(57)【要約】【課題】高光度、低駆動電圧の半導体発光素子を提供する。【解決手段】フリップチップ型の III族窒化物系化合物半導体発光素子において、ｐ型半導体層に接続され、光をサファイア基板側へ反射する厚膜正電極を銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、または、これらの合金より形成する。これにより、高反射率、低接触抵抗の正電極が得られる。ｐ型半導体層と厚膜正電極との間に、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、または、これらの合金より成る第１薄膜金属層を備えれば、上記のコンタクト層に厚膜正電極をより強固に接続できる。第１薄膜金属層の膜厚は、２Å以上、２００Å以下であれば効果を発揮し、より望ましくは、５Å以上、５０Å以下がよい。金（Ａｕ）より成る第２薄膜金属層を更に備えれば、厚膜正電極を更により強固に接続できる。【選択図】図１
2004363621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にIII族窒化物系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子において、
ｐ型半導体層に接続され、光を基板側へ反射する正電極を銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より形成し、
前記ｐ型半導体層と前記正電極との間に、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より成る第１薄膜金属層を備えたことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記正電極は、複数の種類の金属より形成された多層構造を有することを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１薄膜金属層の膜厚は、2Å以上、200Å以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１薄膜金属層と前記正電極との間に、金(Au)または金(Au)を含んだ合金より成る第２薄膜金属層を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２薄膜金属層の膜厚は、10Å以上、500Å以下であることを特徴とする請求項４に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項６】
前記正電極の膜厚、又は、前記基板に最も近い、前記多層構造の最下位層を構成する正電極第１層の膜厚が、0.01〜5μmであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項７】
前記正電極、又は、前記正電極第１層の上に金(Au)から成る正電極第２層を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項８】
前記正電極第２層の膜厚が、0.1〜5μmであることを特徴とする請求項７に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項９】
前記正電極、前記正電極第１層、又は、前記正電極第２層の上にチタン(Ti)、クロム(Cr)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金から成る正電極第３層を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記正電極第３層の膜厚が、5〜1000Åであることを特徴とする請求項９に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記正電極第１層の膜厚は、0.02〜2μmであり、前記正電極第２層の膜厚は、0.2〜3μmであり、かつ、前記正電極第３層の膜厚は、10〜500Åであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記正電極第３層の上に、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(SixNy)、チタン化合物(TixNy等)、或いは、ポリイミドなどから成る絶縁性保護膜が、直接積層されていることを特徴とする請求項９、請求項１０又は請求項１１に記載のIII族窒化物系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、基板上にIII族窒化物系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子に関し、特に高光度で、駆動電圧の低いフリップチップ型の発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に、フリップチップ型の発光素子４００の断面図を示す。１０１はサファイヤ基板、１０２はAlN又はGaNより成るバッファ層、１０３はｎ型のGaN層、１０４は発光層、１０５はｐ型のAlGaN層、１０６はｐ型のGaN層、１２０は正電極、１３０は保護膜、１４０は多層構造の負電極である。また、層１０６に接続されている厚膜の正電極１２０は、従来例えば、ニッケル(Ni)またはコバルト(Co)より成る膜厚3000Åの金属層により形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発光層１０４より放出された光をサファイヤ基板１０１の側に十分に反射させるために、通常フリップチップ型の正電極１２０には厚膜の金属電極を用いる。しかし、従来技術においては、この厚膜の正電極１２０にニッケル(Ni)やコバルト(Co)などの金属が用いられていたため、波長が380nm〜550nm（青紫、青、緑）の可視光の反射量が十分ではなく、発光素子として十分な発光強度が確保できていなかった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、高光度、低駆動電圧の発光素子を提供することである。また、他の目的は、高反射率かつ高耐久性の電極を形成することにより、発光素子の電極部分の構成を簡略化し、ワイヤボンディングの不要な発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、第１の手段は、基板上にIII族窒化物系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチップ型のIII族窒化物系化合物半導体発光素子において、ｐ型半導体層に接続され、光を基板側へ反射する正電極を銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より形成し、ｐ型半導体層と正電極との間に、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より成る第１薄膜金属層を備えたことを特徴とする。ただし、正電極の膜厚は、100Å以上、5μm以下であることが望ましい。
【０００６】
また、第２の手段は、上記の第１の手段において、正電極に複数の種類の金属より形成された多層構造を設けることである。ただし、この多層より成る正電極の内の少なくとも下位層（ｐ型半導体層に比較的近い層）が、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より形成されていれば、本発明の作用により本発明の効果を得ることができる。より望ましくは、最下位層を含んで正電極の下位1000Å以内に位置する正電極の各金属層の内の殆ど全ての層をそれぞれ上記の金属または合金より形成することが好ましい。
【０００７】
また、第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、第１薄膜金属層の膜厚を2Å以上、200Å以下とすることである。第１薄膜金属層の膜厚は、より望ましくは、5Å以上、50Å以下がよい。
【０００８】
また、第４の手段は、上記の第１、第２または第３の手段において、第１薄膜金属層と正電極との間に、金(Au)または金(Au)を含んだ合金より成る第２薄膜金属層を備えることである。
【０００９】
更に、第５の手段は、上記の第４の手段において、第２薄膜金属層の膜厚を10Å以上、500Å以下とすることである。第２薄膜金属層の膜厚は、より望ましくは、30Å以上、300Å以下がよい。
【００１０】
また、第６の手段は、上記の第１乃至第５のいずれか１つの手段において、正電極の膜厚、又は、多層構造の正電極の基板に最も近い最下位層を構成する正電極第１層の膜厚を0.01〜5μmとすることである。正電極第１層の膜厚は、望ましくは0.02〜2μmであり、より望ましくは0.05〜1μmである。
【００１１】
また、第７の手段は、上記の第１乃至第６のいずれか１つの手段において、正電極、又は、正電極第１層の上に金(Au)から成る正電極第２層を形成することである。
【００１２】
また、第８の手段は、上記の第７の手段において、正電極第２層の膜厚を0.1〜5μmとすることである。正電極第２層の膜厚は、望ましくは0.2〜3μmであり、より望ましくは0.5〜2μmである。
【００１３】
また、第９の手段は、上記の第１乃至第８のいずれか１つの手段において、正電極、正電極第１層、又は、正電極第２層の上にチタン(Ti)、クロム(Cr)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金から成る正電極第３層を形成することである。
【００１４】
また、第１０の手段は、上記の第９の手段において、正電極第３層の膜厚を5〜1000Åとすることである。正電極第３層の膜厚は、望ましくは10〜500Åであり、より望ましくは15〜100Åである。
【００１５】
また、第１１の手段は、上記の第９又は第１０の手段において、正電極第１層の膜厚を0.02〜2μmとし、正電極第２層の膜厚を0.2〜3μmとし、かつ、正電極第３層の膜厚を10〜500Åとすることである。
【００１６】
更に、第１２の手段は、上記の第９、第１０又は第１１の手段において、正電極第３層の上に、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(SixNy)、チタン化合物(TixNy等)、或いは、ポリイミドなどから成る絶縁性保護膜を直接積層することである。
以上の手段により、前記の課題を解決することができる。
【発明の効果】
【００１７】
銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)は、波長が380nm〜550nm（青紫、青、緑）の可視光に対する光の反射率Ｒが非常に大きい金属（0.6＜Ｒ＜1.0）であるため、これらの金属、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金を正電極、又は、正電極第１層に用いることにより、これらの可視光の正電極による反射量を十分大きくする事ができ、よって、発光素子として十分な発光強度を確保することができるようになる。
【００１８】
これらの正電極、又は、正電極第１層に用いられる金属元素の特性を纏めた一覧表を図６に示す。本一覧表については、後で詳しく説明するが、上記の５種類の金属元素は、これらの多面的な実験結果（図６）より、上記正電極、又は、正電極第１層に用いる金属として最も優れた元素であることが判っている。
【００１９】
例えば、上記の金属または合金は、仕事関数が大きい等の理由により、ｐ型半導体層との接触抵抗が小さいので、これらの金属を用いれば、同時に低駆動電圧の発光素子を実現することができる。
また、上記の金属は、貴金属若しくは白金族元素であるため、これらの金属を用いれば、例えば水分等に対する経時的な耐蝕性が良好となり、信頼性の高い電極を形成することができるという効果も同時に得られる。
【００２０】
また、特に、ロジウム(Rh)は、反射率の面で若干銀(Ag)には劣るものの、その他の物性では、いずれも他の金属よりも優れた特性、若しくは、同等以上の特性を示すため、総合的に見れば、正電極又は正電極第１層に用いる金属元素としては、最適の材料である。
【００２１】
また、ルテニウム(Ru)は、物性上ロジウム(Rh)と酷似又は類似の性質を持つので、正電極、又は、正電極第１層に用いる金属元素としては、ロジウム(Rh)と略同様に良い材料である。
【００２２】
更に、第１薄膜金属層を設けることにより、正電極のｐ型半導体層に対する密着性が向上し、発光素子の構造をより強固にすることができる。この第１薄膜金属層の膜厚は、2Å以上、200Å以下が良い。この膜厚を2Å以下にすると膜厚が薄すぎて、十分な密着性を得ることができず、この膜厚を200Å以上にすると、膜厚正電極を形成する銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)またはこれらの合金の作用による高い反射率を得ることができなくなる。
【００２３】
また、第２薄膜金属層を設けることにより、正電極のｐ型半導体層に対する密着性が、より更に向上し、発光素子の構造をより一層強固にすることができる。この第２薄膜金属層の膜厚は、10Å以上、500Å以下が良い。この膜厚を10Å以下にすると、膜厚が薄すぎて強固な密着性を得ることができず、500Å以上にすると上記の金属または合金の作用による高い反射率を得ることができなくなる。
【００２４】
また、上記の正電極第１層の膜厚を0.01μm以上、5μm以下とする理由は、次の通りである。即ち、この膜厚を0.01μm以下にすると膜厚が薄すぎて、反射されない透過光を生じ、この膜厚を5μm以上にすると、電極形成に多大な時間を要することとなり、生産性の面で好ましくないためである。
【００２５】
また、金(Au)から成る正電極第２層を設けることにより、正電極の抵抗値を上げることなく膜厚の正電極とすることができる。また、正電極上に後工程で形成されるバンプ材、金ボール、或いは、ワイヤーボンディングの形成工程における熱履歴による特性への悪影響を防ぐためには、正電極の膜厚は少なくとも0.1μm以上とすることが望ましい。金(Au)は、形成が容易な耐蝕材であり、また、バンプ材、金ボール、或いは、ワイヤーボンディングとの接合強度が高いため、正電極第２層として非常に望ましい。
【００２６】
この正電極第２層の膜厚は、0.1μm以上5μm以下であることが望ましい。0.1μm以下にすると膜厚が薄すぎて効果が薄く、この膜厚を5μm以上にすると、電極形成に多大な時間を要することとなる。
或いは、また、この膜厚を5μm以上にすると、第３実施例で後述するバンプ形成または金ボール形成等の加工工程における都合により、負電極の膜厚も不必要に厚くすることになり、好ましくない。
【００２７】
また、チタン(Ti)又はクロム(Cr)から成る正電極第３層を設けることにより、基板面の反対側に並ぶ正電極と負電極との間に、例えば酸化珪素膜(SiO2)、窒化珪素膜(SiNx)、或いはポリイミドから成る絶縁層を設けた際、絶縁層の正電極からの剥離を抑えることができる。これにより、バンプを形成する際に、バンプ材による短絡を防ぐことができる。この第３薄膜金属層の膜厚は、5Å以上、1000Å以下が良い。この膜厚を5Å以下にすると、膜厚が薄すぎて絶縁層との強固な密着性を得ることができず、1000Å以上にするとバンプ材や金ボール等の接続部材との強固な密着性を得ることができなくなるため、好ましくない。
【００２８】
以上のような構成により形成された多層構造の正電極は、光の反射率が高く、水分等の浸入に対しても耐久性が高いので、保護層を簡略化でき、結果ワイヤボンディングを使用しないで外部電極と接続することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
図１に、本発明によるフリップチップ型の半導体発光素子１００の模式的断面図を示す。サファイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム(AlN)から成る膜厚約200Åのバッファ層１０２が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaNから成る膜厚約4.0μmの高キャリア濃度ｎ+層１０３が形成されている。
【００３１】
そして、ｎ+層１０３の上にGaNとGa0.8In0.2Nからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光層１０４が形成されている。発光層１０４の上にはマグネシウム(Mg)ドープのAl0.15Ga0.85Nから成る膜厚約600Åのｐ型層１０５が形成されている。さらに、層１０５の上にはマグネシウム(Mg)ドープのGaNから成る膜厚約1500Åのｐ型層１０６が形成されている。
【００３２】
又、層１０６の上には金属蒸着による第１薄膜金属層１１１が、ｎ+層１０３上には負電極１４０が形成されている。第１薄膜金属層１１１は、層１０６に接合する膜厚約１０Åのコバルト(Co)またはニッケル(Ni)より成る金属層で構成されている。正電極１２０は、膜厚約3000Åの銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より成る金属層により構成されている。
【００３３】
多層構造の負電極１４０は、膜厚約175Åのバナジウム(V)層１４１と、膜厚約1000Åのアルミニウム(Al)層１４２と、膜厚約500Åのバナジウム(V)層１４３と、膜厚約5000Åのニッケル(Ni)層１４４と膜厚約8000Åの金(Au)層１４５とを高キャリア濃度ｎ+層１０３の一部露出された部分の上から順次積層させることにより構成されている。また最上部には、SiO2膜より成る保護膜１３０が形成されている。
上記のように、正電極１２０を銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より成る金属層により構成することにより、図３の表中の項番１、項番２に示す従来技術による半導体発光素子４００よりも約１０％〜５０％発光強度を向上することができた。
【実施例２】
【００３４】
図２に、本発明によるフリップチップ型の半導体発光素子２００の模式的断面図を示す。本発光素子２００は、第１実施例における発光素子１００に第２薄膜金属層１１２を追加したものであり、その他の点では発光素子１００となんら変わっていない。この第２薄膜金属層１１２は、膜厚約150Åの金(Au)より成る金属層により構成されており、膜厚約10Åのコバルト(Co)またはニッケル(Ni)より成る第１薄膜金属層１１１を積層後、第１薄膜金属層１１１と同様に金属蒸着により形成されたものである。
この第２薄膜金属層１１２を第１薄膜金属層１１１と正電極１２０との間に形成することにより、より一層強固に正電極１２０を層１０６に接続することができる。
【００３５】
図３に、フリップチップ型の半導体発光素子１００、２００および４００の性能比較表を示す。尚、この表には、第１実施例において、正電極１２０を銀(Ag)、或いは、ロジウム(Rh)で構成し、第１薄膜金属層１１１の構成を省略した場合の実施例も合わせて掲載した（項番３、及び、項番３.1）。
この表からも判るように、本発明による半導体発光素子１００または２００の構成によれば、正電極１２０を銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より成る金属層で形成することにより、発光強度を従来技術による半導体発光素子４００（項番１、項番２）よりも約10%〜50%向上することができる。
【００３６】
尚、項番１、２の発光素子４００において、第１薄膜金属層が設けられていないのは、正電極１２０自身が、既に第１薄膜金属層の構成金属元素であるコバルト(Co)またはニッケル(Ni)により形成されているためであり、これにより、正電極１２０と層１０６との間の密着性が、既に十分確保されているためである。図３において正電極１２０がコバルト(Co)またはニッケル(Ni)により形成された発光素子４００（項番１、項番２）の相対光度が低いのは、膜厚正電極１２０を構成する金属元素の反射率が小さいためであって、第１薄膜金属層１１１の有無は、図３における相対光度の優劣をもたらす要因とは成っていない。
【００３７】
むしろ逆に、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より正電極１２０を形成する場合には、図３の項番３と項番４とを比較しても判るように、第１薄膜金属層１１１または第２薄膜金属層１１２が無い方が、より大きな発光強度を得ることができる。即ち、このような構成によれば、正電極１２０と層１０６との間の密着性についてはいくらか劣るものの、発光光度の面ではより優れた値を示す。これは、第１薄膜金属層１１１または第２薄膜金属層１１２による光の吸収が無くなるためである。
【００３８】
また、特に、図３項番３.1の第１及び第２薄膜金属層を積層せずに、直接ｐ型のGaN層１０６の上に膜厚約3000Åのロジウム(Rh)より成る正電極１２０を形成した発光素子４００では、項番８の発光素子２００と略同量の光度と、同等以上に強固なGaN層１０６との密着性を得ることができた。これは、ロジウム(Rh)の持つ高い反射率、及び、GaN層との強固な密着性に依るものであり、項番３.1の発光素子４００は、これらの両面で項番５の発光素子１００よりも優れている。
即ち、項番３.1の発光素子４００を製造すれば、ロジウム(Rh)の持つ特性により、第１及び第２薄膜金属層を積層せずに、光度、密着性等が十分に良好な発光素子を提供できる。従って、この項番３.1の構成によれば、第１及び第２薄膜金属層の積層工程を省略して、生産性の高い、量産に最適な発光素子４００を製造することも可能となる。
【００３９】
上記の実施例では、正電極１２０の膜厚は、約3000Åであったが、正電極１２０の膜厚は、100Å以上、5μm以下であれば良い。正電極１２０の膜厚が100Å未満だと、光を十分に反射することができなくなり、5μmを越えると、蒸着時間や材料が必要以上に掛かり生産コストの面で劣る。
【００４０】
また、上記の実施例では、第１薄膜金属層の膜厚は、約10Åであったが、第１薄膜金属層の膜厚は、2Å以上、200Å以下であればその効果を発揮する。第１薄膜金属層１１１の膜厚は、より望ましくは、5Å以上、50Å以下がよい。第１薄膜金属層１１１は、薄過ぎると層１０６と正電極１２０とを強く結合させることができなくなり、厚過ぎると光の吸収が起こり、発光光度が落ちる。
【００４１】
また、上記の実施例では、第２薄膜金属層の膜厚は、約150Åであったが、第２薄膜金属層の膜厚は、10Å以上、500Å以下であればその効果を発揮する。第２薄膜金属層１１２の膜厚は、より望ましくは、30Å以上、300Å以下がよい。第２薄膜金属層１１２は、薄過ぎると第１薄膜金属層１１１と正電極１２０とを強く結合させることができなくなり、厚過ぎると光の吸収が起こり、発光光度が落ちる。
【００４２】
また、上記の実施例では、正電極１２０は単層構造をしていたが、正電極１２０は、多層構造を備えていてもよい。層１０６、第１薄膜金属層１１１または第２薄膜金属層１１２の上から、例えば、膜厚約5000Åの銀(Ag)、膜厚約800Åのニッケル(Ni)、膜厚約8000Åの金(Au)を順次蒸着により積層することにより、膜厚約1.4μmの正電極を形成してもよい。このような構成によっても、正電極による反射効率の十分高い高光度の発光素子を得ることができる。
【実施例３】
【００４３】
図４に、本発明によるフリップチップ型の半導体発光素子３００の模式的断面図を示す。サファイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム(AlN)から成る膜厚約200Åのバッファ層１０２が設けられ、その上にシリコン(Si)ドープのGaNから成る膜厚約4.0μmの高キャリア濃度ｎ+層１０３が形成されている。そして、層１０３の上にGaNとGa0.8In0.2Nからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光層１０４が形成されている。発光層１０４の上にはマグネシウム(Mg)ドープのAl0.15Ga0.85Nから成る膜厚約600Åのｐ型層１０５が形成されている。さらに、ｐ型層１０５の上にはマグネシウム(Mg)ドープのGaNから成る膜厚約1500Åのｐ型層１０６が形成されている。
【００４４】
また、ｐ型層１０６の上には金属蒸着による多層構造を有する正電極１２０（以下、「多重正電極１２０」と言う場合がある。）が、ｎ+層１０３上には負電極１４０が形成されている。多重正電極１２０は、ｐ型層１０６に接合する正電極第１層１２１、正電極第１層１２１の上部に形成される正電極第２層１２２、更に正電極第２層１２２の上部に形成される正電極第３層１２３の３層構造である。
【００４５】
正電極第１層１２１は、ｐ型層１０６に接合する膜厚約0.1μmのロジウム(Rh)又は白金(Pt)より成る金属層である。また、正電極第２層１２２は、膜厚約1.2μmの金(Au)より成る金属層である。また、正電極第３層１２３は、膜厚約20Åのチタン(Ti)より成る金属層である。
【００４６】
多層構造の負電極１４０は、膜厚約175Åのバナジウム(V)層１４１と、膜厚約1000Åのアルミニウム(Al)層１４２と、膜厚約500Åのバナジウム(V)層１４３と、膜厚約5000Åのニッケル(Ni)層１４４と膜厚約8000Åの金(Au)層１４５とを高キャリア濃度ｎ+層１０３の一部露出された部分の上から順次積層させることにより構成されている。
【００４７】
このように形成された多重正電極１２０と負電極１４０との間にはSiO2膜より成る保護膜１３０が形成されている。保護層１３０は、負電極１４０を形成するために露出したｎ+層１０３から、エッチングされて露出した、発光層１０４の側面、ｐ型層１０５の側面、及びｐ型層１０６の側面及び上面の一部、正電極第１層１２１、正電極第２層１２２の側面、正電極第３層１２３の上面の一部を覆っている。SiO2膜より成る保護膜１３０の正電極第３層１２３を覆う部分の厚さは0.5μmである。
【００４８】
上記のように、多重正電極１２０をロジウム(Rh)又は白金(Pt)より成る正電極第１層、金(Au)より成る正電極第２層、チタン(Ti)より成る正電極第３層により構成した、本発明による発光素子３００の発光光度を測定し、従来の発光素子４００と比較した。結果を図５に示す。ここから、従来技術による発光素子４００に比較し、本発明により約30％〜40％発光光度を向上することができた。
【００４９】
このような構成のフリップチップ型発光素子３００は、高い発光光度と高い耐久性を持ち合わせており、保護層１３０を大幅に省略でき、外部電極との接続に際し、正電極、負電極とも広い面積を使用することができる。このため、ハンダ等によるバンプ形成や、直接正電極、負電極上での金ボール形成により、発光素子を反転させて回路基板に直接接続することも可能である。
或いは、また、外部電極との接続は、ワイヤボンディングなどによって実施しても良い。
【００５０】
尚、上記の第３実施例では、多重正電極１２０の膜厚は、約1.3μmであったが、この多重正電極１２０の膜厚は、0.11μm以上、10μm以下であれば良い。この多重正電極１２０の膜厚が0.11μm未満だと、光を十分に反射することができなくなり、バンプ材や金ボール等の接続部材との強固な密着が得られなくなる。一方、10μmを越えると、蒸着時間や材料が必要以上に掛かり生産コストの面で劣る。
【００５１】
また、上記の第３実施例では、正電極第１層１２１の膜厚は、0.1μmであったが、正電極第１層の膜厚は、0.01〜5μmであればその効果を発揮する。正電極第１層の膜厚は望ましくは0.02〜2μmであり、より望ましくは0.05〜1μmである。正電極第１層１２１は、薄過ぎると光の反射が不十分となり、厚過ぎると蒸着時間や材料が必要以上に掛かり、生産コストの面で劣る。
【００５２】
また、第３実施例では、正電極第２層１２２の膜厚は、1.2μmであったが、正電極第２層の膜厚は、0.1〜5μmであればその効果を発揮する。正電極第２層１２２の膜厚は望ましくは0.2〜3μmであり、より望ましくは0.5〜2μmである。正電極第２層１２２は、薄過ぎると、バンプ材や金ボール等の接続部材との強固な密着が得られなくなる。一方、厚過ぎると負電極１４０のバランスをとる必要上、正電極第２層１２２と負電極１４０の両方で蒸着時間や材料が必要以上に掛かり、好ましくない。
【００５３】
また、第３実施例では、正電極第３層１２３の膜厚は、20Åであったが、正電極第３層の膜厚は、5〜1000Åであればその効果を発揮する。正電極第３層１２３の膜厚は望ましくは10〜500Åであり、より望ましくは15〜100Åである。正電極第３層１２３は、薄過ぎると保護層との密着性が悪くなり、厚過ぎると抵抗値が高くなり、好ましくない。
【００５４】
また、第３実施例では、正電極第３層としてチタン(Ti)を使用したが、正電極第３層としては、チタン(Ti)、クロム(Cr)、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金を使用してもよい。
【００５５】
図６に、正電極、又は、正電極第１層に用いられる金属元素の特性を纏めた一覧表を示す。本一覧表の各評価項目は、以下の通りである。
反射率：発光層１０４からの所定量の発光に対する、波長が380nm〜550nm（青紫、青、緑）の可視光の反射量による評価。
接触抵抗（駆動電圧）：GaN層との接触抵抗に対する発光素子の駆動電圧による評価。
GaN層との密着性：所定の耐久テストにおける不具合箇所の発生頻度による評価。
耐蝕性：各元素の物性値、及び、性質による評価。
Au積層後の特性安定性：発光素子３００における金(Au)より成る正電極第２層１２２積層後の駆動電圧の上昇、及び、上記可視光の反射量の劣化による評価。
総合評価（商用量産可否）：発光素子の量産を前提とした、上記の５個の評価項目を基とする総合的考察による評価。
【００５６】
特に、フリップチップ型の化合物半導体発光素子の場合、上記の評価項目「反射率」、「接触抵抗（駆動電圧）」における評価が共に良（○）以上であることが、製品としての必要条件となるため、本発明の有効性が、図６の一覧表より判る。
【００５７】
また、特に、ロジウム(Rh)は、反射率の面で若干銀(Ag)には劣るものの、その他の評価項目では、いずれも他の金属よりも優れた特性、若しくは、同等以上の特性を示しており、正電極、又は、正電極第１層に用いる金属元素としては、最適の材料であることが判る。
【００５８】
また、ルテニウム(Ru)は、物性上ロジウム(Rh)と酷似又は類似の性質を持つので、正電極、又は、正電極第１層に用いる金属元素としては、ロジウム(Rh)と略同様に良い材料である。
【００５９】
尚、上記の第１乃至第３実施例における発光素子の各層の構成は、あくまでも各層を形成する際の物理的または化学的構成であって、その後、より強固な密着性を得るために、あるいは、コンタクト抵抗の値を下げる等の目的で実施される例えば熱処理などのような物理的または化学的処理によって各層間では、固溶あるいは化合物形成が起きていることは言うまでもない。
【００６０】
また、上記の第１乃至第３実施例では、発光素子の発光層１０４はＭＱＷ構造としたが、発光層１０４の構造は、ＳＱＷ構造やホモ接合構造でもよい。また、本発明の発光素子を形成するIII族窒化物系化合物半導体層はバッファ層をも含み、これらの層は任意の混晶比の４元、３元、２元系のAlxGayIn1-x-yN（0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1）としても良い。
【００６１】
また、バッファ層には、上記のIII族窒化物系化合物半導体の他にも、窒化チタン(TiN)、窒化ハフニウム(HfN)等の金属窒化物や、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化マンガン(MnO)等の金属酸化物を用いてもよい。
【００６２】
また、ｐ型不純物としては、マグネシウム(Mg)の他、ベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族元素を用いることができる。また、これらがドープされたｐ型半導体層をより低抵抗にするためには、更に、電子線照射やアニーリングなどの活性化処理を行っても良い。
【００６３】
また、上記の実施例では、高キャリア濃度ｎ+層１０３は、シリコン(Si)ドープの窒化ガリウム(GaN）より形成したが、これらのｎ型半導体層は、上記のIII族窒化物系化合物半導体に、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)等のIV族元素、又は、VI族元素をドープすることにより形成しても良い。
【００６４】
また、結晶成長の基板には、サファイヤの他に、炭化珪素(SiC）、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化マンガン(MnO)等を使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明によるフリップチップ型の半導体発光素子１００の模式的断面図。
【図２】本発明によるフリップチップ型の半導体発光素子２００の模式的断面図。
【図３】フリップチップ型の半導体発光素子１００、２００、４００の性能比較表。
【図４】本発明によるフリップチップ型の半導体発光素子３００の模式的断面図。
【図５】フリップチップ型の半導体発光素子３００、４００の発光光度を示す表。
【図６】正電極、又は、正電極第１層に用いられる金属元素の特性を纏めた一覧表。
【図７】フリップチップ型の半導体発光素子４００の模式的断面図。
【符号の説明】
【００６６】
１０１：サファイヤ基板
１０２：AlNバッファ層
１０３：ｎ型のGaN層
１０４：発光層
１０５：ｐ型のAlGaN層
１０６：ｐ型のGaN層
１１１：第１薄膜金属層
１１２：第２薄膜金属層
１２０：正電極
１２１：正電極第１層
１２２：正電極第２層
１２３：正電極第３層
１３０：保護膜
１４０：多層構造の負電極
【図１】
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【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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