(57)【要約】【課題】多層反射膜電極及びそれを備えた化合物半導体発光素子を提供する。【解決手段】ｐ型半導体層１００上に積層される反射電極層１２２、反射電極層１２２の集塊現象を防止するために反射電極層１２２上に積層される集塊防止電極層１２６、及び集塊防止電極層１２６の拡散を防止するために反射電極層１２２と集塊防止電極層１２６との間に挿入された拡散防止電極層１２４を備える多層反射膜電極である。【選択図】図４
2008103674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を備える化合物半導体発光素子の前記ｐ型半導体層上に形成される多層反射膜電極であって、
前記ｐ型半導体層上に積層され、前記活性層から放出される光を反射する反射電極層と、
前記反射電極層上に積層され、前記反射電極層の集塊現象を防止する集塊防止電極層と、
前記反射電極層と前記集塊防止電極層との間に挿入され、前記集塊防止電極層の拡散を防止する拡散防止電極層と、
を備えることを特徴とする化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項２】
前記集塊防止電極層上に集塊防止電極層の酸化を防止する酸化防止電極層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項３】
前記反射電極層は、反射性オーミック接触層であることを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項４】
前記反射電極層は、Ａｇ、Ａｇ系合金、及びＡｇ系酸化物からなる群から選択された何れか一つで形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項５】
前記Ａｇ系合金は、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項６】
前記拡散防止電極層は、透明伝導性物質で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項７】
前記透明伝導性物質は、Ｔｉ−Ｎ、Ｍｏ−Ｏ、Ｒｕ−Ｏ、Ｉｒ−Ｏ、及びＩｎ−Ｏからなる群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項６に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項８】
前記Ｉｎ−Ｏは、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｕ、及びＭｇからなる群から選択された少なくとも一つのドーパントをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項９】
前記Ｉｎ−Ｏに添加されたドーパントの含有量は、０．１〜４９ａｔ．％であることを特徴とする請求項８に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１０】
前記集塊防止電極層は、ＡｌまたはＡｌ系合金で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１１】
前記Ａｌ系合金は、Ａｇ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項１０に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１２】
前記酸化防止電極層は、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されることを特徴とする請求項２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１３】
前記酸化防止電極層は、単層または多層構造で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１４】
前記ｐ型半導体層と前記反射電極層との間に介在されて、前記ｐ型半導体層と前記反射電極層との接触抵抗を減少させるコンタクト電極層をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１５】
前記コンタクト電極層は、Ｌａ−系合金、Ｎｉ−系合金、Ｚｎ−系合金、Ｃｕ−系合金、熱電酸化物、ドーピングされたＩｎ酸化物、ＩＴＯ、及びＺｎＯからなる群から選択された少なくとも一つで形成されることを特徴とする請求項１４に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１６】
前記ドーピングされたＩｎ酸化物でドーピング元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａからなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１５に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１７】
前記コンタクト電極層の厚さは、０．１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１５に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１８】
前記反射電極層、前記拡散防止電極層、及び前記集塊防止電極層それぞれの厚さは、１ｎｍ〜１０００ｎｍ範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項１９】
前記酸化防止電極層の厚さは、１ｎｍ〜１０００ｎｍ範囲であることを特徴とする請求項２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項２０】
前記反射電極層、前記拡散防止電極層、及び前記集塊防止電極層が順次に蒸着された後に、前記積層結果物が３００℃〜６００℃の温度範囲内で熱処理されたことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項２１】
前記反射電極層、前記拡散防止電極層、前記集塊防止電極層、及び前記酸化防止電極層が順次に蒸着された後に、前記積層結果物が３００℃〜６００℃の温度範囲内で熱処理されたことを特徴とする請求項２に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項２２】
前記コンタクト電極層、前記反射電極層、前記拡散防止電極層、前記集塊防止電極層、及び前記酸化防止電極層が順次に蒸着された後に、前記積層層結果物が３００℃〜６００℃の温度範囲内で熱処理されたことを特徴とする請求項１５に記載の化合物半導体発光素子の多層反射膜電極。
【請求項２３】
ｎ型電極、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、及びｐ型電極を備える化合物半導体発光素子であって、
前記ｐ型電極は、
前記ｐ型半導体層上に積層され、前記活性層から放出される光を反射する反射電極層と、
前記反射電極層上に積層され、前記反射電極層の集塊現象を防止する集塊防止電極層と、
前記反射電極層と前記集塊防止電極層との間に挿入され、前記集塊防止電極層の拡散を防止する拡散防止電極層と、
を備えることを特徴とする化合物半導体発光素子。
【請求項２４】
前記集塊防止電極層上に集塊防止電極層の酸化を防止する酸化防止電極層をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項２５】
前記反射電極層は、Ａｇ、Ａｇ系合金及びＡｇ系酸化物からなる群から選択された何れか一つで形成されることを特徴とする請求項２３に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項２６】
前記Ａｇ系合金は、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項２５に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項２７】
前記拡散防止電極層は、透明伝導性物質で形成されることを特徴とする請求項２３に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項２８】
前記透明伝導性物質は、Ｔｉ−Ｎ、Ｍｏ−Ｏ、Ｒｕ−Ｏ、Ｉｒ−Ｏ、及びＩｎ−Ｏからなる群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２７に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項２９】
前記集塊防止電極層は、ＡｌまたはＡｌ系合金で形成されることを特徴とする請求項２３に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項３０】
前記Ａｌ系合金は、Ａｇ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項２９に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項３１】
前記酸化防止電極層は、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されることを特徴とする請求項２４に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項３２】
前記ｐ型半導体層と前記反射電極層との間に介在され、前記ｐ型半導体層と前記反射電極層との間の接触抵抗を減少させるコンタクト電極層をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の化合物半導体発光素子。
【請求項３３】
前記コンタクト電極層は、Ｌａ−系合金、Ｎｉ−系合金、Ｚｎ−系合金、Ｃｕ−系合金、熱電酸化物、ドーピングされたＩｎ酸化物、ＩＴＯ、及びＺｎＯからなる群から選択された少なくとも一つで形成されることを特徴とする請求項３２に記載の化合物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の多層反射膜電極に係り、さらに詳細には、熱的安定性及びオーミック接触特性の向上した多層反射膜電極及びそれを備えた化合物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の化合物半導体発光素子（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）５０の構造及びｐ−型窒化物半導体１６上に形成された従来のｐ型電極３０を示す断面図である。そして、図２は、図１の化合物半導体ＬＥＤ５０でｐ型電極３０の熱処理後の表面写真であり、図３は、熱処理後にｐ型電極３０の集塊及び集塊結果、ｐ型電極３０に生じる孔隙３２を示すＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）断面写真である。
【０００３】
図１を参照して、従来のＬＥＤ５０は、サファイア基板１０上にｎ−型窒化物半導体１２、活性層１４、ｐ−型窒化物半導体１６と、ｎ−型窒化物半導体１２の一側に形成されたｎ型電極２０と、ｐ−型窒化物半導体１６上に形成されたｐ型電極３０とで構成されている。ここで、ＬＥＤ電極、すなわち、ｎ型電極２０とｐ型電極３０とに順方向の電圧を加えれば、活性層１４の伝導帯にある電子が価電子帯にある正孔と再結合のために遷移されつつ、そのエネルギーギャップに該当するエネルギーが光となり発光する。活性層１４から放出された光は、ｐ型電極３０によって反射されてサファイア基板１０を通じてＬＥＤ５０の外部に放出される。このように、半導体ＬＥＤ５０で発生した光が基板１０の上に直接放出されず、ｐ型電極３０によって反射されて基板１０を通じて放出される方式のＬＥＤ（これをフリップチップＬＥＤという）では、ｐ型電極３０が光を反射させる必要があるため、Ａｇのように反射率の高い伝導性金属でｐ型電極３０を形成する。
【０００４】
一方、青色発光のためには、直接、遷移エネルギーバンドギャップの大きい（約２．８ｅＶ以上）半導体が必須である。従来では、主にＩＩ−ＶＩ族の３元系材料を利用して、青色や緑色光を発光する半導体素子が開発されたが、相対的に短い作動時間のため、これを応用することに問題があった。近年では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で青色発光のための半導体素子が研究されつつある。そのうちでも、III族窒化物（主に、ＧａＮと関連した化合物）半導体は、光学的、電気的、熱的刺激に非常に安定性を示し、発光効率が高いため、特に注目されている。
【０００５】
図１に示したように、ＧａＮのようなIII族窒化物半導体を半導体ＬＥＤとして使用するＬＥＤで、光抽出効率を高めるために、ｐ型窒化物半導体１６上に高い反射率を有するＡｇのような金属でｐ型電極３０を形成する。ｐ型窒化物半導体１６上にｐ型電極３０を形成する一般的な過程を見れば、ｐ型窒化物半導体上に電極を蒸着させた後に、抵抗を減少させるため、アニーリングを行う過程を必要とする。
【０００６】
しかし、通常、窒化物半導体の表面エネルギーとｐ型電極３０の形成物質として使用するＡｇのような金属材料の表面エネルギーとは、大きな表面エネルギー差がある。このような表面エネルギーの差によって、アニーリング過程においてｐ型電極３０には、図２及び図３の写真のように、集塊現象が発生することが一般的に知られている。ここで、図２は熱処理後に表面集塊現象が発生したｐ型電極３０を上側から見た形態であり、図３は熱処理後に集塊現象が発生したｐ型電極３０のＳＥＭで撮影した断面写真である。ｐ型窒化物半導体１６とｐ型電極３０とが出合う界面で複数の孔隙３２が形成されていることが分かる。このように、ｐ型電極に集塊現象が発生すれば、複数の孔隙３２が発生する。この結果、ｐ型電極３０の反射度が低下して、全体的にＬＥＤの光出力が減少してしまうという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するために成されたものであって、半導体ＬＥＤの製造時、ｐ型電極に発生する集塊現象を防止することによって、窒化物半導体を利用したＬＥＤの光出力の低下を抑制させた高輝度特性の窒化物系ＬＥＤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明に係る化合物半導体ＬＥＤの多層反射膜電極は、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を備える化合物半導体ＬＥＤのｐ型半導体層上に形成される多層反射膜電極であって、前記ｐ型半導体層上に積層され、前記活性層から放出される光を反射する反射電極層と、前記反射電極層上に積層され、前記反射電極層の集塊現象を防止する集塊防止電極層と、前記反射電極層と前記集塊防止電極層との間に挿入され、前記集塊防止電極層の拡散を防止する拡散防止電極層と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
望ましくは、前記化合物半導体ＬＥＤの多層反射膜電極は、ｐ型半導体層と反射電極層との接触抵抗を減少させるために、前記ｐ型半導体層と反射電極層との間に介在されるコンタクト電極層をさらに備える。前記コンタクト電極層は、Ｌａ−系合金、Ｎｉ−系合金、Ｚｎ−系合金、Ｃｕ−系合金、熱電酸化物、ドーピングされたＩｎ酸化物、ＩＴＯ、及びＺｎＯからなる群から選択された少なくとも一つで形成されることを特徴とする。
【００１０】
また、前記反射電極層は、Ａｇ、Ａｇ系合金またはＡｇ−Ｏ形態のＡｇ系酸化物からなることを特徴とし、前記Ａｇ系合金は、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる溶質元素グループから選択された少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする。
【００１１】
前記拡散防止電極層は、透明伝導性物質で形成されることを特徴とし、前記透明伝導性物質は、Ｔｉ−Ｎ、Ｍｏ−Ｏ、Ｒｕ−Ｏ、Ｉｒ−Ｏ、及びＩｎ−Ｏからなる群から選択された少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする。ここで、前記Ｉｎ−Ｏは、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｕ、及びＭｇからなる群から選択された少なくとも一つのドーパントをさらに含むことができる。前記Ｉｎ−Ｏに添加されるドーパントの含有量は、０．１〜４９ａｔ．％に制御されることが望ましい。
【００１２】
前記拡散防止電極層は、Ａｇ系反射電極層の熱的安定性と反射電極層以外の他の層の物質が反射膜に広がってオーミック特性とに影響を及ぼすことを抑制する役割を果たす。その結果として、窒化物系半導体層とＡｇ系反射電極層との界面に孔隙の生成及び表面集塊現象を抑制する効果も表す。
【００１３】
前記集塊防止電極層は、前記反射電極層の集塊現象を防止するために、ＡｌまたはＡｌ系合金で形成されることを特徴とし、前記Ａｌ系合金は、Ａｇ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる溶質元素グループから選択された少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする。
【００１４】
前記目的を達成するための本発明に係る他の化合物半導体ＬＥＤの多層反射膜電極は、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を備える化合物半導体ＬＥＤであって、前記ｐ型電極は、前記ｐ型半導体層上に積層され、前記活性層から放出される光を反射する反射電極層と、前記反射電極層上に積層され、前記反射電極層の集塊現象を防止する集塊防止電極層と、前記反射電極層と前記集塊防止電極層との間に挿入され、前記集塊防止電極層の拡散を防止する拡散防止電極層と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記拡散防止電極層と前記ｐ型半導体層との間の表面エネルギーの差は、前記反射電極層とｐ型半導体層との間の表面エネルギーの差よりも小さいことを特徴とする。
【００１６】
前記酸化防止電極層は、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されることを特徴とする。前記酸化防止電極層は、単層または二重層以上の多層膜で形成することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記ｐ型電極を備えた化合物半導体ＬＥＤが提供される。具体的には、本発明に係る化合物半導体ＬＥＤは、ｎ型電極、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、及びｐ型電極を備え、前記ｐ型電極が、前記ｐ型半導体層上に積層される反射電極層と、前記反射電極層の集塊現象を防止するために、前記反射電極層上に積層される集塊防止電極層と、前記集塊防止電極層の拡散を防止するために、前記反射電極層と前記集塊防止電極層との間に挿入された拡散防止電極層と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
望ましくは、前記集塊防止電極層上に集塊防止電極層の酸化を防止する酸化防止電極層をさらに備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱的安定性及びオーミック接触特性の向上した多層反射膜電極及びそれを備えた化合物半導体ＬＥＤが得られる。具体的には、本発明によれば、拡散防止電極層と集塊防止電極層とを使用することによって、熱処理過程で反射電極の表面に集塊現象が発生することを防止しすることができる。特に、拡散防止電極層は、反射電極層以外の物質の反射電極層への拡散を防止して反射電極層の熱的安定性とオーミック接触特性とを向上させる。また、酸化防止電極層を前記集塊防止電極層上に積層することによって集塊防止電極層の酸化を防止することができる。この結果、電気的抵抗が非常に低い半導体ＬＥＤ用電極を得ることができ、電力消費の少ない半導体ＬＥＤを得ることができる。また、本発明によれば、半導体ＬＥＤの安定的な量産が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る化合物半導体ＬＥＤの多層反射膜電極及びそれを備えた化合物半導体ＬＥＤについて詳細に説明する。
【００２１】
第１実施形態
図４は、本発明の第１実施形態に係る多層反射膜電極（ｐ型電極）の構造を示す断面図である。図４を参照すれば、本発明の第１実施形態による多層反射膜電極１３０は、ｐ型窒化物半導体層１００上に順次に積層された反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４、及び集塊防止電極層１２６（Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ  Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ：ＡＰＬ）を備える。
【００２２】
反射電極層１２２は、光反射特性に優れた物質で形成され、反射電極層１２２に入射される光を反射させる役割を行う。反射電極層１２２は、Ａｇ、Ａｇ系合金またはＡｇ−Ｏ形態のＡｇ系酸化物で形成されうる。ここで、前記Ａｇ系合金は、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる溶質元素群から選択された少なくとも一つの元素を含むことができる。望ましくは、ｐ型窒化物半導体層１００と反射電極層１２２との接触抵抗を減少させるために、反射電極層１２２は、光反射特性とオーミック接触特性とを共に備えた反射性オーミック接触層で形成される。
【００２３】
集塊防止電極層１２６は、反射電極層１２２の集塊現象を防止する役割を果たす。集塊防止電極層１２６は、ＡｌまたはＡｌ系合金で形成される。ここで、前記Ａｌ系合金は、Ａｇ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる溶質元素群ら選択された少なくとも一つの元素を含むことができる。
【００２４】
拡散防止電極層１２４は、反射電極層１２２と集塊防止電極層１２６との間に介在され、集塊防止電極層１２６の形成物質が反射電極層１２２に広がることを抑制する役割を果たす。拡散防止電極層１２４は、透明伝導性物質で形成されることができる。ここで、透明伝導性物質は、Ｔｉ−Ｎ、Ｍｏ−Ｏ、Ｒｕ−Ｏ、Ｉｒ−Ｏ、及びＩｎ−Ｏからなる群から選択された少なくとも一つの物質を含むことができる。望ましくは、前記Ｉｎ−Ｏは、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｕ、及びＭｇからなる群から選択された少なくとも一つのドーパントをさらに含むことができる。前記Ｉｎ−Ｏに添加されるドーパントの含有量は、０．１〜４９ａｔ．％に制御され、拡散防止電極層１２４のオーミック接触特性を向上させることができる。
【００２５】
なお、反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４、及び集塊防止電極層１２６は、それぞれ１ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。集塊防止電極層１２６の厚さが過度に厚ければ、電気抵抗が高まるという問題が発生し、一方、過度に薄い場合には、集塊防止効果が低下するので、集塊防止電極層１２６の厚さを適当に調節する必要がある。望ましくは、集塊防止電極層１２６の厚さは、全体半導体素子のサイズ及び反射電極層１２２の厚さを考慮して決定される。例えば、反射電極層１２２の厚さが２００ｎｍである場合、集塊防止電極層１２６の厚さは、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることが望ましい。さらに望ましくは、集塊防止電極層１２６の厚さは、約１００ｎｍ〜２００ｎｍである。このとき、拡散防止電極層１２４の厚さは、約５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００２６】
反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４、及び集塊防止電極層１２６が順次に蒸着された後、積層した結果物が３００℃〜６００℃の温度範囲内で熱処理される。それぞれの物質層は、半導体製造工程で一般的に利用される気相蒸着法、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような方法で形成され、電子ビーム蒸着器を利用して形成されることもできる。
【００２７】
本発明の第１実施形態に係る多層反射膜電極（ｐ型電極）の特徴を具体的に説明すれば、次の通りである。
【００２８】
Ａｇ、Ａｇ系合金またはＡｇ−Ｏ形態のＡｇ系酸化物のような反射電極層１２２の材料は、その下の層にあるｐ型窒化物半導体１００の材料との表面エネルギー差が非常に大きい。このため、反射電極層１２２の積層後熱処理過程で集塊現象が発生するという問題がある。本発明の第１実施形態によれば、このような集塊現象を防止するために、反射電極層１２２上にｐ型窒化物半導体１００との表面エネルギー差が少ない伝導性物質、すなわち、ＡｌまたはＡｌ系合金で形成された集塊防止電極層１２６を積層する。前記Ａｌ系合金は、Ａｇ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、及びＰｔからなる溶質金属群から選択された少なくとも一つの物質を含む。上記選択された物質は、ｐ型窒化物半導体１００との表面エネルギー差が小さく、かつ電気伝導性が良好であるため、反射電極層１２２上に積層されて集塊防止の機能と電極としての機能とを共に有している。
【００２９】
集塊防止層１２６の積層方式は、一般的な電子ビーム蒸着器を利用して電子ビームによって発生した反射電極材料の金属蒸気と集塊防止電極層材料の金属蒸気とを基板に順次に露出させて多層薄膜構造に積層する。このように積層した後には、３００℃〜６００℃の温度範囲内で約５分間熱処理を行う。そして、熱処理中の雰囲気は、少なくとも酸素を含む雰囲気で実施することが望ましい。このとき、熱処理時間及び雰囲気は、本発明で大きく重要なものではなく、３０分やそれ以上長く熱処理を行ってもよい。
【００３０】
反射電極層１２２上に集塊防止電極層１２６が積層される場合に、集塊防止電極層１２６の形成材料とｐ型窒化物半導体１００との表面エネルギー差が少ないため、後続の熱処理過程で発生する変形が集塊防止電極層１２６とｐ型窒化物半導体１００とで類似して現れる。したがって、集塊防止電極層１２６は、反射電極層１２２が熱処理過程で集塊されることを抑制し、反射電極層１２２の表面を平坦な状態に維持させることができる。
【００３１】
しかし、他の一方では、反射電極層１２２上に集塊防止電極層１２６を積層した後に熱処理すれば、集塊防止電極層１２６の形成物質のうち一部が反射電極層１２２に広がって、Ａｇ系反射電極層１２２の熱的安定性とオーミック接触特性とに悪い影響を及ぼす可能性がある。
【００３２】
したがって、集塊防止層１２６の機能を妨害せずに、集塊防止電極層１２６と反射電極層１２２との相互拡散を防止しうる層が必要となる。したがって、これを解決するために、図４に示したように、反射電極層１２２と集塊防止電極層１２６との間に拡散防止電極層１２４を挿入する。この結果、反射電極層１２２の熱的安定性とオーミック接触特性とを従来よりも一層向上させることができる。また、拡散防止電極層１２４は、ｐ型窒化物半導体層１００とＡｇ系反射電極層１２２との界面で孔隙の生成及び表面集塊現象を抑制する役割も果たす。
【００３３】
反射電極層１２２の集塊及び他の電極層から反射電極層１２２への不純物質の拡散を抑制すれば、反射電極層１２２の反射度が低下しないため、高反射状態を維持することができる。したがって、本発明の第１実施形態によって製造された多層反射膜電極１３０を採用した半導体ＬＥＤは、従来よりも反射度の低下を抑制することができ、これによる光出力特性を向上させることができる。
【００３４】
反射電極層１２２上に拡散防止電極層１２４及び集塊防止電極層１２６のみを形成する場合に、多層反射膜電極１３０の全体的な接触抵抗が上昇するという問題が発生する。したがって、ｐ型窒化物半導体層１００と反射電極層１２２との間に接触抵抗を低下させることができる追加の電極をさらに介在することができる。望ましくは、ｐ型窒化物半導体層１００と反射電極層１２２との間に、ｐ型半導体層１００と反射電極層１２２との接触抵抗を減少させるコンタクト電極層（図示せず）をさらに介在することができる。
【００３５】
前記コンタクト電極層（図示せず）は、窒化物半導体ＬＥＤから発生した光を通過させて反射電極層１２２に到達させる機能を有する必要性があり、また、反射電極層１２２で反射された光を再び通過させる機能を有する必要があるため、高い透明度を有することが要求される。したがって、このような要求を満足する前記コンタクト電極層（図示せず）は、Ｌａ−系合金、Ｎｉ−系合金、Ｚｎ−系合金、Ｃｕ−系合金、熱電酸化物、ドーピングされたＩｎ酸化物、ＩＴＯ、及びＺｎＯからなる群から選択された少なくとも一つで形成されることが望ましい。特に、これらの材料のうち、さらに良好な材料としては、例えば、Ｚｎ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｍｇ合金、Ｚｎ−Ｍｇ合金が挙げられる。ここで、前記ドーピングされたＩｎ酸化物のドーピング元素は、Ｍｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｈｇ、Ｐｒ、及びＬａからなる群から選択された少なくとも一つを含むことができる。
【００３６】
前記コンタクト電極層（図示せず）は、０．１ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成することが望ましい。前記コンタクト電極層の厚さが過度に厚ければ、全体的な反射度が低下するという問題があり、過度に薄ければ、積層の効果が劣るという問題があるため、コンタクト電極層の厚さを適当に調節する必要がある。望ましくは、前記コンタクト電極層（図示せず）の厚さは、全体半導体素子のサイズ及び反射電極層１２２の厚さを考慮して決定される。例えば、反射電極層１２２の厚さが２００ｎｍである時に、前記コンタクト電極層は、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にあることが適当である。さらに望ましくは、前記コンタクト電極層の厚さは、約３ｎｍほどであることが適当である。望ましくは、前記コンタクト電極層（図示せず）、反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４及び集塊防止電極層１２６が順次に蒸着された後に、前記積層結果物が３００℃〜６００℃の温度範囲内で熱処理される。
【００３７】
第２実施形態
図５は、本発明の第２実施形態に係る多層反射膜電極の構造を示す断面図である。図５を参照すれば、本発明の第２実施形態による多層反射膜電極１４０は、ｐ型窒化物半導体層１００上に順次に積層された反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４、集塊防止電極層１２６及び酸化防止電極層１２８を備える。ここで、反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４及び集塊防止電極層１２６の機能、形成物質及び形成方法については前述したので、これらについての説明は重複記載を避けるため省略する。
【００３８】
集塊防止電極層１２６の形成物質として、Ｃｕのような金属材料を使用する場合、その表面の酸化によって電極の電流−電圧特性が劣化するという問題が発生する。すなわち、反射電極層１２２で発生する集塊現象を防止するために、反射電極層１２２上に拡散防止電極層１２４と集塊防止電極層１２６とを形成すれば、表面の集塊現状がほとんど消えるが、部分的に集塊防止電極層１２６の酸化が発生してしまう。このように、集塊防止電極層１２６の表面が酸化すれば、電極の電流−電圧特性が劣化して化合物半導体ＬＥＤの動作電圧が上昇し、製品の量産過程で大きい問題を発生させてしまう。
【００３９】
このような問題を解決するために、本発明では、集塊防止電極層１２６の表面酸化を抑制するために、集塊防止電極層１２６上に酸化防止電極層１２８をさらに形成することが望ましい。具体的には、酸化防止電極層１２８は、集塊防止電極層１２６上に積層されて集塊防止電極層１２６の酸化を抑制する役割を果たす。したがって、このように、集塊防止電極層１２６上に酸化防止電極層１２８をさらに形成することによって、反射電極層１２２の集塊現象も抑制しつつ（これは、集塊防止電極層の役割）、集塊防止電極層１２６の酸化も抑制（これは、酸化防止電極層の役割）することができるようになる。
【００４０】
酸化防止電極層１２８は、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ及びＰｔからなるグループから選択された少なくとも一つの物質で形成され、酸化防止電極層１２８は、単層または多層構造に形成されうる。酸化防止電極層１２８は、１ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成され、さらに望ましくは、２０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに形成されうる。
【００４１】
反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４、集塊防止電極層１２６、及び酸化防止電極層１２８が順次に蒸着された後、前記積層結果物が３００℃〜６００℃の温度範囲内で熱処理される。望ましくは、ｐ型窒化物半導体層１００と反射電極層１２２との間に、ｐ型半導体層１００と反射電極層１２２との接触抵抗を減少させるコンタクト電極層（図示せず）がさらに介在され、前記コンタクト電極層（図示せず）は、０．１ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成される。前記コンタクト電極層（図示せず）の形成物質については前述したので、説明は省略する。望ましくは、前記コンタクト電極層（図示せず）、反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４、集塊防止電極層１２６、及び酸化防止電極層１２８が順次に蒸着された後、前記積層結果物が３００℃〜６００℃の温度範囲内で熱処理される。
【００４２】
第３実施形態
図６は、本発明に係る多層反射膜電極を備えた化合物半導体ＬＥＤの概略的な断面図である。
【００４３】
図６を参照すれば、本発明の第２実施形態による多層反射膜電極１４０を備えた化合物半導体ＬＥＤ１５０が示されている。具体的には、本発明に係る化合物半導体ＬＥＤ１５０は、基板１１０上に順次に積層されたｎ型半導体層１１２、活性層１１４、及びｐ型半導体層１１６を備え、また、ｎ型半導体層１１２のエッチング面上に形成されたｎ型電極１２０とｐ−型半導体層１１６上に形成されたｐ型電極１４０とを備える。ここで、ｐ型電極１４０と本発明の第２実施形態に係る多層反射膜電極１４０とがそのまま採用されている。すなわち、ｐ型電極１４０は、ｐ型半導体層１１６上に順次に積層された反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４、集塊防止電極層１２６、及び酸化防止電極層１２８を備える。前記第２実施形態に係る多層反射膜電極１４０の詳細構造及び説明は前述したので、これについての説明は省略する。
【００４４】
基板１１０は、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、またはサファイア基板のうちの何れか一つであることが望ましい。そして、ｎ型半導体層１１２は、ｎ−ＧａＮ系列のIII−Ｖ族窒化物半導体層で形成するが、特に、ｎ−ＧａＮ層またはｎ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成することが望ましい。そして、ｐ型半導体層１１６は、ｐ−ＧａＮ系列のIII−Ｖ族窒化物半導体層で形成するが、特に、ｐ−ＧａＮ層またはｐ−ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層で形成することが望ましい。
【００４５】
活性層１１４は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、そして０≦ｘ＋ｙ≦１）であるＧａＮ系列のIII−Ｖ族窒化物半導体層で形成するが、特にＩｎＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層で形成することが望ましい。ここで、活性層１１４は、多重量子ウェル（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ、以下‘ＭＱＷ’という）または単一量子ウェルのうちの何れか一つの構造を有し、このような活性層の構造は、本発明の技術的範囲を制限しない。例えば、活性層１１４は、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷまたはＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ構造で形成されることが最も望ましい。
【００４６】
本発明に係る化合物半導体ＬＥＤの構造において、ｎ型電極１２０とｐ型電極１４０との間に順方向の電圧が印加されれば、活性層１１４の伝導帯にある電子が価電子帯にある正孔と再結合のために遷移されつつ、そのエネルギーギャップに該当するエネルギーが光となり発光する。このとき、活性層１１４から放出された光は、ｐ型電極１４０によって反射されて基板１１０を通じて半導体ＬＥＤ１５０の外部に放出される。
【００４７】
本発明に係る化合物半導体ＬＥＤで、ｎ型電極１２０は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、またはＰｄのような金属物質で形成される。また、望ましくは、ｎ型電極１２０として、本発明による多層反射膜電極とが採用される。すなわち、ｎ型電極１２０は、ｎ型半導体層１１２上に順次に積層された反射電極層１２２、拡散防止電極層１２４、集塊防止電極層１２６、及び酸化防止電極層１２８を備える。
【００４８】
本発明に係る多層反射膜電極１４０を採用した半導体ＬＥＤは、反射度の低下が従来に比べて非常に少なくなるため、光出力特性を向上させることができる。
【００４９】
以上、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を参照して説明されたが、それは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な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分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、化合物半導体ＬＥＤの製造に利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来の化合物半導体ＬＥＤの構造を示す概略的な断面図である。
【図２】図１の化合物半導体ＬＥＤでｐ型電極の熱処理後の表面写真を示す図面である。
【図３】熱処理後のｐ型電極の集塊及び集塊結果、ｐ型電極に生じる孔隙を示すＳＥＭ断面写真である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る多層反射膜電極の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る多層反射膜電極の構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る多層反射膜電極を備えた化合物半導体ＬＥＤ（第３実施形態）の概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００    ｐ−型窒化物半導体層、
１２２    反射電極層、
１２４    拡散防止電極層、
１２６    集塊防止電極層、
１３０    多層反射膜電極。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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