(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板が、この順序で積層されてなる窒化物系半導体発光素子において、
保護膜が、前記ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層の側面を覆うように形成され、
前記ｐ型半導体層に接して形成される第１の金属膜層がオーミック接触層からなり、
前記ｐ型半導体層及び前記保護膜に接して形成される第２の金属膜層が密着層からなり、
前記金属板がメッキにより形成されていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記オーミック接触層が、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ａｇの単体金属、及び／又は、それらの合金からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記オーミック接触層の膜厚が０．１ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記密着層が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの単体金属、及び／又は、それらの合金からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記密着層の膜厚が０．１ｎｍ〜２μｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記オーミック接触層上に、Ａｇ、Ａｌ合金からなる反射膜が形成されたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記金属板の膜厚が１０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項８】
前記金属板が無電解メッキ法により形成されたメッキからなることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項９】
前記金属板がＮｉＰ合金からなることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第２の金属膜層と前記金属板との間にメッキ密着層が形成されていること特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１１】
前記メッキ密着層が、前記金属板をなすメッキの５０重量％以上を占める主成分と同一の組成を５０重量％以上含有することを特徴とする請求項１０に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１２】
前記メッキ密着層がＮｉＰ合金からなることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項１３】
少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板を、この順序で積層する積層工程を有する窒化物系半導体発光素子の製造方法において、
保護膜を、前記ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層の側面を覆うようにして形成し、
前記ｐ型半導体層に接する第１の金属膜層としてオーミック接触層を形成し、
前記ｐ型半導体層及び前記保護膜に接する第２の金属膜層として密着層を形成し、
前記金属板をメッキによって形成することを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記積層工程は、前記ｎ型半導体層を、バッファ層を介して基板上に取り付けて行われ、
前記積層工程終了後に、前記基板およびバッファ層を除去することにより、前記ｎ型半導体層を露出させることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記金属板を形成した後、１００℃〜３００℃の温度で熱処理することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記保護膜をＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項１３〜１５の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記密着層をスパッタ法によって形成することを特徴とする請求項１３〜１６の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記金属膜層と前記金属板との間に、スパッタ法によってメッキ密着層を形成すること特徴とする請求項１３〜１７の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物系半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長光発光素子用の半導体材料としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめとして、種々の酸化物基板やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
サファイア単結晶基板は、ＧａＮとは格子定数が１０％以上も異なるが、ＡｌＮやＡｌＧａＮなどのバッファ層を形成することにより、その上に良好な窒化物半導体を形成することができ、一般的に広く用いられている。サファイア単結晶基板を用いた場合、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が、この順で積層される。サファイア基板は絶縁体であるので、その素子構造は一般的に、ｐ型半導体層上に形成された正極とｎ型半導体層上に形成された負極が存在することになる。ＩＴＯなどの透明電極を正極に使用してｐ型半導体側から光を取り出すフェイスアップ方式、Ａｇなどの高反射膜を正極に使用してサファイア基板側から光を取り出すフリップチップ方式の２種類がある。
【０００３】
このように、サファイア単結晶基板は一般的に広く用いられているが、絶縁体であるためにいくつかの問題点がある。
第一に、負極を形成するために発光層をエッチングなどにより除去してｎ型半導体層を露出させることから負極の部分だけ発光層の面積が減ってしまい、その分、出力が低下する。
第二に、正極と負極が同一面にあるために電流の流れが水平方向になってしまい、局部的に電流密度の高いところができ、素子が発熱してしまう。
第三に、サファイア基板の熱伝導率は低いので、発生した熱が拡散せず素子の温度が上昇してしまう。
【０００４】
以上の問題を解決するため、サファイア単結晶基板上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層がこの順で積層した素子に導電性基板を接着し、その後、サファイア単結晶基板を除去して、正極と負極を上下に配置させる方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
また、導電性基板を接着させるのではなく、メッキによって作製する方法が開示されている（例えば、特許文献２）。
また、メッキによって基板を作製する際に、ｐ型半導体層とメッキとの密着性を向上させるため、中間層を成膜する手段も開示されている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
導電性基板を接着させる方法には、ＡｕＳｎなどの低融点金属化合物を接着材とする方法や、真空中でアルゴンプラズマ等を用いて接合面を活性化させ接着する活性化接合等の方法がある。これらの方法では、接着面が極めて平滑であることが要求され、パーティクルなどの異物がある場合にその部分が浮いてしまい、良好に接着できなくなる虞がある等、均一な接着面を形成することは困難であった。
【０００６】
メッキによって基板を作製する場合、異物による影響がほとんど無い点で有利であるが、基板を作製するためには１０μｍ以上の膜厚を必要とするため、ｐ型半導体層との密着性が問題になる。メッキによって基板を作製する場合、ｐ型半導体層上にオーミック接合をさせるためのオーミック接触層を形成し、その後、メッキを施す。特許文献３では、オーミック接触層とメッキ層の間に中間層を用いて密着性を向上させている。
【０００７】
一般に、密着性は金属―金属間やセラミックス―セラミックス間等の同種の物質間では強いが、金属―セラミックス間等の異種の物質間では弱い。金属―セラミックス間の密着性を向上させるためには、セラミックスに対して密着性の良い金属を選択することが一手段として挙げられる。
例えば、ガラス基板にメッキを施す際に、ガラス基板とメッキの間に密着性向上のための付着強化膜をスパッタによって形成し、付着強化膜の材料として、ガラス基板との密着性に優れたＣｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｉ等を用いたものが提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００８】
ｐ型半導体層上にオーミック接触層を形成する第一の目的は、良好なオーミック接合を得ることにある。しかしながら、密着性を向上させるためにオーミック接触層に過度の負荷をかけた場合、オーミック接合が低下する危険性がある。
例えば、特許文献３に記載の半導体素子では、５００℃で約３分間の熱処理を行うことにより、オーミック接触層とｐ型半導体層との合金化処理を施して密着性を向上させているが、このような処理によってオーミック性が低下し、ショットキー接合となってしまう虞がある。
【特許文献１】特許第３５１１９７０号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４５０７号公報
【特許文献３】特開２００４−４７７０４号公報
【特許文献４】特開平１１−１６１９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、オーミック接合に優れるとともに、メッキによって基板を作製した際に剥離することがなく、高品質で安定的に製造することが可能な、正極と負極を上下に配置させた半導体発光素子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】
【００１０】
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意努力検討した結果、ｐ型半導体層上にオーミック接触層と密着層を分けて形成し、メッキによって金属板を形成することにより、オーミック接合に優れ、且つ、メッキによって基板を作製した際に剥離のないことを見出し、本発明を完成した。また、ｐ型半導体層上にオーミック接触層を形成し、ｎ型半導体層、発光層上に絶縁性の保護膜層を形成し、さらに密着層を形成したうえで、メッキによって金属板を形成することでも、同様の効果があることを見出した。
即ち本発明は以下に関する。
【００１１】
（１）少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板が、この順序で積層されてなる窒化物系半導体発光素子において、保護膜が、前記ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層の側面を覆うように形成され、前記ｐ型半導体層に接して形成される第１の金属膜層がオーミック接触層からなり、前記ｐ型半導体層及び前記保護膜に接して形成される第２の金属膜層が密着層からなり、前記金属板がメッキにより形成されていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
（２）前記オーミック接触層が、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ａｇの単体金属、及び／又は、それらの合金からなることを特徴とする（１）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（３）前記オーミック接触層の膜厚が０．１ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（４）前記密着層が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの単体金属、及び／又は、それらの合金からなることを特徴とする（１）〜（３）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（５）前記密着層の膜厚が０．１ｎｍ〜２μｍであることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（６）前記オーミック接触層上に、Ａｇ、Ａｌ合金からなる反射膜が形成されたことを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（７）前記金属板の膜厚が１０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする（１）〜（６）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（８）前記金属板が無電解メッキ法により形成されたメッキからなることを特徴とする（１）〜（７）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（９）前記金属板がＮｉＰ合金からなることを特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（１０）前記第２の金属膜層と前記金属板との間にメッキ密着層が形成されていること特徴とする（１）〜（９）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子。
（１１）前記メッキ密着層が、前記金属板をなすメッキの５０重量％以上を占める主成分と同一の組成を５０重量％以上含有することを特徴とする（１０）に記載の窒化物系半導体発光素子。
（１２）前記メッキ密着層がＮｉＰ合金からなることを特徴とする（１０）又は（１１）に記載の窒化物系半導体発光素子。
【００１２】
（１３）少なくともｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、金属膜層、金属板を、この順序で積層する積層工程を有する窒化物系半導体発光素子の製造方法において、保護膜を、前記ｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層の側面を覆うようにして形成し、前記ｐ型半導体層に接する第１の金属膜層としてオーミック接触層を形成し、前記ｐ型半導体層及び前記保護膜に接する第２の金属膜層として密着層を形成し、前記金属板をメッキによって形成することを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１４）前記積層工程は、前記ｎ型半導体層を、バッファ層を介して基板上に取り付けて行われ、前記積層工程終了後に、前記基板およびバッファ層を除去することにより、前記ｎ型半導体層を露出させることを特徴とする（１３）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１５）前記金属板を形成した後、１００℃〜３００℃の温度で熱処理することを特徴とする（１３）又は（１４）に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１６）前記保護膜をＣＶＤ法によって形成することを特徴とする（１３）〜（１５）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１７）前記密着層をスパッタ法によって形成することを特徴とする（１３）〜（１６）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
（１８）前記金属膜層と前記金属板との間に、スパッタ法によってメッキ密着層を形成すること特徴とする（１３）〜（１７）の何れかに記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の窒化物系半導体発光素子によれば、ｐ型半導体層上にオーミック接触層と密着層を分けて形成し、メッキによって基板を形成することにより、オーミック接合に優れるとともに、メッキによって基板を作製した際に剥離することがない。これにより、高品質で安定的に製造することが可能な、正極と負極を上下に配置させた半導体発光素子が得られる。
また、ｐ型半導体層上にオーミック接触層を形成し、ｎ型半導体層及び発光層上に絶縁性の保護膜層を形成し、さらに密着層を形成したうえで、メッキによって金属板を形成することでも、同様の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の窒化物系半導体発光素子の実施形態について、図面を参照して説明する。
ただし、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
【００１５】
［実施形態１］
図１は、ｐ型半導体層上にオーミック接触層と密着層を分けて形成し、メッキ基板（金属板）を形成した本発明の窒化物系半導体発光素子の一例を示す断面模式図である。
本実施形態の窒化物系半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１０３、発光層１０４、ｐ型半導体層１０５、オーミック接触層１０７及び密着層１０６（第１の金属膜層）メッキ密着層１０９、メッキ基板１１０（金属板）が、この順序で積層（図１の上下方向）されてなる。図１に示す例では、ｐ型半導体層１０５上面の略中央付近に形成されたオーミック接触層１０７上に、光の反射を向上させるための反射層１０８が形成されており、前記メッキ密着層１０９が、反射層１０８及び密着層１０６上に形成されている。密着層１０６は、ｐ型半導体層１０５上に形成されるとともに、該ｐ型半導体層１０５上に積層して形成されたオーミック接触層１０７及び反射層１０８を囲うように形成されている。メッキ密着層１０９は、周縁部１０９ａが密着層１０６上に積層して形成され、中央部１０９ｂが反射層１０８上に積層して形成されている。そして、本実施形態の窒化物系半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１０３の下面に透明電極１１１が形成され、該透明電極１１１の下面に負電極１１２が形成されるとともに、メッキ基板１１０の上面に正電極１１３が形成されることにより、上下電極配置型に概略構成されている。
【００１６】
また、本実施形態の窒化物系半導体発光素子を作製する際は、図２に示す例のように、サファイア基板２０１上にバッファ層２０２を介して、ｎ型半導体層２０３、発光層２０４、ｐ型半導体層２０５を積層して窒化物系半導体を形成する。このようにして形成された窒化物系半導体のｐ型半導体層２０５上にオーミック接触層２０７、及び反射層２０８を積層してから周辺部を除去し、次に密着層２０６を成膜する。図２に示す例のように、密着層２０６は、オーミック接触層２０７及び反射層２０８を囲むようにして形成されている。
次いで、密着層２０６及び反射層２０８の上にメッキを施すことにより、メッキ基板２１０を形成するが、該メッキ基板２１０の形成前に、密着層２０６及び反射層２０８とメッキ基板２１０との間の密着性を向上させるため、メッキ密着層２０９を設けるが、このメッキ密着層２０９は略しても良い。メッキ基板２１０形成後、サファイア基板２０１を剥離し、さらにバッファ層２０２を除去する。そして、透明電極、正電極及び負電極を形成することにより、図１に示すような透明電極１１１、正電極１１３及び負電極１１２を備え、素子単位で分割することにより、図１に示す窒化物系半導体発光素子１を得ることができる。
本発明の窒化物系半導体発光素子は、上述のような積層工程によって図２に示すような各層が形成され、最終的に、サファイア基板２０１及びバッファ層２０２を除去して、メッキ基板２１０を素子単位で分割することにより、図１に示すような窒化物系半導体発光素子が形成される。
【００１７】
サファイア基板１０１には、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＡｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶などの公知の基板材料を何ら制限無く用いることができる。ＳｉＣなどの導電性基板を用いれば、正極と負極を上下に配置させた素子の作製は、基板剥離を行わなくとも可能であるが、その場合には絶縁体であるバッファ層１０２を使用することができなくなるので、サファイア基板１０１上に成長する窒化物系半導体層の結晶が劣化してしまい、良好な半導体素子を形成することができない。本発明においては、導電性のＳｉＣ、Ｓｉを用いた場合でもサファイア基板１０１の剥離を行う。
【００１８】
バッファ層１０２は、例えば、サファイア単結晶基板とＧａＮの格子定数が１０％以上も異なるため、その中間の格子定数を有するＡｌＮやＡｌＧａＮ等が、ＧａＮの結晶性を向上させるために一般的に使用されており、本発明においてもＡｌＮやＡｌＧａＮが何ら制限なく用いられる。
【００１９】
窒化物系半導体層は、例えばｎ型半導体層１０３、発光層１０４、ｐ型半導体層１０５からなるヘテロ接合構造で構成される。窒化物系半導体層としては、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）で表される半導体が多数知られており、本発明においても一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）で表される窒化物系半導体が何ら制限なく用いられる。
【００２０】
窒化物系半導体の成長方法は特に限定されず、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＰＶＥ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等、ＩＩＩ族窒化物系半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。
【００２１】
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてはアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。
また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ４）を用い、ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ）を用いる。
【００２２】
オーミック接触層１０７に要求される性能としては、ｐ型半導体層１０５との接触抵抗が小さいことが必須である。
オーミック接触層１０７の材料としては、ｐ型半導体層１０５との接触抵抗の観点から、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ等の白金族、またはＡｇを用いることが好ましい。さらに好ましくは、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ及びＲｕであり、Ｐｔが特に好ましい。
オーミック接触層１０７にＡｇを用いることは、良好な反射を得るためには好ましいが、接触抵抗はＰｔよりも大きい。したがって、接触抵抗がそれほど要求されない用途にはＡｇを用いることも可能である。
【００２３】
オーミック接触層１０７の厚さは、低接触抵抗を安定して得るために０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な接触抵抗が得られる。
また、オーミック接触層１０７上には、Ａｇ合金等からなる反射層１０８を設けても良い。Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯＳ、Ｐｄ等は、Ａｇ合金と比較すると可視光から紫外領域の反射率が低い。したがって、発光層１０４からの光が十分に反射せず、発光出力の高い素子を得ることが難しい。この場合、オーミック接触層１０７を、光が十分に透過するように薄く形成し、Ａｇ合金などの反射層１０８を形成して反射光を得る方が、良好なオーミック接触が得られ、かつ出力の高い素子を作製することができる。この場合のオーミック接触層１０７の膜厚は３０ｎｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは１０ｎｍ以下である。
オーミック接触層１０７および反射層１０８の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。
【００２４】
密着層１０６には、ＧａＮと密着性の良い金属を用いることができる。密着層１０６の材料としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの単体金属、及び／又は、それらを組み合わせた合金を用いることができる。
【００２５】
また、メッキ基板１１０と、密着層１０６、オーミック接触層１０７及び反射層１０８との間の密着性を向上させるために、メッキ密着層１０９を形成しても良い。メッキ密着層１０９の材料は、メッキ基板１１０に使用するメッキによって異なってくるが、メッキ成分に主に含まれる物質を含んでいた方が密着性を向上させる。例えば、メッキ密着層１０９は、メッキ基板１１０の５０重量％以上を占める主成分と同一の組成を、５０重量％以上含有する構成とすることが好ましい。
また、メッキ基板１１０にＮｉＰメッキを用いる場合、メッキ密着層１０９にはＮｉ系合金を用いることが好ましい。さらに好ましくはＮｉＰを用いることである。
【００２６】
密着層１０６及びメッキ密着層１０９の厚さは、良好な密着性を得るため、各々０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な密着性が得られる。密着層１０６及びメッキ密着層１０９の厚さの上限は特に限定されないが、生産性の観点から２μｍ以下にすることが好ましい。
密着層１０６、メッキ密着層１０９の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のスパッタ法や蒸着法を用いることができる。スパッタ法は、スパッタ粒子が高エネルギーを持って基板表面に衝突して成膜されるので、密着性の高い膜を得ることができる。したがって、スパッタ法を用いることがより好ましい。
密着層１０６は、図１に示すようにオーミック接触層１０７と平行に形成しても良いし、また、図３に示す例のように、オーミック接触層３０７及び反射層３０８を覆うように形成する密着層３０６とすることもでき、適宜採用することができる。
【００２７】
メッキ基板１１０には、無電解メッキ、電解メッキのどちらでも用いることができる。無電解メッキの場合、材料としてはＮｉＰ合金メッキを用いることが好ましい。
メッキ基板１１０の厚さは、基板としての強度を保つために１０μｍ以上とすることが好ましい。また、メッキ基板１１０が厚すぎるとメッキの剥離が起こりやすくなり、かつ生産性も低くなるので２００μｍ以下とすることが好ましい。
メッキを実施する際は、窒化物系半導体発光素子の表面を、汎用の中性洗剤等を用いて、予め脱脂洗浄しておくことが好ましい。また、硝酸などの酸を用いてメッキ密着層等の表面に化学エッチングを施すことにより、メッキ密着層上の自然酸化膜を除去するのが好ましい。
ＮｉＰメッキ等のメッキ処理方法としては、メッキ浴として、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケルなどのニッケル源と、次亜リン酸塩などのリン源を含むものを用いた無電解メッキ処理法を採用することができる。無電解メッキ法に用いられるメッキ浴として好適な市販品としては、上村工業製のニムデンＨＤＸ等がある。無電解メッキ処理を行う際のメッキ浴のｐＨは４〜１０、温度は３０〜９５℃とすることが好ましい。
【００２８】
また、メッキ基板１１０には、ＣｕまたはＣｕ合金のメッキを用いても良い。
ＣｕまたはＣｕ合金のメッキ処理方法としては、メッキ浴として、例えば硫酸銅などのＣｕ源を用いる電解メッキ処理法を採用することができる。電気メッキ処理を行う際のメッキ浴のｐＨは２以下の強酸条件下で実施することが好ましい。温度は１０〜５０℃とすることが好ましく、常温（２５℃）で実施することがより好ましい。電流密度は０．５〜１０Ａ／ｄｍ２で実施することが好ましく、２〜４Ａ／ｄｍ２で実施することがより好ましい。
また、表面を平滑化させるためにレベリング剤を添加することがより好ましい。レベリング剤に用いられる市販品としては、例えば上村工業製のＥＴＮ−１−ＡやＥＴＮ−１−Ｂなどが用いられる。
【００２９】
上述のようにして得られたメッキ基板１１０の密着性を向上させるため、熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度は１００〜３００℃の範囲とすることが、密着性向上の点から好ましい。熱処理温度を上述の範囲以上とすると、密着性がさらに向上する可能性はあるものの、オーミック性が低下してしまう虞がある。
【００３０】
メッキ基板１１０の形成後、サファイア基板１０１の剥離を行う。サファイア基板１０１を剥離する方法としては、研磨法、エッチング法、レーザリフトオフ法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。
サファイア基板１０１を剥離した後、研磨法、エッチング法などによりバッファ層１０２を除去し、ｎ型半導体層１０３を露出させ、該ｎ型半導体層１０３上に図示略の負極を形成する。負極としては、公知の各種組成及び構造のものを、何ら制限なく用いることが出来る。
また、正極としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕ等の材料を用いた各種構造が公知であり、これら公知の材料を何ら制限なく用いることが出来る。
【００３１】
［実施形態２］
図４は、あらかじめ窒化物系半導体をサファイア基板から分離した後、ｎ型半導体層１０３の下面に負電極１１２が形成され、メッキ基板１１０の上面に正電極１１１が形成されることにより、上下電極配置型に概略構成された状態を示し、この図４の状態から、図６に示すように、ダイシングラインＤＬ１、ＤＬ２に沿って分離することで、図７に示す形状の窒化物系半導体発光素子が得られる。図４に示すような上下電極配置型の構造とする前に、図５に示すように窒化物系半導体層を形成する。
図５に示す例では、窒化物系半導体発光素子を作製する際、サファイア基板（基板）５０１上にバッファ層５０２を介して、ｎ型半導体層５０３、発光層５０４、ｐ型半導体層５０５を積層して窒化物系半導体層を形成する。このようにして形成された窒化物系半導体を、サファイア基板５０１上で各窒化物半導体層からなる素子単位にあらかじめ分割し、露出したｐ型半導体層５０５、発光層５０４及びｎ型半導体層５０３を保護膜５１１で覆う。次いで、ｐ型半導体層５０５上の保護膜５１１の一部（ｐ型半導体層５０５の上面中央付近）を除去する。次いで、オーミック接触層５０７をｐ型半導体層５０５上に形成し、さらに、反射層５０８をオーミック接触層５０７上に形成する。次いで、保護膜５１１、オーミック接触層５０７側面、ｐ型電極層５０５の一部、反射層５０８側面及び上面を覆うように、密着層５０６を形成する。そして、メッキを施すことにより、メッキ基板５１０を形成する。メッキ基板５１０形成後、サファイア基板５０１を剥離し、さらにバッファ層５０２を除去する。そして、正電極及び負電極を形成することにより、図４に示すような、正電極５１３及び負電極５１２を備えた上下電極配置型の構造となる。
【００３２】
図４に示すように、本実施形態で説明する構造は、ｎ型半導体層４０３、発光層４０４、ｐ型半導体層４０５、オーミック接触層４０７（第１の金属膜層）及び密着層４０６（第２の金属膜層）、メッキ基板４１０（金属板）が、この順序で積層（図４の上下方向）されてなり、オーミック接触層４０７上には反射層４０８が形成されている。また、本実施形態では、保護膜４１１が、ｎ型半導体層４０３、発光層４０４及びｐ型半導体層４０５の側面を覆うように形成されており、保護膜４１１の側面には、密着層４０６及びメッキ密着層４０９、メッキ基板４１０（金属板）の延出部４１０ａが、この順で積層されている。
【００３３】
保護膜４１１は、上述のようにｎ型半導体層４０３、発光層４０４及びｐ型半導体層４０５の側面を覆うとともに、図４の上端（先端）４１１ａがｐ型半導体層４０５の上面の周縁部４０５ａを覆うように形成されている。本例の保護膜４１１の下部４１１ｂは、ｎ型半導体層４０３の下面と面一に、周囲方向へ延びて形成されている。
オーミック接触層４０７は、ｐ型半導体層４０５上に形成されており、上述のように、上面に反射層４０８が形成されている。
密着層４０６は、保護膜４１１と同様に、上端（先端）４０６ａがｐ型半導体層４０５の上面の一部及び保護膜４１１を覆うように形成されるとともに、オーミック接触層４０７の側面、及び反射層４０８の側面と上面を覆うように形成されている。また、下部４０６ｂも保護膜４１１と同様に、下部４１１ｂに積層される形で、周囲方向へ延びて形成されている。
上述のように、オーミック接触層４０７（第１の金属膜層）と密着層４０６（第２の金属膜層）とは、それぞれｐ型半導体層４０５上と保護膜５１１上とに分けて形成される形となっている。
メッキ基板４１０は、密着層４０６を覆うように形成されており、図４に示す例では、メッキ基板４１０と密着層４０６との間にメッキ密着層４０９が形成されている。
【００３４】
本実施形態のように、あらかじめ窒化物系半導体をサファイア基板上で分割する利点としては、窒化物系半導体の応力を緩和できる、レーザリフトオフ法を用いる場合、サファイア基板の剥離が容易に行えること等が挙げられる。
【００３５】
窒化物系半導体をサファイア基板上で分割する方法としては、エッチング法、レーザカッティング法など公知の技術を何ら制限なく用いることが出来る。レーザリフトオフ法を用いて窒化物系半導体を分割する場合、サファイア基板にダメージを与えないようにすることが、良好な基板剥離をする点で好ましい。また、エッチング法で分割する場合には、窒化物系半導体に対してはエッチングレートが早く、サファイア基板に対してはエッチングレートが遅い手法を用いることが好ましい。また、レーザで分割する場合には、ＧａＮとサファイアの吸収波長の違いから、３００〜４００ｎｍの波長を持ったレーザを用いることが好ましい。
【００３６】
保護膜４１１は、発光層４０４及びｎ型半導体層４０３が露出した構成とした場合に、ｐ型半導体層４０５とｎ型半導体層間４０３との間での短絡を防止するために設けられる。
保護膜４１１に用いられる材料は、絶縁体であれば公知の材料を何ら制限なく用いることができ、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４を用いることが、品質が安定する点でより好ましい。
保護膜４１１の厚さは、良好な絶縁性を得るために０．１ｎｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましくは１ｎｍ以上であり、均一な密着性が得られる。保護膜４１１の厚さに特に上限はないが、生産性の観点から１μｍ以下とすることが好ましい。
保護膜４１１の成膜方法については、特に制限されることはなく公知のＣＶＤ法やスパッタ法や蒸着法を用いることができる。保護膜４１１は半導体層の側面に形成する必要があるため、側面への被覆性に優れたＣＶＤ法を用いることが特に好ましい。保護膜４１１は、その目的からすると半導体層の側面にのみ形成されればよいが、マスキングの精度を考慮した場合、図４に示すように、ｐ型半導体層４０５にも一部被覆されるように形成することが好ましい。
【００３７】
なお、本実施形態のサファイア基板４０１、バッファ層４０２、窒化物系半導体層（ｎ型半導体層４０３、発光層４０４、ｐ型半導体層４０５）、オーミック接触層４０７、密着層４０６、メッキ密着層４０９、メッキ基板４１０には、実施形態１と同様のものを用いることができる。
また、密着層４０６は保護膜４１１上に形成されるが、同時にｐ型半導体層４０５上に形成された構成としても良い。
また、図５に示すサファイア基板５０１の剥離方法としては、実施形態１と同様の方法で行うことができる。
また、正極、負極には実施形態１と同様のものを用いることができる。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００３９】
［実施例１］
（作製方法）
本実施例では、図１の断面模式図に示すような窒化物系半導体発光素子を作成した。
まず、サファイア基板１０１上に、ＡｌＮからなるバッファ層１０２（厚さ１０ｎｍ）を介して、厚さ５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層、厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重井戸構造の発光層、厚さ５０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層を順に積層した。
【００４０】
次いで、窒化物系半導体のｐ型コンタクト層（ｐ型半導体層１０５）上に、厚さ１．５ｎｍのＰｔ層と、厚さ５ｎｍのＣｒ層を、図１に示すようにスパッタ法により成膜した（オーミック接触層１０７の形成）。そして、Ｐｔ層上に厚さ３０ｎｍのＡｇをスパッタ法により成膜した（反射層１０８の形成）。Ｐｔ、ＣｒおよびＡｇのパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
【００４１】
次いで、厚さ３０ｎｍのＮｉＰ合金（Ｎｉ：８０ａｔ％、Ｐ：２０ａｔ％）を、スパッタ法により成膜した。そして、ＮｉＰ合金膜表面を硝酸水溶液（５Ｎ）に浸漬し、温度２５℃、時間３０秒で処理して酸化皮膜を除去した。
次いで、メッキ浴（上村工業製、ニムデンＨＤＸ−７Ｇ）を用いて、ＮｉＰ合金膜上に、５０μｍのＮｉＰ合金からなる無電解メッキ層を形成し、メッキ金属基板（メッキ基板１１０）を得た。この際の処理条件はｐＨ４．６、温度９０℃、時間３時間とした。次いで、このメッキ金属基板を水洗、乾燥した後、クリーンオーブンを用いて２５０℃の条件下で１時間処理した。
【００４２】
次いで、サファイア基板１０１及びバッファ層１０２を研磨法により剥離し、ｎ型半導体層１０３を露出させた。
次いで、ｎ型半導体層１０３の表面に、ＩＴＯ（ＳｎＯ２：１０ｗｔ％）を４００ｎｍ蒸着により成膜した。次いで、ＩＴＯ表面上の中央部に、Ｃｒ（４０ｎｍ）、Ｔｉ（１００ｎｍ）、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる負極を、蒸着法により成膜した（図２の負電極２１２参照）。負電極のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いた。
また、ｐ型半導体表面上には、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる正極を、蒸着法により成膜した（図２の正電極２１３参照）。
次いで、ダイシングにより分割し、３５０μｍ角の窒化物系半導体素子とした。
【００４３】
（評価方法）
密着性を評価するため、メッキ金属基板（メッキ基板１１０）を作製して熱処理をした後に膜剥離試験を実施した。剥離試験は、ＪＩＳに規定された方法（ＪＩＳ  Ｈ８０６２−１９９２）に、ヒートショック試験を組み合わせた加速試験を採用した。
まず、金属膜層、メッキ金属板にカッターナイフを用いて直線状の引っかき傷を１ｍｍ間隔の碁盤目状に入れた。この引っかき傷の深さは、サファイア基板１０１表面に到達する深さとした。次いで、これを４００℃のオーブン内で３０分加熱した後に、温度２０℃に水中で急冷、乾燥させた。
次いで、引っかき傷を入れたメッキ金属板表面部分に粘着テープ（ニチバン製、セロハンテープ、幅１２ｍｍ）を貼り付け、これを隙間無く密着させた後、テープをメッキ金属板表面から引き剥がした。この際、引っかき傷によって区画された１ｍｍ四方のメッキ金属板表面区画１００個の内、引き剥がされずに残った区画を計数した。即ち、残った区画が１００個であれば、膜剥がれが無いものと判断できる。
【００４４】
［実施例２〜１３、比較例１〜７］
オーミック接触層、密着層、メッキ基板、メッキ密着層の各組成及び膜厚と、メッキアニールの各温度及び時間を、表１に示すように変化させた以外は、実施例１と同様にして窒化物系半導体発光素子を作製し、各々評価を行った。
なお、密着層がない比較例１、２については、密着層の部分にその境界部も含めてオーミック接触層を成膜した。
オーミック接触層、密着層、メッキ密着層については、スパッタ法を用いて成膜した。
また、メッキ基板にＣｕを用いた実施例１０では、以下の条件でメッキを施した。Ｃｕのメッキ条件としては、ＣｕＳＯ４：８０ｇ／Ｌ、硫酸：２００ｇ／Ｌ、レベリング剤（上村工業製ＥＴＮ−１−Ａ：１．０ｍＬ／Ｌ，ＥＴＮ−１−Ｂ：１−ｍＬ／Ｌ）を使用し、電流密度２．５Ａ／ｄｍ２で常温にてメッキを実施した。メッキ時間は３時間とし、５０μｍのＣｕ膜を成膜した。また陽極には含リン酸銅を使用した。
【００４５】
［実施例１４］
本実施例では、図４の断面模式図に示すような窒化物系半導体発光素子を作成した。
まず、サファイア基板４０１上に、ＡｌＮからなるバッファ層４０２（厚さ１０ｎｍ）を介して、厚さ５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層、厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重井戸構造の発光層、厚さ５０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層を順に積層した。
【００４６】
次いで、ドライエッチングによりバッファ層４０２に至るまで窒化物系半導体を掘り、図６に示すように分割した。
そして、窒化物系半導体のｐ型コンタクト層（ｐ型半導体層４０５）上に、厚さ１．５ｎｍのＰｔ層（オーミック接触層４０７）を、該Ｐｔ層の上に厚さ３０ｎｍのＡｇ層（反射層４０８）を、スパッタ法により成膜した。
保護膜４１１は、図４及び図６に示すように、ｐ型半導体層４０５、発光層４０４、ｎ型半導体層４０３を覆うために、ドライエッチング部４１２とｐ型半導体４０５表面の外周部に１００ｎｍ成膜した。
Ｐｔ、Ｃｒ及び保護膜４１１のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いた。
保護膜４１１の成膜には、ＳｉＨ４とＯ２を用いたＣＶＤ法を用いた。
【００４７】
次いで、厚さ５ｎｍのＣｒと厚さ３０ｎｍのＮｉＰ合金（Ｎｉ：８０ａｔ％、Ｐ：２０ａｔ％）を、スパッタ法により成膜した。そして、ＮｉＰ合金膜表面を硝酸水溶液（５Ｎ）に浸漬し、温度２５℃、時間３０秒で処理し、酸化皮膜を除去した。
次いで、メッキ浴（上村工業製、ニムデンＨＤＸ−７Ｇ）を用いて、ＮｉＰ合金膜上に５０μｍのＮｉＰ合金からなる無電解メッキを形成し、メッキ金属基板（メッキ基板４１０）を得た。この際の、処理条件はｐＨ４．６、温度９０℃、時間３時間とした。次いで、このメッキ金属基板を水洗、乾燥した後、クリーンオーブンを用いて２５０℃の条件下で１時間処理した。
【００４８】
次いで、サファイア基板４０１及びバッファ層４０２をレーザリフトオフ法により剥離し、ｎ型半導体層４０３を露出させた。
次いで、ｎ型半導体層４０３の表面に、ＩＴＯ（ＳｎＯ２：１０ｗｔ％）を４００ｎｍ、蒸着により成膜した。次いで、ＩＴＯ表面上の中央部に、Ｃｒ（４０ｎｍ）、Ｔｉ（１００ｎｍ）、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる負極を、蒸着法により成膜した。負電極のパターンは、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いた。
また、ｐ型半導体表面上には、Ａｕ（１０００ｎｍ）からなる正極を、蒸着法により成膜した。
次いで、ダイシングにより分割し、３５０μｍ角の窒化物系半導体素子とした。
【００４９】
各実施例及び比較例の作製条件、及び評価結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
［評価結果］
表１に示すように、Ｃｒからなる密着層、及びＮｉ−２０Ｐからなるメッキ密着層を設けた、実施例１に示す本発明の窒化物系半導体発光素子は、剥離が全く発生しなかった。また、密着層にＶ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの各材料を用いた、実施例２〜９の窒化物系半導体発光素子も、剥離は全く発生しなかった。また、オーミック層にＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄを用いた実施例１１〜１３の窒化物半導体発光素子も、剥離は全く発生しなかった。
また、Ｃｕからなるメッキ密着層を設けるとともに、Ｃｕからなるメッキ基板を設けた実施例１０の窒化物系半導体発光素子も剥離は全く発生しなかった。
また、実施例１１の窒化物系半導体発光素子（表１には記載せず）も、残留区画数が１００であり、剥離は生じなかった。
上述のように、本発明の窒化物系半導体発光素子は、何れの実施例においても高い評価が得られた。
【００５２】
これに対して、密着層およびメッキ密着層のない比較例１においては、残留区画数が０であり、全て剥離していることが分かる。
また、比較例２のようにメッキ密着層を設けるだけでも、剥離防止のある程度の効果はあるももの、残留区画数は２４であり、３／４程度の剥離が生じていることが分かる。同様に密着層をを設けるだけでも、剥離防止のある程度の効果はあるももの、残留区画数は５２であり、１／２程度の剥離が生じていることが分かる。
また、比較例４のように、Ｃｒからなる密着層の膜厚が０．５ｎｍと薄い場合は、残留区画数が７８と、剥離の度合いはかなり改善されるものの、完全に剥離を防止することができないことが分かる。
また、比較例５のように、メッキ基板に対してアニールを行わなかった場合には、残留区画数が４５であり、半分以上の剥離が生じていることが分かる。なお、この場合の剥離は、全てがメッキ基板からのものであり、密着層からの剥離は観察されなかった。
オーミック層の膜厚は、オーミック層が無くとも、あるいは４０ｎｍと厚い場合でも、比較例６、７に示すように残留区画数が１００と剥離は生じなかった。しかしながら、オーミック層がない比較例６ではＶｆの上昇が観察された。また、オーミック層が４０ｎｍと厚い比較例７では反射率が低下し出力の低減が生じてしまった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によって提供される窒化物系半導体発光素子は、優れた特性と安定性を有し、発光ダイオードおよびランプ等の材料として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の一例を示す図であり、断面構造を示した模式図である。
【図２】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の一例を示す図であり、断面構造を示した模式図である。
【図３】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の他例を示す図であり、断面構造を示した模式図である。
【図４】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の他例を示す図であり、断面構造を示した模式図である。
【図５】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の他例を示す図であり、断面構造を示した模式図である。
【図６】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の分離前の状態を示す平面図である。
【図７】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の分離後の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、２、３…窒化物系半導体発光素子、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１…サファイア基板（基板）、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２…バッファ層、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３…ｎ型半導体層、１０４、２０４、３０４、４０４、５０４…発光層、１０５、２０５、３０５、４０５、５０５…ｐ型半導体層、１０６、２０６、３０６、４０６、５０６…密着層、１０７、２０７、３０７、４０７、５０７…オーミック接触層、１０８、２０８、３０８、４０８、５０８…反射層、１０９、２０９、３０９、４０９、５０９…メッキ密着層、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０…メッキ基板（金属板）、４１１、５１１…保護膜
【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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