(57)【要約】      （修正有）【課題】高輝度でダイシングやワイヤボンディング等による表面電極の剥離の問題がなく、順方向動作電圧が低い半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】裏面電極１０が形成された第一導電型の基板１に、第一導電型のクラッド層２と第二導電型のクラッド層４とに挟まれた活性層３からなる発光部層と、金属酸化物からなる透明導電層７と、表面電極９とが形成された半導体発光素子であって、発光部層には少なくとも１つの凹部１３が形成されており、透明導電層７には前記発光部層の凹部７と同じ位置に少なくとも１つの貫通孔１１が形成されており、表面電極９は前記透明導電層７の貫通孔１１及び前記発光部層の凹部１３の内面に接する半導体発光素子。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面電極が形成された第一導電型の基板に、第一導電型のクラッド層と第二導電型のクラッド層とに挟まれた活性層からなる発光部層と、金属酸化物からなる透明導電層と、表面電極とが形成された半導体発光素子であって、前記発光部層には少なくとも１つの凹部が形成されており、前記透明導電層には前記発光部層の凹部と同じ位置に少なくとも１つの貫通孔が形成されており、前記表面電極は前記透明導電層の貫通孔及び前記発光部層の凹部の内面に接していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
裏面電極が形成された第一導電型の基板に、第一導電型のクラッド層と第二導電型のクラッド層とに挟まれた活性層からなる発光部層と、第二導電型の電流分散層と、金属酸化物からなる透明導電層と、表面電極とが形成された半導体発光素子であって、前記電流分散層は少なくとも１つの凹部が形成されており、前記透明導電層には前記電流分散層の凹部と同じ位置に少なくとも１つの貫通孔が形成されており、前記表面電極は前記透明導電層の貫通孔及び前記電流分散層の凹部の内面に接していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
裏面電極が形成された第一導電型の基板に、第一導電型のクラッド層と第二導電型のクラッド層とに挟まれた活性層からなる発光部層と、剥離防止層と、金属酸化物からなる透明導電層と、表面電極とが形成された半導体発光素子であって、前記剥離防止層には少なくとも１つの凹部が形成されており、前記透明導電層には前記剥離防止層の凹部と同じ位置に少なくとも１つの貫通孔が形成されており、前記表面電極は前記透明導電層の貫通孔及び前記剥離防止層の凹部の内面に接していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体発光素子において、前記発光部層と前記剥離防止層との間に第二導電型の電流分散層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子において、１つの前記表面電極に対して前記貫通孔及び前記凹部が１つずつあり、前記貫通孔の中心と、前記凹部の底面の中心と、前記表面電極の中心とは実質的に一致していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子において、１つの前記表面電極に対して前記貫通孔及び前記凹部が複数あり、全ての貫通孔により包囲される領域の中心と、全ての凹部の底面により包囲される領域の中心と、前記表面電極の中心とは実質的に一致していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記凹部の内面の面積（複数の凹部がある場合には合計面積）が前記表面電極の面積の１％以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記基板はＧａＡｓからなり、前記発光部はＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記電流分散層はＧａＰ、ＧａＡｌＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＡｓＰからなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物半導体からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項１〜９に記載の半導体発光素子において、前記剥離防止層は、（１）  ＩｎＰ又はＩｎＡｓの二元系化合物半導体、（２）  ＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＩｎＰの三元系化合物半導体、（３）  ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＰ、ＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＰからなる群から選ばれた少なくとも１種の三元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）、（４）  ＡｌＩｎＡｓＰの四元系化合物半導体、（５）  ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ及びＧａＩｎＡｓＰからなる群から選ばれた少なくとも１種の四元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）、又は（６）  ＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる五元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）のいずれかからなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記透明導電層を形成する金属酸化物はＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ及びＧａ含有ＺｎＯからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電極接合性及びワイヤボンダビリティに優れ、順方向電圧の低い高輝度半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来発光ダイオード（ＬＥＤ）としては、ＧａＰ系の緑色発光ダイオードやＡｌＧａＡｓ系の赤色発光ダイオードがほとんどであった。しかし、最近ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の結晶層を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により成長させる技術が開発され、橙色、黄色、緑色、青色の高輝度発光ダイオードが製造できるようになった。
【０００３】
ＭＯＶＰＥ法により形成したエピタキシャルウエハを用いると、これまで不可能であった短波長の発光や、高輝度が得られるＬＥＤが作製できる。図１２は従来のＬＥＤの断面構造の一例を示す。このＬＥＤは、ｎ型ＧａＡｓ基板１の第一の主面上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２／アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３／ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４からなるダブルヘテロ構造の発光部層１２を有する。さらにｐ型クラッド層４上にｐ型ＧａＰ等からなる電流分散層５が形成され、その上に透明導電層７が形成されている。透明導電層７の表面の一部にはＡｕ等からなる表面電極９（光取り出し側）が形成され、基板１の第二の主面（裏面）には、全体的にＡｕＧｅ合金等からなる電極１０（裏面電極）が形成されている。
【０００４】
十分な透光性と、十分な電流分散を得るのに必要な導電性とを満たす透明導電層用の材料として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のような金属酸化物が知られている。ＩＴＯ膜を透明導電層として用いると、従来の厚い電流分散層が不要になるので、低コストで高輝度のＬＥＤが得られるようになる（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００５】
しかしエピタキシャルウエハ上にＩＴＯ膜等の金属酸化物層を介して表面電極が形成されたＬＥＤでは、ダイシングやワイヤボンディング等の工程で、表面電極が剥離してしまうという問題が生じることが分かった。また透明導電層と金属電極間に接触抵抗が発生し、順方向動作電圧が高くなるという問題もある。そのため、エピタキシャルウエハ上にＩＴＯ膜を介して表面電極を形成したＬＥＤの実用化は困難であった。
【０００６】
従って本発明の目的は、高輝度でダイシングやワイヤボンディング等による表面電極の剥離の問題がなく、順方向動作電圧が低い半導体発光素子及びその製造方法を提供することである。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許５，４８１，１２２号明細書
【特許文献２】
特開平１１−４０２０号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、発光部層上（電流分散層及び／又は剥離防止層が設けられている場合はその上）に形成された透明導電層に貫通孔を形成し、さらに発光部層、電流分散層又は剥離防止層に凹部を形成し、当該貫通孔及び当該凹部の内面に接するように表面電極を形成することにより、既存のワイヤボンダ−でも表面電極の剥離を防止しつつ容易にボンディングできることを発見し、本発明に想到した。
【０００９】
すなわち、本発明の半導体発光素子の第一の好ましい態様は、裏面電極が形成された第一導電型の基板に、第一導電型のクラッド層と第二導電型のクラッド層とに挟まれた活性層からなる発光部層と、金属酸化物からなる透明導電層と、表面電極とが形成された半導体発光素子であって、発光部層には少なくとも１つの凹部が形成されており、透明導電層には前記発光部層の凹部と同じ位置に少なくとも１つの貫通孔が形成されており、表面電極は前記透明導電層の貫通孔及び前記発光部層の凹部の内面に接していることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体発光素子の第二の好ましい態様は、裏面電極が形成された第一導電型の基板に、第一導電型のクラッド層と第二導電型のクラッド層とに挟まれた活性層からなる発光部層と、第二導電型の電流分散層と、金属酸化物からなる透明導電層と、表面電極とが形成された半導体発光素子であって、電流分散層は少なくとも１つの凹部が形成されており、透明導電層には前記電流分散層の凹部と同じ位置に少なくとも１つの貫通孔が形成されており、表面電極は前記透明導電層の貫通孔及び前記電流分散層の凹部の内面に接していることを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体発光素子の第三の好ましい態様は、裏面電極が形成された第一導電型の基板に、第一導電型のクラッド層と第二導電型のクラッド層とに挟まれた活性層からなる発光部層と、剥離防止層と、金属酸化物からなる透明導電層と、表面電極とが形成された半導体発光素子であって、剥離防止層には少なくとも１つの凹部が形成されており、透明導電層には前記剥離防止層の凹部と同じ位置に少なくとも１つの貫通孔が形成されており、表面電極は前記透明導電層の貫通孔及び前記剥離防止層の凹部の内面に接していることを特徴とする。発光部層と剥離防止層との間に第二導電型の電流分散層が形成されていてもよい。
【００１２】
本発明の半導体発光素子において、１つの表面電極に対して貫通孔及び凹部が１つずつある場合、貫通孔の中心と、凹部の底面の中心と、表面電極の中心とは実質的に一致しているのが好ましい。
【００１３】
１つの表面電極に対して貫通孔及び凹部が複数ある場合、全ての貫通孔により包囲される領域の中心と、全ての凹部の底面により包囲される領域の中心と、表面電極の中心とは実質的に一致しているのが好ましい。また凹部の内面の面積（複数の凹部がある場合には合計面積）は表面電極の面積の１％以上であるのが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体発光素子の透明導電層を形成する金属酸化物はＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ及びＧａ含有ＺｎＯからなる群から選ばれた少なくとも１種であるのが好ましい。また基板はＧａＡｓからなり、発光部層はＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなるのが好ましい。さらに電流分散層はＧａＰ、ＧａＡｌＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＡｓＰからなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物半導体からなるのが好ましい。
【００１５】
本発明の半導体発光素子に使用する剥離防止層は、（１）  ＩｎＰ又はＩｎＡｓの二元系化合物半導体、（２）  ＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＩｎＰの三元系化合物半導体、（３）  ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＰ、ＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＰからなる群から選ばれた少なくとも１種の三元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）、（４）  ＡｌＩｎＡｓＰの四元系化合物半導体、（５）  ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ及びＧａＩｎＡｓＰからなる群から選ばれた少なくとも１種の四元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）、又は（６）  ＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる五元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）のいずれかからなるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［１］  半導体発光素子
［Ａ］  層構成
本発明の半導体発光素子（例えば発光ダイオード）は、エピタキシャルウエハの上に透明導電層が形成されており、エピタキシャルウエハには少なくとも１つの凹部が設けられており、透明導電層には当該凹部と同じ位置に貫通孔が設けられており、当該貫通孔と当該凹部の内面に接するように表面電極が形成されていることを特徴とする。以下、添付図面を参照して本発明の半導体発光素子について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されず、本発明の趣旨を変更しない限り種々の変更を加えることができる。
【００１７】
（１）  第１の形態
図１は本発明の第１の形態による半導体発光素子の縦断面図であり、図２はその平面図であり、図１は図２のＡ−Ａ縦断面図に相当する。ｎ型ＧａＡｓ基板１の第一主面上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２が形成され、クラッド層２の上にアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３が形成され、活性層３の上にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が形成され、ｎ型クラッド層２、活性層３及びｐ型クラッド層４によりダブルへテロ構造の発光部層１２を構成している。ここでｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２の間に、バッファ層（図示せず）及び分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ層、図示せず）を設けても良い。
【００１８】
ｐ型クラッド層４の表面上に透明導電層７が形成されている。透明導電層７には貫通孔１１（図２に破線で示す）が形成されており、ｐ型クラッド層４には貫通孔１１と同じ位置に凹部１３が形成されている。また貫通孔１１を含む透明電極７の領域及び凹部１３を含むｐ型クラッド層４の領域に表面電極９（図２に実線で示す）が形成されている。このため、表面電極９は透明導電層７とその下のｐ型クラッド層４の両方に接している。ダイシング等により透明電極層７がｐ型クラッド層４から剥離するのを防止するために、ｐ型クラッド層４の上に透明電極層７の下地として剥離防止層（図示せず）を設けてもよい。剥離防止層が設けられている場合には、凹部１３は剥離防止層に形成され、表面電極９は透明導電層７及び剥離防止層と接する。なおｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面全面には裏面電極１０が形成されている。
【００１９】
（２）  第２の形態
図３は本発明の第２の形態による半導体発光素子の縦断面図であり、図４はその平面図であり、図３は図４のＢ−Ｂ縦断面図に相当する。この形態の半導体発光素子では、ｐ型クラッド層４と透明導電層７との間にｐ型電流分散層５が形成されており、さらにｐ型クラッド層４の代わりにｐ型電流分散層５に凹部１３が形成されている。その他の層については第１の形態と同じであるので、説明を省略する。透明導電層７に貫通孔１１（図４の破線で示す）が形成されており、ｐ型電流分散層５に凹部１３が形成されているので、表面電極９（図４の実線で示す）は透明導電層７とｐ型電流分散層５の両方に接する。
【００２０】
（３）  第３の形態
図５は本発明の第３の形態による半導体発光素子の縦断面図であり、図６はその平面図であり、図５は図６のＣ−Ｃ縦断面図に相当する。この形態の半導体発光素子では、透明導電層７に複数の貫通孔１１（図６の破線で示す）が形成されており、電流分散層５に貫通孔１１と同じ位置に凹部１３が形成されている。また表面電極９（図６の実線で示す）は全ての貫通孔１１を含む透明導電層７の領域と、全ての凹部１３を含む電流分散層５の領域とに形成されている。その他の層については第１の形態と同じであるので、説明を省略する。透明導電層７に複数の貫通孔１１が形成されており、電流分散層５に複数の凹部１３が形成されているので、表面電極９は透明導電層７と電流分散層５の両方に接する。
【００２１】
（４）  第４の形態
図７は本発明の第４の形態による半導体発光素子の縦断面図であり、図８はその平面図であり、図７は図８のＤ−Ｄ縦断面図に相当する。この形態の半導体発光素子では、透明導電層７にリング状の貫通孔１１（図８の破線で示す）が形成されており、電流分散層５に貫通孔１１と同じ位置にリング状の凹部１３が形成されている。また表面電極９（図８の実線で示す）はリング状の貫通孔１１を含む透明導電層７の領域と、リング状の凹部１３を含む分散層５の領域とに形成されている。その他の層については第１の形態と同じであるので、説明を省略する。透明導電層７にリング状の貫通孔１１が形成されており、電流分散層５にリング状の凹部１３が形成されているので、表面電極９は透明導電層７と電流分散層５の両方に接する。
【００２２】
（Ｂ）  各層
（１）  基板
基板１の材質はエピタキシャル層を構成する結晶層と熱膨張係数、格子定数等の特性が一致するものが好ましく、具体的にはＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等が好ましく、特にＧａＡｓが好ましい。
【００２３】
（２）  発光部層
発光部層１２は、ｐ−ｎ接合型のダブルへテロ接合構造からなるのが好ましく、第一導電型のクラッド層（ｎ型クラッド層２）、活性層３及び第二導電型のクラッド層（ｐ型クラッド層４）からなるのが好ましい。また発光部層１２は、混晶系の化合物半導体により構成するのが好ましい。具体的にはＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等の混晶が好ましく、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰがより好ましい。特にインジウム組成比を約０．５とする（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦ｘ≦１）は、ＧａＡｓ単結晶基板と格子整合するため好ましい。
【００２４】
（３）  電流分散層
ｐ型電流分散層５は、発光部で発光した光に対して発光波長の吸収が少なく、かつ比抵抗が低い材料の中から選ばれる。具体的にはＧａＰ、ＧａＡｌＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ等の化合物半導体が好ましい。電流分散層５はできるだけ薄い方が好ましい。
【００２５】
（４）  剥離防止層
剥離防止層は、（１）  ＩｎＰ又はＩｎＡｓの二元系化合物半導体、（２）  ＡｌＩｎＡｓ又はＡｌＩｎＰの三元系化合物半導体、（３）  ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＰ、ＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＰからなる群から選ばれた少なくとも１種の三元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）、（４）  ＡｌＩｎＡｓＰの四元系化合物半導体、（５）  ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ及びＧａＩｎＡｓＰからなる群から選ばれた少なくとも１種の四元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）、又は（６）  ＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる五元系化合物半導体（Ｇａのモル比：０．２以下）のいずれかであるのが好ましい。
【００２６】
（５）  透明導電層
透明導電層７の比抵抗は電流分散層５の比抵抗よりも大幅に低い。例えばＩＴＯ層の比抵抗は一般に約３×１０−６Ωｍであり、ＩＴＯの比抵抗はｐ形ＧａＰ層の比抵抗の約百分の一である。そのため透明導電層７を用いることにより、エピタキシャルウエハの厚さを大幅に減少させることができる。透明導電層７は、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の酸化物からなるのが好ましく、特に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなるのが好ましい。ＩＴＯの比抵抗は約３×１０−６Ωｍで、ｐ型ＧａＰの比抵抗の約百分の一であるので、透明導電層７をＩＴＯで形成することにより、透明導電層７の厚さを大幅に減少することができる。
【００２７】
（６）  電極
（ａ）  表面電極
表面電極９は、結線が容易であること（良好なボンディング特性）、下部層との低いオーミック接触抵抗が安定して得られること（良好なオーミック特性）及び下部層との密着性が良好であることが要求される。これらを満たすために表面電極９は、金属（Ａｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌ等）、金属合金（Ａｕ−Ｚｎ等）等の複数の層からなる重層電極であるのが好ましい。特に最上層はＡｕ、Ａｌ等のボンディング特性の良い金属からなるのが好ましい。表面電極の重層電極は酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等の金属酸化物からなる層を含んでいても良い。
【００２８】
（ｂ）  裏面電極
裏面電極１０は、表面電極９と同様に良好なオーミック特性および密着性が要求されるため、金属（Ａｕ、Ｎｉ等）、金属合金（Ａｕ−Ｇｅ等）等の複数の層からなる重層電極であるのが好ましい。例えば、Ａｕ−Ｇｅ合金、Ｎｉ及びＡｕが順次積層された電極等が好ましい。裏面電極１０は基板裏面の全面又は一部に形成され、最上層はＡｕ、Ａｌなどのボンディング特性の良い金属からなるのが好ましい。
【００２９】
［２］  半導体発光素子の製造方法
（１）  エピタキシャル層の形成
エピタキシャル層を形成させる好ましい方法として、固相エピタキシャル成長法、液相エピタキシャル成長法又は気相エピタキシャル成長法が挙げられるが、エピタキシャル層の品質及び均一性の観点から気相エピタキシャル成長法がより好ましい。具体的には有機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）等が好ましい。
【００３０】
（２）  貫通孔を有する透明導電層の形成
貫通孔１１を有する透明導電層７は、発光部層１２上（電流分散層５及び／又は剥離防止層が設けられている場合にはその上）に公知の方法で作製することができる。例えば▲１▼  塗布法（スピン式、ディップ式、ローラ式、スプレー式等）等により透明導電層７を形成し、さらにレジストマスクをしてから露光した後、エッチングにより貫通孔１１を形成する方法、▲２▼  マスクを使用した蒸着法により所望の貫通孔１１を有する透明導電層７を直接形成する方法、▲３▼  塗布法（スピン式、ディップ式、ローラ式、スプレー式等）等により透明導電層７を形成した後、イオンミリング等の膜除去方法によって透明導電層７の一部を除去して貫通孔１１を形成する方法、▲４▼  これら公知の方法の任意の組合せによる方法等が挙げられる。
【００３１】
貫通孔１１の形状は特に制限はなく、円形、角形（四角、菱形、多角形等）、円形や角形に突起を付けた形状、リング状等任意の形状を設けることが可能である。また貫通孔１１の数は１つである必要はなく、図６に示すように複数でも良い。
【００３２】
（３）  エピタキシャル層の凹部の形成
エピタキシャル層の凹部１３は、発光部層１２上（電流分散層５及び／又は剥離防止層（図示せず）が設けられている場合にはその上）に貫通孔１１を有する透明導電層７を形成した後、エッチング等により形成するのが好ましい。この時、凹部１３の形状は貫通孔１１と同じものとし、貫通孔１１と同じ位置に設けるのが好ましい。また複数の凹部１３を設ける場合、均一な電流分散性の観点から、全ての凹部１３の深さは実質的に同じであるのが好ましい。
【００３３】
（４）  電極の形成
透明導電層７の貫通孔１１と、発光部層１２、電流分散層５又は剥離防止層の凹部１３の内面とに接するように導電性金属又はその合金を蒸着することにより、表面電極９を形成する。裏面電極１０は基板１の裏面に同様の導電性金属又はその合金を蒸着することにより形成する。蒸着方法として、高周波スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法、真空蒸着法等が挙げられる。
【００３４】
表面電極９は貫通孔１１を介して透明導電層７の下の層、例えば発光部層１２（図１，２の場合）、電流分散層７（図３〜８の場合）又は剥離防止層（図示せず）に形成された凹部１３の内面に接する。表面電極９と下の層との十分な接合強度を得るために、凹部１３の内面の面積（複数の凹部１３がある場合には合計面積）は、表面電極の面積の１．０％以上であるのが好ましく、３〜１０５％であるのがより好ましい。面積の合計が１．０％未満では表面電極９の耐剥離性の向上が得られない。一方、凹部底面の面積の合計が２２０％超であると、電流分散効果が不十分になり、発色出力が低くなる。尚、ここでいう表面電極の面積とは、表面電極におけるエピタキシャルウェハから露出した部分の上面の面積のことである。
【００３５】
均一な電流分散性の観点から、表面電極９の中心と、貫通孔１１の中心（複数の貫通孔１１を設ける場合には全ての貫通孔１１により包囲される領域の中心）と、発光部層１２、電流分散層７又は剥離防止層（図示せず）のうち表面電極９と接する凹部１３の底面（複数の凹部１３を設ける場合には全ての凹部１３の底面により包囲される領域の中心）の中心とが実質的に一致するのが好ましい。
【００３６】
電極にオーミック性を付与するために、例えば窒素ガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気中で熱処理（アロイング）を施しても良い。
【００３７】
【実施例】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００３８】
実施例１
図３及び図４に示す構造の赤色発光ダイオード（発光波長６３０  ｎｍ付近）をＭＯＶＰＥ法により作製した。
【００３９】
（１）  エピタキシャルウエハの作製
まず７００℃に加熱したｎ型ＧａＡｓ基板１上に、厚さ５００  ｎｍのｎ型（Ｓｅドープ）ＧａＡｓバッファ層、厚さ５００  ｎｍのｎ型（Ｓｅドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２（Ｓｅドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、厚さ６００  ｎｍのアンドープ（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層３、厚さ５００  ｎｍのｐ型（亜鉛ドープ）（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４（亜鉛ドープ量：５×１０１７ｃｍ−３）、及び厚さ２．０μｍのｐ型（亜鉛ドープ）ＧａＰ電流分散層５（亜鉛ドープ量：５×１０１８ｃｍ−３）を、ＭＯＶＰＥ法により順にエピタキシャル成長させた。発光部層１２（クラッド層２、発光層３、クラッド層４）のＭＯＶＰＥ成長は、７００℃の温度及び５０  Ｔｏｒｒの圧力で、０．３〜１．０  ｎｍ／秒の成長速度で行ない、供給したＶ族元素とＩＩＩ族元素の比（Ｖ／ＩＩＩ比）は３００〜６００の範囲であった。またＧａＰ電流分散層５は、成長速度１ｎｍ／秒、Ｖ／ＩＩＩ比１００の条件で形成した。
【００４０】
キャリアガスに水素を使用し、それぞれＡｌ供給源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｇａ供給源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ供給源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ａｓ供給源としてアルシン（ＡｓＨ３）、Ｐ供給源としてホスフィン（ＰＨ３）、Ｚｎ供給源としてジエチル亜鉛（ＤＥＺ）、及びＳｅ供給源としてＨ２Ｓｅを使用した。
【００４１】
（２）  透明導電層の作製
上記のようにして作製したエピタキシャルウエハの表面に、塗布法によりＩＴＯ膜を形成した。ＩＴＯ膜を形成したエピタキシャルウェハを２×１０−６  Ｔｏｒｒ（２．７×１０−４Ｐａ）の真空中で５００℃で１時間焼成し、厚さ３００  ｎｍのＩＴＯ透明導電層７を形成した。
【００４２】
（３）  透明導電層の貫通孔及び電流分散層の凹部の形成
フォトリソグラフィ法により、ＩＴＯ透明導電層７上に２次元に一定間隔で直径７５μｍの円形開口部を有するレジストマスクを形成し、露光後に塩酸／硝酸／純水からなるエッチング液を用いて、レジストマスクの円形開口部に露出したＩＴＯ膜を除去し、貫通孔１１を作製した。次いで、塩酸系のエッチング液を用いて、円形開口部に露出した電流分散層５の一部を除去した後、レジストマスクを除去した。これにより、ＩＴＯ膜に直径７５μｍの貫通孔１１を有し、さらに電流分散層５に直径７５μｍ、深さ１ｎｍ、３ｎｍ、１０  ｎｍ、５０  ｎｍ、１００  ｎｍ、１２５  ｎｍの凹部１３を有するエピタキシャルウエハをそれぞれ作製した。
【００４３】
（４）  表面電極の作製
貫通孔１１及び凹部１３の底面と中心が一致する直径１３５μｍの円形開口部を有するレジストマスクをＩＴＯ膜上に形成した。レジストマスクの円形開口部に、厚さ６０  ｎｍの金−亜鉛合金、厚さ１０  ｎｍのニッケル、及び厚さ１０００  ｎｍの金を順に蒸着した後、レジストマスクを除去することにより、直径１３５μｍの円形の表面電極９を形成した。表面電極９と電流分散層５との接触面積は、表面電極９の面積の約３１％であった。
【００４４】
（５）  裏面電極の形成
基板１の裏面全体に、厚さ６０  ｎｍの金−ゲルマニウム合金、厚さ１０  ｎｍのニッケル及び厚さ５００  ｎｍの金を順に蒸着し、ｎ型の裏面電極１０を形成した。
【００４５】
さらに表面電極９及び裏面電極１０にオーミック性を付与するために、窒素ガス雰囲気中、４００℃で５分間の熱処理（アロイング）を行なった。
【００４６】
（６）  半導体発光素子の作製及び評価
上記のようにして両電極９，１０まで形成したエピタキシャルウェハを、表面電極９を１つ含む３００μｍ角のサイズでダイシングし、フレームに固定し、表面電極９にワイヤボンディングを、裏面電極１０にダイボンディングを行なって、発光ダイオードチップを作製した。得られた発光ダイオードチップについて、電極の剥離率、ワイヤボンディングの不良率、順方向動作電圧（２０  ｍＡ通電時）及び発光出力（２０  ｍＡ通電時）を調べた。測定結果を表１、図９及び図１０に示す。
【００４７】
実施例２
電流分散層５の凹部１３の深さを３ｎｍとし、当該凹部１３及び透明導電層７の貫通孔１１の直径を１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍとした以外実施例１と同様にして、発光ダイオードチップをそれぞれ作製した。この発光ダイオードチップの表面電極９と電流分散層５との接触面積は、表面電極９の面積の約０．５〜１００％であった。得られた発光ダイオードチップについて、電極の剥離率、ワイヤボンディングの不良率、順方向動作電圧（２０  ｍＡ通電時）及び発光出力（２０  ｍＡ通電時）を調べた。測定結果を表１及び図１１に示す。
【００４８】
比較例１
透明導電層７に貫通孔１１を設けず、かつ電流分散層５に凹部１３を設けないで直径１３５μｍの表面電極９を形成した以外実施例１と同様にして、発光ダイオードチップを作製した。得られた発光ダイオードチップについて、電極の剥離率、ワイヤボンディングの不良率、順方向動作電圧（２０  ｍＡ通電時）及び発光出力（２０  ｍＡ通電時）を調べた。測定結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2004186544.tif 000003
【００５０】
以上の通り、透明導電層に貫通孔を設け、さらに電流分散層に凹部を設けた後で当該貫通孔及び当該凹部の内面に直接接触するように表面電極が設けられている本発明の半導体発光素子は、表面電極の耐剥離性及びワイヤボンディングに優れており、順方向動作電圧を低く抑えることができるという利点を有する。
【００５１】
本発明の半導体発光素子について添付図面を参照して説明したが、本発明はそれらに限定されることはなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更を施すことができる。例えば、透明導電層に設ける貫通孔及び電流分散層に設ける凹部の形状、及び数は図示の例に限定されず、表面電極が透明導電層の下の層（クラッド層、電流分散層又は剥離防止層）の凹部及び透明電極層と接するものであればいかなるものでも良い。
【００５２】
【発明の効果】
上記の通り、本発明の半導体発光素子では、凹部を有するエピタキシャル層上に当該凹部と同じ位置に貫通孔を有する透明導電層が形成されており、当該貫通孔と当該凹部の内面に接するように表面電極が形成されている。そのため、表面電極の剥離やワイヤボンディング不良が防止され、順方向動作電圧を低く抑えることができる。従ってエピタキシャルウエハの膜厚を薄くすることが可能であり、コストの削減及び製造時の歩留まりの向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による半導体発光素子を示す縦断面図であり、図２のＡ−Ａ縦断面図に相当する。
【図２】本発明の一実施例による半導体発光素子を示す平面図である。
【図３】本発明の別の実施例による半導体発光素子を示す縦断面図であり、図４のＢ−Ｂ縦断面図に相当する。
【図４】本発明の別の実施例による半導体発光素子を示す平面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例による半導体発光素子を示す縦断面図であり、図６のＣ−Ｃ縦断面図に相当する。
【図６】本発明のさらに別の実施例による半導体発光素子を示す平面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例による半導体発光素子を示す縦断面図であり、図８のＤ−Ｄ縦断面図に相当する。
【図８】本発明のさらに別の実施例による半導体発光素子を示す平面図である。
【図９】電流分散層の凹部の深さと順方向動作電圧との関係を示すグラフである。
【図１０】電流分散層の凹部の深さと発光出力との関係を示すグラフである。
【図１１】電流分散層の凹部の直径と順方向動作電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の半導体発光素子を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・第１クラッド層
３・・・活性層
４・・・第２クラッド層
５・・・電流分散層
７・・・透明導電層
９・・・表面電極
１０・・・裏面電極
１１・・・貫通孔
１２・・・発光部層
１３・・・凹部
【図１】
2004186544.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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