(57)【要約】【課題】Ａｌオーミック電極の光透過特性に応じて中間層材料を適切に選択することで優れた発光特性を実現する酸化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】本発明の酸化物半導体発光素子１は、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３（ｎ型酸化物半導体層）に接するように積層され、層厚が５０ｎｍ以上であり非透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極１０と、ｎ型オーミック電極１０上に形成されたＡｕパッド電極１２と、ｎ型オーミック電極１０とＡｕパッド電極１２との間に形成されたＺｒからなる中間層１１とを備えたものである。【選択図】  図１
2004228134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型酸化物半導体層に接するように積層され、層厚が５０ｎｍ以上であり非透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極と、
前記ｎ型オーミック電極上に形成されたＡｕを含むパッド電極と、
前記ｎ型オーミック電極と前記パッド電極との間に形成された金属からなる中間層とを備えた酸化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記中間層は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇを含まず、Ａｌより融点の高い金属であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記中間層は遷移金属からなることを特徴とする請求項２に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記中間層は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属を含むことを特徴とする請求項３に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記中間層が前記遷移金属の酸化物からなることを特徴とする請求項３または４に記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項６】
ｎ型酸化物半導体層に接するように積層され、層厚が１〜５０ｎｍの範囲内であり透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極と、
前記ｎ型オーミック電極上に形成されたＡｕを含むパッド電極と、
前記ｎ型オーミック電極と前記パッド電極との間に形成されたＰｔを含む中間層とを備えた酸化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ型オーミック電極は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の酸化物半導体発光素子。
【請求項８】
ｎ型酸化物半導体層に接するように、層厚が５０ｎｍ以上であり非透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極を積層し、
前記ｎ型オーミック電極上に金属からなる中間層を形成し、
前記中間層上にＡｕを含むパッド電極を積層し、
酸素雰囲気中あるいは大気中で熱処理を行なう酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
ｎ型酸化物半導体層に接するように、層厚が１〜５０ｎｍの範囲内であり透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極を積層し、
前記ｎ型オーミック電極上にＰｔを含む中間層を形成し、
前記中間層上にＡｕを含むパッド電極を積層し、
酸素雰囲気中あるいは大気中で熱処理を行なう酸化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理温度は、３００〜４５０℃の範囲内であることを特徴とする請求項８または９に記載の酸化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信頼性と省電力性に優れ、発光効率の高い酸化物半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０６０９３１号公報
【特許文献２】
特許第３１５４３６４号公報
【特許文献３】
特許第３２３９３５０号公報
【特許文献４】
国際公開第００／１６４１１号パンフレット
【０００４】
フルカラーディスプレイ等の表示素子や種々の光源として広範囲に利用される高輝度な発光素子は、その産業利用の用途や範囲が年々拡大している。中でも、青色〜紫外域のみならず、赤色を含めた可視光全域で利用可能な発光素子として、ワイドギャップ半導体であるＩＩＩ族窒化物および酸化亜鉛系半導体等の酸化物半導体発光素子が多く利用されている。また、この酸化物半導体発光素子の結晶成長およびデバイス技術が急速に発展している。
【０００５】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、約３．４ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型半導体で、励起子結合エネルギーが６０ｍｅＶと極めて高く、また原材料が安価であり、環境や人体に無害、かつ成膜手法が簡便であるなどの特徴を有する。また、酸化亜鉛は、高効率・低消費電力で環境性に優れた発光デバイスを実現できる。
【０００６】
なお、以下において、ＩＩＩ族窒化物半導体とは、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮおよびこれらの混晶を含めるものとし、これを「ＧａＮ系半導体」と称する。また、酸化亜鉛系半導体とは、ＺｎＯおよびこれを母体としたＭｇＺｎＯあるいはＣｄＺｎＯなどで表される混晶を含めるものとし、これを「ＺｎＯ系半導体」（酸化物半導体）と称する。
【０００７】
半導体発光素子は、通常、半導体発光素子をリードフレームなどに取り付け、半導体発光素子のオーミック電極とリードフレーム間をワイヤボンディングして製造される。このとき、オーミック電極上にパッド電極（あるいは台座電極とも称する）を形成することが一般的に行われている。例えば、前記特許文献１には、ＧａＮ系半導体素子におけるボンデイング用のパッド電極として、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ等を用いた例が開示されている。
【０００８】
このＧａＮ系半導体素子におけるボンデイング用のパッド電極としては、ボンディングワイヤとの密着性、低抵抗性および耐環境性を考慮するとＡｕが最も好ましい。特に、ｎ型ＧａＮ系半導体に対するオーミック電極として酸化されやすいＡｌを含むオーミック電極を用いた場合は、オーミック電極表面が酸化されてボンディングの密着性が低下するので、これを回避するため、Ａｕパッド電極を設けてその上にワイヤボンディング行うと好ましい（例えば、特許文献２を参照）。
【０００９】
さらに、オーミック電極とパッド電極の密着性を強化させるため、Ｎｉ、ＴｉやＮｂなどＡｌよりも高融点の金属からなる中間層を介在させる技術が、前記特許文献２および特許文献３に開示されている。
【００１０】
一方、ｎ型ＺｎＯ系半導体に対するオーミック電極としては、ＧａＮ系半導体と同様にＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒなどがオーミック電極材料となると考えられる。このオーミック電極のうち、ＴｉまたはＣｒがｎ型ＺｎＯ層と接する構造を有する場合、または、Ａｌがｎ型ＺｎＯ層と接しない構造を有する場合に、良好なオーミック特性が得られる（例えば、特許文献４を参照）。
【００１１】
ところが、ｎ型ＺｎＯ系半導体上にＡｌを含むｎ型オーミック電極を形成し、これに接してＡｕパッド電極を形成すると、Ａｕパッド電極が設けられていない場合に比べて素子抵抗が顕著に増大するとともに、ボンディングワイヤやリードフレームとの密着性が悪化し、ボンディング時や通電中に電極が剥れやすくなるという問題が生じた。また、前記特許文献４に開示されているように、Ａｌを含むオーミック電極がｎ型ＺｎＯ系半導体と接しないように電極を形成しても、Ａｌを含むオーミック電極とＡｕパッド電極が接する構造であれば高い確率で発生する。これは、ＡｌとＡｕが接するとその界面でＡｌ−Ａｕ合金が形成され、このＡｌ−Ａｕ合金が高抵抗かつ脆いために、導電性と密着性が著しく低下するためであると考えられる。
【００１２】
そこで、前記特許文献２および特許文献３に開示されているように、Ａｌオーミック電極とＡｕパッド電極の間に、密着性を強化するための金属からなる中間層を設けたところ、動作電圧と密着性は改善された。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ａｌオーミック電極とＡｕパッド電極の間に中間層を介在させた場合、酸化物半導体発光素子の発光強度が低下するという問題があった。
【００１４】
図５に、前記Ａｌオーミック電極の層厚と酸化物半導体発光素子の発光強度（任意単位）との関係を示す。Ａｌオーミック電極の層厚が５０ｎｍ以上の場合、中間層の金属材料によらず酸化物半導体発光素子の発光強度は、ほぼ一定である。これは、図６に示すように、オーミック電極を構成するＡｌは、青色〜紫外域の発光に対する光反射率（％）が高いため、Ａｌオーミック電極に入射した発光が、Ａｌオーミック電極で反射されて素子外部へと取り出されるためである。
【００１５】
一方、Ａｌオーミック電極が透光性を有する程度に薄い場合、すなわちＡｌオーミック電極の層厚が５０ｎｍ以下の場合、ｎ型半導体と良好なオーミック接触を形成する遷移金属（Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔｉ）からなる中間層を備えた酸化物半導体発光素子の発光強度は、いずれも低下した。これは、Ａｌオーミック電極が透光性を有する場合、Ａｌオーミック電極に入射した光が、Ａｌオーミック電極を透過して中間層で吸収されるためである。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、前記従来の問題に鑑み、ｎ型ＺｎＯ系半導体とＡｌオーミック電極が接する構造において、ＡｌとＡｕの相互拡散を抑止する中間層を介在させると共に、Ａｌオーミック電極の光透過特性に応じて中間層材料を適切に選択することで優れた発光特性を実現する酸化物半導体発光素子を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る酸化物半導体発光素子は、前記課題を解決するための手段として、
ｎ型酸化物半導体層に接するように積層され、層厚が５０ｎｍ以上であり非透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極と、
前記ｎ型オーミック電極上に形成されたＡｕを含むパッド電極と、
前記ｎ型オーミック電極と前記パッド電極との間に形成された金属からなる中間層とを備えたものである。
【００１８】
前記発明によれば、Ａｌを含むｎ型オーミック電極とＡｕパッド電極の間に、金属からなる中間層が介在することにより、ＡｌとＡｕの相互拡散による合金化を防ぐことができる。これにより、安価で低抵抗なＡｌオーミック電極と耐環境性・プロセス簡便性に優れたＡｕパッド電極からなるｎ型電極を備えた酸化物半導体発光素子を提供できる。また、Ａｌは青色〜紫外域の光反射率が高いので、Ａｌオーミック電極がｎ型酸化物半導体層に接し、かつ層厚が５０ｎｍ以上であれば、Ａｌオーミック電極は非透光性を有する。これにより、発光層からの発光をＡｌオーミック電極で反射させて光取り出し効率を向上させた酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００１９】
前記中間層は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇを含まず、Ａｌより融点の高い金属であることが好ましい。中間層の構成材料には、ｐ型オーミック電極材料（Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ）を含まないことが好ましく、これらの元素の拡散による高抵抗化を防止できる。また、Ａｌより熱的に安定な材料で中間層を構成することにより、高い相互拡散抑止効果が得られる。
【００２０】
また、前記中間層は遷移金属からなることが好ましい。遷移金属は、酸化物半導体との親和性が高く高融点であるので、密着性と相互拡散抑止効果に優れる。
【００２１】
前記中間層は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属を含むことが好ましい。
【００２２】
また、前記中間層が前記遷移金属の酸化物からなることが好ましい。中間層が、遷移金属の酸化物からなることにより酸化物半導体との親和性および安定性がさらに向上するので、より低抵抗で信頼性の高い酸化物半導体発光素子が得られる。
【００２３】
本発明に係る酸化物半導体発光素子は、前記課題を解決するための他の手段として、
ｎ型酸化物半導体層に接するように積層され、層厚が１〜５０ｎｍの範囲内であり透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極と、
前記ｎ型オーミック電極上に形成されたＡｕを含むパッド電極と、
前記ｎ型オーミック電極と前記パッド電極との間に形成されたＰｔを含む中間層とを備えたものである。
【００２４】
前記発明によれば、Ａｌを含むｎ型オーミック電極とＡｕパッド電極の間に、Ｐｔを含む中間層が介在し、Ｐｔは拡散を抑止する効果に極めて優れているので、ＡｌとＡｕの相互拡散による合金化を確実に防ぐことができる。これにより、安価で低抵抗なＡｌオーミック電極と耐環境性・プロセス簡便性に優れたＡｕパッド電極からなるｎ型電極を備えた酸化物半導体発光素子を提供できる。また、Ａｌオーミック電極の層厚が１〜５０ｎｍの範囲内であれば、Ａｌオーミック電極が透光性を有するので酸化物半導体発光素子の光取り出し効率が向上するとともに、十分な電流広がりが得られる。また、Ｐｔを含む中間層は、青色〜紫外域に対して高い光反射率を有するので、Ａｌオーミック電極を透過した発光もＰｔ中間層で反射させることにより、酸化物半導体発光素子の光取り出し効率を大幅に向上させることができる。
【００２５】
また、前記ｎ型オーミック電極は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗから選択された少なくとも１つの遷移金属を含むことが好ましい。前記遷移金属（Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ）は、導電性に優れ、かつｎ型酸化物半導体層と低抵抗なオーミック接触を形成するので、ｎ型オーミック電極がこれら遷移金属を含むことにより、素子抵抗はさらに低減する。
【００２６】
本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、前記課題を解決するための手段として、
ｎ型酸化物半導体層に接するように、層厚が５０ｎｍ以上であり非透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極を積層し、
前記ｎ型オーミック電極上に金属からなる中間層を形成し、
前記中間層上にＡｕを含むパッド電極を積層し、
酸素雰囲気中あるいは大気中で熱処理を行なうものである。
【００２７】
前記発明によれば、熱処理（またはアニール処理）を行うことにより、オーミック電極の酸化物半導体に対する密着性およびオーミック特性は格段に向上する。特に、酸素雰囲気中でアニール処理を行うことにより、電極からの酸素抜けを抑止して、低いオーミック抵抗を保ったまま密着性を向上させることができる。
【００２８】
本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、前記課題を解決するための他の手段として、
ｎ型酸化物半導体層に接するように、層厚が１〜５０ｎｍの範囲内であり透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極を積層し、
前記ｎ型オーミック電極上にＰｔを含む中間層を形成し、
前記中間層上にＡｕを含むパッド電極を積層し、
酸素雰囲気中あるいは大気中で熱処理を行なうものである。
【００２９】
前記発明によれば、熱処理（またはアニール処理）を行うことにより、オーミック電極の酸化物半導体に対する密着性およびオーミック特性は格段に向上する。特に、酸素雰囲気中でアニール処理を行うことにより、電極からの酸素抜けを抑止して、低いオーミック抵抗を保ったまま密着性を向上させることができる。
【００３０】
前記熱処理温度は、３００〜４５０℃の範囲内であることが好ましい。３００℃以上であればオーミック電極の密着性およびオーミック抵抗低減効果を向上することができ、４５０℃以下であれば、酸化物半導体発光素子が劣化せず、特性に優れた酸化物半導体発光素子を製造できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る酸化物半導体発光素子１の断面図である。この酸化物半導体発光素子１は、ｃ面を主面とするサファイア基板２上に、Ｇａを３×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ０．２μｍのｎ型ＺｎＯコンタクト層３（ｎ型酸化物半導体層）、Ｇａを１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ１μｍのｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４、厚さ０．１μｍのノンドープＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層５、Ｎを１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ１μｍのｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層６、Ｎを５×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングした厚さ０．３μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層７が積層されている。
【００３３】
また、ｐ型ＺｎＯコンタクト層７の主表面全面には、厚さ１０ｎｍのＮｉＯを積層した透光性を有するｐ型オーミック電極８が積層され、その上には直径８０μｍで厚さ５００ｎｍのボンディング用Ａｕパッド電極９が積層されている。
【００３４】
また、前記ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４からｐ型ＺｎＯコンタクト層７までのエピタキシャル層の一部がエッチングされており、前記ｎ型ＺｎＯコンタクト層３の一部が露出している。この露出したｎ型ＺｎＯコンタクト層３の表面には、厚さ１００ｎｍのＡｌよりなる非透光性を有するｎ型オーミック電極１０が積層され、その上には直径８０μｍで厚さ１００ｎｍのＺｒよりなる中間層１１、および直径８０μｍで厚さ５００ｎｍのＡｕよりなるボンディング用パッド電極１２が積層されている。
【００３５】
次に、前記酸化物半導体発光素子１を製造する製造方法について説明する。
【００３６】
本実施形態の酸化物半導体発光素子１は、図示しないレーザ分子線エピタキシー（以下レーザＭＢＥと称する）装置で製造される。レーザＭＢＥ装置を用いたレーザＭＢＥ法では、まず、洗浄処理したサファイア基板２上に、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３を厚さ０．２μｍまで成長させる。次に、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４を厚さ１μｍまで成長させる。続いて、ノンドープＣｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層５を厚さ０．１μｍまで成長させ、ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層６を厚さ１μｍまで成長させ、ｐ型ＺｎＯコンタクト層７を厚さ０．３μｍまで成長させ、ｐ型オーミック電極８を厚さ１０ｎｍまで形成する。また、Ａｕパッド電極９を厚さ５００ｎｍまで積層する。
【００３７】
次に、サファイア基板２をレーザＭＢＥ装置から取り出して、サファイア基板２上面の一部をレジストマスク（不図示）で覆った後、サファイア基板２をイオンミリング装置（不図示）により、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４からＡｕパッド電極９までの成長層の一部をエッチングし、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３の一部を露出させる。
【００３８】
次に、サファイア基板２をイオンミリング装置から取り出してレジストマスクを除去し、再び、レーザＭＢＥ装置に導入する。そして、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３表面上に、Ａｌからなる厚さ１００ｎｍのｎ型オーミック電極１０、厚さ１００ｎｍのＺｒよりなる中間層１１、および厚さ５００ｎｍのＡｕよりなるボンディング用パッド電極１２を積層する。このとき、Ｚｒよりなる中間層１１を設けているので、Ａｌオーミック電極１０とＡｕパッド電極１２とは互いに接触しないようになっている。
【００３９】
そして、サファイア基板２をレーザＭＢＥ装置から取り出して、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３の露出部以外に堆積したＡｌ，ＺｒおよびＡｕをエッチング除去する。また、Ａｕパッド電極９、中間層１１およびＡｕパッド電極１２を各々直径８０μｍに加工する。
【００４０】
また、本発明の酸化物半導体発光素子１は、前記レーザＭＢＥ法に限らず、固体あるいは気体原料を用いた分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などの結晶成長手法で製造してもよい。また、ｐ型オーミック電極８、Ａｕパッド電極９、ｎ型オーミック電極１０、中間層１１およびＡｕパッド電極１２は、電子ビーム蒸着法や、スパッタリング法、レーザアブレーション法によって形成することができる。
【００４１】
そして、前記酸化物半導体発光素子１を３００μｍ角のチップ状に分割する。以上のようにして、製造された酸化物半導体発光素子１のＡｕパッド電極９およびＡｕパッド電極１２をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流における動作電圧は３．６Ｖであった。また、１００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１は１つもなかった。
【００４２】
（比較例１）
一方、Ｚｒよりなる中間層１１を備えない１００個の酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装したところ、Ａｕよりなるボンディング用パッド電極１２へのワイヤボンディング時に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子が２５個あった。また、動作電圧が５Ｖ以上の酸化物半導体発光素子は４０個あった。
【００４３】
比較例１の酸化物半導体発光素子の不良原因を調べたところ、Ａｌオーミック電極１０と接するようにして形成されたＡｕパッド電極１２は、Ａｌと合金化して紫色に変色していた。また、ワイヤボンディングの際の電極剥れは、全てこのＡｌと合金化したＡｕパッド電極１２で発生していた。
【００４４】
（比較例２）
また、中間層１１をＺｒで構成する代りにＮｉで構成した１００個の酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディング時に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子は１つもなかったが、動作電圧は全ての酸化物半導体発光素子が５Ｖ以上であった。
【００４５】
以上の結果より、中間層１１を構成する材料としては、ＡｌとＡｕの相互拡散を効果的に抑止し、酸化物半導体との親和性に優れる点で、Ａｌよりも融点が高い遷移金属が好ましく、特に、ｎ型半導体と良好なオーミック接触を形成するＴｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗが好ましい。また、遷移金属の中でもｐ型半導体に対するオーミック電極材料、特にＮｉ、Ｃｕ、Ａｇは、ｎ型オーミック電極を高抵抗化させるので中間層１１に含まれないことが好ましい。
【００４６】
（比較例３）
また、ｎ型オーミック電極１０をＡｌで構成する代りにＴｉで構成した１００個の酸化物半導体発光素子をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディング時に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子は１つもなかった。また、動作電圧は、前記第１実施形態の酸化物半導体発光素子１とほぼ同じであったが、発光強度は前記第１実施形態と比べて約３０％低下した。
【００４７】
すなわち、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３に接するｎ型オーミック電極１０をＴｉ（図６に示すように、Ｔｉは、青色〜紫外域の発光に対する光反射率（％）が低く、約５０％）で構成すると、入射した光が吸収されて酸化物半導体発光素子１の発光効率が低下する。これに対し、本実施形態では光反射率の高いＡｌを用いてｎ型オーミック電極１０を厚さ１００ｎｍで形成しているので、オーミック電極１０に入射した光が吸収されることなく反射される。これにより、反射された光が酸化物半導体発光素子１外部へ取り出され、酸化物半導体発光素子１の発光効率が高くなる。
【００４８】
また、その他の構成は任意であり、本実施形態によって限定されるものではない。
【００４９】
前記実施形態の変形例として、酸化物半導体発光素子１のパッド電極９、１２を形成した後で、酸化物半導体発光素子１を図示しないアニール炉に導入し、常圧酸素中で温度３５０℃で１分間、アニール処理（熱処理）してもよい。この３００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１は１つもなかった。これに対して、前記実施形態の３００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装したところ、１０個の酸化物半導体発光素子１に電極剥れが生じた。また、動作電圧は前記第１実施形態よりも低減し、３．３Ｖであった。
【００５０】
このように、アニール処理（熱処理）することにより、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３（酸化物半導体）とＡｌオーミック電極１０（金属酸化物）との密着性およびオーミック特性が格段に向上する。なお、アニール処理の温度は、３００℃以上であれば密着性および抵抗の低減を向上することができ、４５０℃以下であれば、酸化物半導体素子１が劣化しにくくなる。また、アニール処理における雰囲気は、Ｏ２あるいは大気雰囲気中が好ましく、Ｎ２雰囲気中では逆に抵抗が増大する。また、酸化物半導体発光素子１のｎ型オーミック電極１０は、表面を耐環境性の高いＡｕパッド電極１２で覆われているため、酸素雰囲気中でアニール処理を行ってもＡｌの酸化などが生じにくい。また、中間層１１の介在によってアニール処理時の高温下でもＡｌとＡｕが合金化せず、電極劣化が生じない。
【００５１】
また、前記実施形態の変形例として、ｎ型オーミック電極１０を、Ｔｉ−Ａｌ合金から構成してもよい。この酸化物半導体発光素子１をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、前記第１実施形態とほぼ同様の発光強度の青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流における動作電圧は、３．３Ｖに低減した。また、１００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１は１つもなかった。
【００５２】
このように、ｎ型オーミック電極１０は、Ａｌを含んで構成されていれば、他の元素を含んでもよい。特に、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３と良好なオーミック接触を形成するＴｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗを含むことにより、電極のオーミック抵抗が低減するので好ましい。このとき、これらの金属は、Ａｌオーミック電極１０がｎ型ＺｎＯコンタクト層３と接していれば、多層構造を有してもよい。
【００５３】
また、前記実施形態の変形例として、中間層１１をＺｒで構成するのでなく、ＺｒＯ２から構成してもよい。この酸化物半導体発光素子１をリードフレームにワイヤボンディングした後、酸化物半導体発光素子１を樹脂でモールドし、発光させたところ、前記第１実施形態とほぼ同様の発光強度の青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流における動作電圧は、３．４Ｖに低減した。また、この３００個の酸化物半導体発光素子１をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子１は１つもなかった。
【００５４】
以上のように、中間層１１が遷移金属の酸化物で形成されていることにより、遷移金属で構成される場合に比べて酸化物半導体との親和性および安定性にさらに優れるので、信頼性の高い酸化物半導体発光素子１が得られる。特に、前述したｎ型ＺｎＯコンタクト層３と良好なオーミック接触を形成するＴｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗは酸化物であっても良好な導電性を示すため、密着性が向上し、かつ動作電圧が低減するので好ましい。
【００５５】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る酸化物半導体発光素子１’の断面図である。この酸化物半導体発光素子１’は、前記第１実施形態と異なり、露出したｎ型ＺｎＯコンタクト層３の表面に、厚さ１０ｎｍのＡｌよりなる透光性を有するｎ型オーミック電極１０’が積層されている。その上には直径８０μｍで厚さ１００ｎｍのＰｔよりなる中間層１１’、および直径８０μｍで厚さ５００ｎｍのＡｕよりなるボンディング用パッド電極１２が積層されている。なお、前記第１実施形態と同一かつ同様の作用を有する部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５６】
この酸化物半導体発光素子１’を３００μｍ角のチップ状に分離し、樹脂でモールドし発光させたところ、前記第１実施形態と同様に発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、中間層１１’がＰｔで構成されているのでＡｌオーミック電極１０’の層厚（１０ｎｍ）によらず酸化物半導体発光素子１’は高い発光強度を有する（図５参照）。これは、図６に示すように、Ｐｔの光反射率（％）が他の金属材料に比べて高いためと推察される。図６を参照すると、短波長域で高い光反射率を有する金属にはＡｇが挙げられるが、遷移金属Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇのいずれかを含むとｐ型オーミック電極となり、これらの元素の拡散により高抵抗化するので好ましくない。一方、Ｐｔはｐ型オーミック電極としても用いられるが、融点が極めて高く他の金属材料と反応しにくいため、ｎ型オーミック電極の導電性に影響を与えない。以上の結果より、Ａｌオーミック電極１０’が透光性を有する５０ｎｍ以下の場合は、中間層はＰｔで構成されることが好ましい。
【００５７】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る酸化物半導体発光素子３０の断面図である。この酸化物半導体発光素子３０は、亜鉛面を成長主面とするＺｎＯ単結晶基板２’上に、ｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層４、Ｃｄ０．１Ｚｎ０．９Ｏ発光層５、ｐ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏクラッド層６、ｐ型ＺｎＯコンタクト層７、ｐ型オーミック電極８、およびＡｕパッド電極９からなる成長層を積層したものである。また、前記第１実施形態と異なりｎ型ＺｎＯコンタクト層３が、形成されていない。また、ＺｎＯ単結晶基板２’の裏面には、厚さ１００ｎｍのＡｌよりなる非透光性を有するｎ型オーミック電極１０、厚さ１００ｎｍのＺｒよりなる中間層１１、および厚さ５００ｎｍのＡｕよりなるボンディング用パッド電極１２が積層されている。これら、ｎ型オーミック電極１０、中間層１１およびＡｕパッド電極１２は、図４に示すように、幅３０μｍの格子状にパターン加工されている。なお、前記第１実施形態と同一かつ同様の作用を有する部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
前記構成からなる酸化物半導体発光素子３０を製造するには、第１実施形態と同様に、レーザＭＢＥ装置を用いて基板２’上に前記成長層を形成した後、基板２’裏面に、ｎ型オーミック電極１０、中間層１１およびＡｕパッド電極１２を積層する。次に、基板２’をレーザＭＢＥ装置から取り出して、Ａｕパッド電極９を直径８０μｍに加工し、ｎ型オーミック電極１０、中間層１１およびＡｕパッド電極１２を図４に示すようにエッチングによりパターン加工する。
【００５９】
この酸化物半導体発光素子３０を３００μｍ角のチップ状に分離し、基板２’裏面をＡｇペーストでリードフレームに接着し、Ａｕパッド電極９をリードフレームの他方にワイヤボンディングした後、樹脂でモールドし発光させたところ、前記第１実施形態と同様に発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。また、２０ｍＡの動作電流における動作電圧は、前記第１実施形態より低く３．２Ｖであった。動作電圧が低減したのは、導電性のＺｎＯ基板２’を用いたため、結晶性が改善されて発光効率が向上したことに加え、電流が流れる面積が増大して素子抵抗が低減したためであると考えられる。
【００６０】
また、１００個の酸化物半導体発光素子３０をリードフレームに実装したところ、ワイヤボンディングする際に電極剥れが生じた酸化物半導体発光素子３０は１つもなかった。また、本実施形態のように、ｎ型基板であるＺｎＯ単結晶基板２’裏面に形成されたｎ型の酸化物オーミック電極１０は、導電材である導電性ペースト（Ａｇ）でリードフレームに接続されるため、ワイヤボンディング時の負荷はかからないので剥がれることがない。
【００６１】
また、本実施形態において、基板２’裏面のｎ型オーミック電極１０、中間層１１およびＡｕパッド電極１２の電極パターン形状は格子状としたが、その電極パターン形状はこれに限定されるものではなく、ドット状やストライプ状でもよい。さらに、ｎ型オーミック電極１０、中間層１１およびＡｕパッド電極１２を等しい形状で加工する必要はなく、両者のパターン形状が異っていてもよい。
【００６２】
なお、本実施形態では、基板２’とｎ型クラッド層４との間にｎ型ＺｎＯコンタクト層３を形成しなかったが、ＺｎＯコンタクト層３を形成してバッファ層として用いてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る酸化物半導体発光素子は、ｎ型酸化物半導体層に接するように積層され、層厚が５０ｎｍ以上であり非透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極と、ｎ型オーミック電極上に形成されたＡｕを含むパッド電極と、ｎ型オーミック電極とパッド電極との間に形成された金属からなる中間層とを備えたことにより、ＡｌとＡｕの相互拡散による合金化を防ぐとともに、Ａｌオーミック電極が非透光性を有するので、発光層からの発光をＡｌオーミック電極で反射させることができる。これにより、信頼性と光取り出し効率を向上させた酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００６４】
また、本発明に係る酸化物半導体発光素子は、ｎ型酸化物半導体層に接するように積層され、層厚が１〜５０ｎｍの範囲内であり透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極と、ｎ型オーミック電極上に形成されたＡｕを含むパッド電極と、ｎ型オーミック電極とパッド電極との間に形成されたＰｔを含む中間層とを備えたことにより、ＡｌとＡｕの相互拡散による合金化を防ぐとともに、発光層からの発光をＰｔ中間層で反射させることができる。また、Ａｌオーミック電極が透光性を有するので酸化物半導体発光素子の光取り出し効率が向上するとともに、十分な電流広がりが得られるという効果をも奏する。これにより、信頼性と光取り出し効率を向上させた酸化物半導体発光素子を提供できる。
【００６５】
また、本発明に係る酸化物半導体発光素子の製造方法は、ｎ型酸化物半導体層に接するように、層厚が１〜５０ｎｍの範囲内であり透光性を有するＡｌを含むｎ型オーミック電極を積層し、ｎ型オーミック電極上にＰｔを含む中間層を形成し、中間層上にＡｕを含むパッド電極を積層し、酸素雰囲気中あるいは大気中で熱処理を行なうので、オーミック電極の酸化物半導体に対する密着性およびオーミック特性を格段に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る酸化物半導体発光素子の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る酸化物半導体発光素子の断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る酸化物半導体発光素子の断面図である。
【図４】図３の底面図である。
【図５】Ａｌオーミック電極層の層厚（ｎｍ）と酸化物半導体発光素子の発光強度（任意単位）の関係を示す図である。
【図６】種々の電極金属における発光発光（ｎｍ）に対する光反射率（％）の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…酸化物半導体発光素子
３…ｎ型ＺｎＯコンタクト層（ｎ型酸化物半導体層）
１０…ｎ型オーミック電極（オーミック電極）
１１…中間層
１２…Ａｕパッド電極
【図１】
2004228134.tif 000003
【図２】
2004228134.tif 000004
【図３】
2004228134.tif 000005
【図４】
2004228134.tif 000006
【図５】
2004228134.tif 000007
【図６】
2004228134.tif 000008