ端の突部」から所定の範囲内にはｐ電極を設けないことを要件としたが、上記したようにメサ部の突出の度合を示す評価パラメータは、メサ端の形状によって連続的に変化する。したがって、メサ部の突出の度合によって、メサ端からｐ電極への距離を設定することもできる。図４Ａにおいて、Ｘ点は評価パラメータ値が高い（メサ部が高度に突出している）ため、この周辺（たとえば１２μｍ以内）にｐ電極を形成することは禁止される。しかし、Ｙ点の評価パラメータは低く、電流集中も起こり難いため、Ｙ点とｐ電極との距離を拡散長Ｌｓの１／３未満あるいは１２μｍ未満としてもよい。
【０１０５】
すなわち、ｎ電極形成領域への突出の度合が高いメサ端では、ｐ電極との距離をより十分にとり、突出度合の低いメサ端では、ｐ電極とメサ端との距離をより短めに設定することもできる。たとえば、メサ端上の任意の点で、評価パラメータを決定し、その結果に基づいて「突出の度合」を評価し、当該メサ端からのｐ電極制限領域を設定してもよい。
【０１０６】
つまり、評価パラメータの高いメサ端では、よりｐ電極制限領域を広くし、評価パラメータの低いメサ端では、ｐ電極制限領域を上記の定義よりも狭くすることができる。このため、評価パラメータの絶対値や二乗した値を用いてｐ電極制限領域を定義することも有効と考えられる。
【０１０７】
図６Ａのようにメサ端が矩形状の端部の場合には、長手方向について、矩形の頂点からｐ電極までの距離は長く、矩形の短手方向の中点からはｐ電極までの距離が短くなるようにｐ電極を設ける。ｐ電極との距離は、長手方向について、頂点からは長く、中点からは短く、距離は連続的に変化し、中点に近づくほど、距離の変化は緩やかになる。長手方向では、最終的にはメサ端とｐ電極端部が一致してもよい。
【０１０８】
図６Ｂのようにメサ端が円弧、楕円弧状の場合、短手方向について、円弧（楕円弧）の頂点からｐ電極までの距離は長い。長手方向に沿って、メサ端の円弧（楕円弧）が直線状に代わるにつれて、メサ端からｐ電極までの距離が短くなるようにｐ電極を設ける。ｐ電極との距離は、メサ端の円弧の頂点からは長く、円弧の両端からは短く、距離は連続的に変化し、両端に近づくほど、距離の変化は緩やかになる。長手方向において、最終的にはメサ端とｐ電極端部が一致してもよい。
【０１０９】
また、本発明のIII族窒化物半導体発光素子では、基板１１の積層面とは反対側の面（以下、発光面と記載することがある。）から発光する光の発光強度分布において、発光強度の最大値と最小値との比（以下、発光強度比と記載することがある。）は、好ましくは２．１以下である。本発明によれば、メサ構造における局所的な電流集中を防ぐことが可能になるため、発光面の発光領域において発光強度のばらつきを抑制することができる。発光強度の最大値と最小値との比は、より好ましくは２．０５以下である。なお、発光強度分布は、後述する発光素子の発光強度分布の測定に従って求めることが出来、発光強度の最大値と最小値は、発光面の発光領域における発光強度の最大値と最小値である。発光面の発光領域とは、基板１１の積層面とは反対側の面のうち、光を発光している領域をいう。
【０１１０】
＜発光素子の製造＞
上記III族窒化物半導体発光素子の構成を含むウエハを製造した後、透光性基板１１の下面を研削または研磨することにより、透光性基板の厚みを薄くして透過率を向上させることもできる。その後、スクライビング、ダイシング、レーザ溶断など、公知の発光素子分離方法を適宜用いて、発光素子を製造する。
【０１１１】
なお、本発明の上記説明においては、ｐ電極部の形状のみを調整した場合の例を示したが、当然のことながら、性能をより向上させるためには、本発明の発光素子に、従来技術、例えば、高抵抗層の形成、トレンチの形成の技術を組み合わせることもできる。
【０１１２】
＜発光素子の発光強度分布の測定＞
発光素子のｎ電極−ｐ電極間へ電流を連続して通電しながら、発光素子の基板１１の積層面とは反対側の面から発光する光の発光強度を測定する。発光強度分布の評価装置は、発光素子へ電圧を印加する電気制御回路、レンズとカメラにより測定範囲を制御する光学系、光検出部およびデータ解析装置から成る。１０μｍ×１０μｍを1範囲として、発光面の発光領域における発光強度を測定しマッピングすることで、発光強度の分布を測定する。電流集中が起こっている場所は発光強度が強く観測されるため、本測定により、メサ端とｐ電極との距離を調整することによる電流集中抑制の効果が確認できる。
【実施例】
【０１１３】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
（実施例１、２および比較例１、２）【０１１４】
図７Ｂに示した断面構造を有する積層半導体層を形成した。
まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｃ面ＡｌＮ基板（一辺７ｍｍ角、厚さ５００μｍ）上に、Ｓｉを１．０×１０１９ [ｃｍ−３]ドープしたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（１ μｍ）をｎ型半導体層として形成した。このｎ型層上に、量子井戸構造を有する活性層（井戸層２ｎｍ、障壁層７ｎｍ）を形成した。この時、井戸層および障壁層の組成はそれぞれＡｌ０．５Ｇａ０．５ＮおよびＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎとし、障壁層には１．０×１０１８ [ｃｍ−３]のＳｉをドープした。活性層は、井戸層３層と障壁層４層の積層構造から成る。【０１１５】
次に、この活性層上に、電子ブロック層として、Ｍｇを５×１０１９ [ｃｍ−３]ドープしたＡｌＮ層（１５ｎｍ）を形成した。その後、電子ブロック層上に、ｐクラッド層として、Ｍｇを５×１０１９ [ｃｍ−３]ドープしたＡｌ０．８Ｇａ０．２Ｎ層（５０ｎｍ）を形成した。最後に、ｐクラッド層上に、ｐコンタクト層として、Ｍｇを２×１０１９ [ｃｍ−３]ドープしたＧａＮ層（１００ｎｍ）を形成した。【０１１６】
次に、得られた半導体ウエハをＮ２中において、９００℃で２０分間の熱処理を行った。その後、ｐコンタクト層の表面にフォトリソグラフィーおよび真空蒸着により所定のメタルマスクパターンを形成した後、パターンの形成されていないｐコンタクト層表面をｎ型層が露出するまでドライエッチングする事で、図１Ｃに示す端部が丸みを帯びた十字状のメサ構造を形成した。このとき、ｎ型層の堀量は、３００ｎｍであった。次に、フォトリソグラフィーによりｐコンタクト層上にレジストパターンを形成した後、真空蒸着によって、Ｔｉ（２０ｎｍ）/Ａｌ（２００ｎｍ）/Ａｕ（５ｎｍ）層を形成した後、Ｎ２中において８１０℃で１分間熱処理することでｎ電極を形成した。同様に、図５に示すように、端部から所定の範囲がｐ電極制限領域となるように、ｐ型層上にＮｉ（２０ｎｍ）/Ａｕ（５０ｎｍ）層を形成し、Ｏ２中において５５０℃で３分間焼成することでｐ電極を形成した。得られた半導体ウエハを７５０μｍ角に切り出して、窒化物半導体発光素子（発光ピーク波長２６５ｎｍの窒化物半導体発光素子）とした。【０１１７】
なお、突部におけるメサ端からｐ電極までの距離（ａ）が、４０μｍ（実施例１）、２０μｍ（実施例２）、１０μｍ（比較例１）、５μｍ（比較例２）となるように、ｐ電極制限領域を有する４種の素子を作成した。また、ｐ電極許容領域におけるメサ端とｐ電極との距離は５μｍとした。以上のような発光素子を各実施例、比較例において、５０個製造し、得られた発光素子について、出力特性の経時変化を測定した。なお、瞬時劣化率の測定は、１５０ｍＡの電流を通電した際の結果を示す。【０１１８】
実施例１の発光素子では、５００時間経過後の瞬時劣化率（全素子の中で出力の大幅な低下があった素子の割合（ｐ電極に電流集中が起こり劣化した素子の割合））が２％であったのに対して、実施例２では４％、比較例１では２０％、比較例２では２４％となり、ｐ電極許容領域におけるメサ端とｐ電極との距離を２０μｍ以上にした場合に瞬時劣化率の急激な改善が見られた。なお、得られた発光素子について拡散長Ｌｓを算出したところ６０μｍであったため、２０μｍは拡散長Ｌｓの１／３に相当する。【０１１９】
（実施例３、４および比較例３、４）
ｎ電極形成時のドライエッチングによるｎ型層の堀量を１００ｎｍに変更した以外は、実施例１と同様の方法で窒化物半導体発光素子を作製した。【０１２０】
なお、実施例１と同様の方法で、突部におけるメサ端からｐ電極までの距離（ａ）が、２０μｍ（実施例３）、１２μｍ（実施例４）、８μｍ（比較例３）、５μｍ（比較例４）となるように、ｐ電極制限領域を設けた４種の素子を作製した。また、ｐ電極許容領域におけるメサ端とｐ電極との距離は５μｍとした。以上のような発光素子を各実施例、比較例において、５０個製造し、得られた発光素子について、出力特性の経時変化を測定した。【０１２１】
実施例３の発光素子では、５００時間経過後の瞬時劣化率（全素子の中で出力の大幅な低下があった素子の割合（ｐ電極に電流集中が起こり劣化した素子の割合））が２％であったのに対して、実施例４では４％、比較例３では１６％、比較例４では２４％となり、ｐ電極許容領域におけるメサ端とｐ電極との距離を１２μｍ以上にした場合に瞬時劣化率の急激な改善が見られた。なお、得られた発光素子について拡散長Ｌｓを算出したところ３６μｍであったため、１２μｍは拡散長Ｌｓの１／３に相当する。【０１２２】
また、実施例３と実施例４、比較例３と比較例４で得られた窒化物半導体発光素子について、発光面の発光領域における発光強度の最大値と最小値との比（発光強度比）を測定した結果を表１に示した。発光強度比は、ｐ電極とメサ端との距離が拡散長Ｌｓの１／３に相当する１２μｍの時に、２．１０であった（実施例４）。つまり、ｐ電極とメサ端との距離を拡散長Ｌｓの１／３以上に調整することで、発光強度比が２．１以下となり、かつ、瞬時劣化率が抑制されることが分かった。【０１２３】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明では、III族窒化物半導体発光素子を上面視から見た場合に、メサ端の一部と前記ｐ電極の外周との距離が所定値以上であることにより、動作電圧を過度に増大させることなく、ｐ電極とｎ電極との間に流れる電流がメサ端付近の領域に集中するのを抑制する。その結果、メサ構造における局所的な劣化が生じにくく、また、電流が活性層に均一に流れやすくなることで発光ムラの生じにくい、III族窒化物半導体発光素子が得られる。
【符号の説明】
【０１２５】
１１…基板
１２…ｎ型層
１３…活性層
１４…ｐ型層
１５…メサ構造
１６…ｎ電極
１７…ｐ電極
２０…III族窒化物半導体発光素子
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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