(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の伝導型窒化物半導体層と、
前記第１の伝導型窒化物半導体層上に設けられた第２の伝導型窒化物半導体層と、
を備える窒化物半導体発光素子であって、
前記第２の伝導型窒化物半導体層上には、透光性導電層(17)が設けられ、
前記透光性導電層(17)上の一部には、
反射膜(312)と、
前記反射膜(312)と前記透光性導電層(17)とを絶縁する透光性膜(311)と、
を有する反射層(31)が設けられ、
前記反射層(31)上には、金属電極層(40)が設けられると共に、
前記金属電極層(40)が、前記反射層(31)の設けられていない領域で前記透光性導電層(17)と直接接し、
前記反射膜(312)は、Ａｌ又はＡｇを含み、
前記金属電極層(40)は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒのいずれかの金属を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記透光性導電層(17)は、亜鉛、インジウム、スズよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記透光性導電層(17)がＩＴＯを含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記金属電極層(40)は、前記第２の伝導型窒化物半導体層上のほぼ全面に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記反射層(31)が設けられていない領域を電流の導通経路(32)として、該導通経路(32)を複数設けてなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ＜１）からなる窒化物半導体を積層した半導体層を用いて形成した窒化物半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム等の窒化物系半導体を用いた発光素子は、紫外光、青色光、緑色光等の発光が可能であり、高効率で低消費電力である上、小型化可能で機械的な振動等にも強く、長寿命で信頼性が高い等の利点を有することから、各方面での利用が進んでいる。特に発光素子は大型ディスプレイや信号機、携帯電話のバックライト光源などへの普及が顕著である。
【０００３】
窒化物系半導体を用いた発光素子においては、活性層で発生される光を外部に取り出して有効利用できるように、光の取り出し効率を高めることが重要となる。このような観点から透光性を有する導電膜が電極として要求されており、例えばＩＴＯ（ＩｎとＳｎの複合酸化物）やＳｎＯ2、ＺｎＯ等が利用されている（特許文献１）。中でもＩＴＯは酸化物インジウムにスズを含有する酸化物導電性材料であり、低抵抗、高透明度を備えているので、透明電極などに好適である。
【０００４】
このような透明電極を利用したＬＥＤの一例を図１に示す。ＬＥＤはサファイア基板１の上にバッファ層を介してｎ型ＧａＮ層２、ＩｎＧａＮ発光層３、ｐ型ＧａＮ層４が順次エピタキシャル成長された構成を有する。また、ＩｎＧａＮ発光層３およびｐ型ＧａＮ層４の一部が選択的にエッチング除去されて、ｎ型ＧａＮ層２が露出されている。ｐ型ＧａＮ層３上にはｐ側透明電極５としてＩＴＯ層が形成され、さらにｐ側電極７のボンディングパッドが積層されている。また、ｎ型ＧａＮ層２の上にはｎ側電極８が形成されている。これらの電極は、Ａｌ等の金属を蒸着によって膜状に形成している。このような構造においては、ｐ側電極７を介して注入された電流は、導電性の良いｐ側透明電極５であるＩＴＯ層によって電極の下部に集中することなく均一に拡散され、ｐ型ＧａＮ層３からｎ型ＧａＮ層２に電流が注入されて発光する。またその発光はｐ側電極７に遮られず、ＩＴＯ層を透過してチップ外に取り出される。
【０００５】
しかしながら、このようなＩＴＯ層上にＡｌ膜などの金属電極を形成することによって、以下のような問題を生じていた。すなわち、ＩＴＯ層とＡｌ膜の界面が加熱されると拡散が生じ、剥離する恐れがあって安定性が得られ難い。また、ＩＴＯ層とＡｌ膜との界面でオーミック接合を形成し難く、電気的な障壁が生じるため接触抵抗が高くなり、素子の動作電圧が高くなって消費電力、発熱量も大きくなるという問題が生ずる。この原因は明らかでないが、Ａｌの一部が界面の熱で酸化して酸化アルミニウムが形成されるためと考えられる。
【０００６】
さらに、光の取り出し効率も低下してしまう。それは、ＧａＮの屈折率は約２．６７と大きいために、臨界角が２１．９度と極めて小さいからである。つまり、主光取出し面の法線からみて、この臨界角よりも大きい角度で入射した光は、ＬＥＤチップの外に取り出せず閉じ込められてしまう。このために、外部量子効率を改善してより大きな発光パワーを得ることが困難であった。
【特許文献１】実開平６−３８２６５号公報
【特許文献２】特開２００３−２２４２９７号公報
【特許文献３】特開２００３−１２４５１７号公報
【特許文献４】特開平８−２５０７６９号公報
【特許文献５】国際公開第９８／４２０３０号
【特許文献６】特開平１０−２５６６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、金属電極層と透光性導電層との界面の劣化を低減して品質を高めた窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために本発明に係る窒化物半導体発光素子は、第１の伝導型窒化物半導体層と、前記第１の伝導型窒化物半導体層上に設けられた第２の伝導型窒化物半導体層と、を備える窒化物半導体発光素子であって、前記第２の伝導型窒化物半導体層上には、透光性導電層が設けられ、前記透光性導電層上の一部には、反射膜と、前記反射膜と前記透光性導電層とを絶縁する透光性膜と、を有する反射層が設けられ、前記反射層上には、金属電極層が設けられると共に、前記金属電極層が、前記反射層の設けられていない領域で前記透光性導電層と直接接し、前記反射膜は、Ａｌ又はＡｇを含み、前記金属電極層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒのいずれかの金属を含む。
前記透光性導電層は、亜鉛、インジウム、スズよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物を含むことができる。
また前記透光性導電層はＩＴＯを含むことが好ましい。
さらに前記金属電極層は、前記第２の伝導型窒化物半導体層上のほぼ全面に設けられていることが好ましい。
さらにまた前記反射層が設けられていない領域を電流の導通経路として、該導通経路を複数設けることも好ましい。
一方で窒化物半導体発光素子は、対向する一対の主面を有する基板と、前記基板の一方の主面上に積層される第１の伝導型窒化物半導体層と、前記第１の伝導型窒化物半導体層上に積層される第２の伝導型窒化物半導体層と、前記第１の伝導型窒化物半導体層と第２の伝導型窒化物半導体層との間に形成される活性層と、前記第２の伝導型窒化物半導体層と電気的に接続される金属電極層と、前記第２の伝導型窒化物半導体層と金属電極層との間に形成される透光性導電層とを備える。この窒化物半導体発光素子は、前記透光性導電層と金属電極層との間で、少なくとも一部に反射層が形成されている。
【０００９】
また窒化物半導体発光素子は、前記反射層が、少なくとも絶縁膜を有する多層構造である。
【００１０】
さらに窒化物半導体発光素子は、前記反射層が、少なくともＡｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｓｎよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む金属または合金またはそれらの酸化物またはそれらの窒化物を含む層を有する多層構造である。
【００１１】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記反射層が、多層構造中に反射膜と該反射膜に接する透光性膜を有しており、かつ前記透光性膜は前記透光性導電層と接している。
【００１２】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記反射膜が、ＡｌまたはＡｇを含む金属膜よりなること、もしくはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌよりなる群から選択された少なくとも一種の酸化物または窒化物から選択された少なくとも２つを繰り返し積層した誘電体多層膜よりなる。
【００１３】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記透光性膜は絶縁性を備えた透光性絶縁膜である。
【００１４】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記反射層の透光性膜が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｎよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物よりなる。
【００１５】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記反射膜は前記金属電極層と接している。
【００１６】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記反射層および透光性導電層と接して、パッド電極が形成されてなる。
【００１７】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記透光性導電層はｐ型コンタクト層に接して形成されている。
【００１８】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記反射層のパターンが所定のパターンでかつブロック状である。
【００１９】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記透光性導電層がＩＴＯからなる。
【００２０】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記透光性導電層の膜厚が１μｍ以下である。
【００２１】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記金属電極層が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒのいずれかの金属またはこれらの合金を含む。
【００２２】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記反射層の膜厚が１０オングストローム以上である。
【００２３】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、前記第２の伝導型窒化物半導体層の屈折率は前記透光性導電層の屈折率よりも大きく、かつ前記透光性導電層の屈折率は、前記反射層の屈折率よりも大きい。
【００２４】
さらにまた窒化物半導体発光素子は、対向する一対の主面を有する基板と、前記基板の一方の主面上に積層される第１の伝導型窒化物半導体層と、前記第１の伝導型窒化物半導体層上に積層される第２の伝導型窒化物半導体層と、前記第１の伝導型窒化物半導体層と第２の伝導型窒化物半導体層との間に形成される活性層と、前記第２の伝導型窒化物半導体層と電気的に接続される金属電極層とを備える。この窒化物半導体発光素子は、上記基板の他方の主面を主光取出し面として配線基板に実装可能な窒化物半導体発光素子であって、前記金属電極層と第２の伝導型窒化物半導体層との間に透光性導電層が形成されており、前記透光性導電層と金属電極層との間で、少なくとも一部に光を反射させるための反射膜を少なくとも有する反射層が形成されている。
【００２５】
また、窒化物半導体発光素子の製造方法は、対向する一対の主面を有する基板と、前記基板の一方の主面上に積層される第１の伝導型窒化物半導体層と、前記第１の伝導型窒化物半導体層上に積層される第２の伝導型窒化物半導体層と、前記第１の伝導型窒化物半導体層と第２の伝導型窒化物半導体層との間に形成される活性層と、前記第２の伝導型窒化物半導体層と電気的に接続される金属電極層とを備え、上記基板の他方の主面を主光取出し面として配線基板に実装可能な窒化物半導体発光素子の製造方法である。この方法は、基板上に、第１の伝導型窒化物半導体層と、活性層と、第２の伝導型窒化物半導体層を積層するステップと、前記第２の伝導型窒化物半導体層上に透光性導電層を形成するステップと、前記透光性導電層上に少なくとも一部を被覆する光を反射させるための反射膜を少なくとも有する反射層を形成するステップと、前記反射層上および反射層を設けていない透光性導電層が露出する領域上に金属電極層を形成するステップとを備える。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の窒化物半導体発光素子およびその製造方法によれば、金属電極層と透光性導電層との界面の劣化を低減して高品質な窒化物半導体発光素子を得ることができる。それは、本発明が、透光性導電層との電極層との間に部分的に反射層を所定のパターンで形成しているからである。反射層を介在させることによって金属電極層の変質が起こり難くなり、剥離や電気的障壁の発生を抑制して半導体発光素子の信頼性、電気的特性を改善できる。また、反射層を設けることにより、反射層と透光性導電層との界面での臨界角を小さくし、反射する光を多くすることで、特にフリップチップ実装における光の取り出し効率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための窒化物半導体発光素子およびその製造方法を例示するものであって、本発明は窒化物半導体発光素子およびその製造方法を以下のものに特定しない。
【００２８】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２９】
図２に、窒化物半導体発光素子を実装したＬＥＤの概略断面図を示す。この図では、窒化物半導体発光素子であるＬＥＤチップ９を配線基板の一であるサブマウント１０上にフリップチップ実装している。フリップチップは、窒化物半導体層の電極形成面を主光取出し面とするフェイスアップ実装と異なり、電極形成面と対向する基板１１側を主光取出し面とする実装方式であり、フェイスダウン実装等とも呼ばれる。
【００３０】
図２のＬＥＤチップ９は、基板１１上にバッファ層１２、ｎ型窒化物半導体層１３、活性層１４、ｐ型窒化物半導体層１５を順にエピタキシャル成長し、さらに透光性導電層１７と金属電極層４０を積層している。結晶成長方法としては、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：metal-organic chemical vapor deposition）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、ハイドライドＣＶＤ法、ＭＢＥ（molecularbeam epitaxy）などの方法が利用できる。また、半導体層の積層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層１４を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。なお、図２においては透光性導電層１７上に設けられる反射層３１の図示を省略している。
【００３１】
また図２においては詳細に図示しないが、活性層１４およびｐ型窒化物半導体層１５の一部を選択的にエッチング除去して、ｎ型窒化物半導体層１５の一部を露出させて、ｎ側パッド電極を形成している。またｎ側電極と同一面側で、ｐ型窒化物半導体層１５にはｐ側パッド電極が形成される。パッド電極の上には、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ２０）を形成する。メタライズ層は、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の材料から成る。これらＬＥＤチップ９の電極形成面側をサブマウント１０上に設けられた正負一対の外部電極と対向させ、バンプ２０にて各々の電極を接合する。さらにサブマウント１０に対してワイヤー２１などが配線される。一方、フェイスダウンで実装されたＬＥＤチップ９の基板１１の主面側を、主光取出し面としている。
【００３２】
なお本明細書において、層上などでいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。
【００３３】
図３に、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の概略断面図を示す。図に示す窒化物半導体発光素子はフリップチップ実装であることを示すため、上下逆に表示している。実際の製造工程では基板１１の上面に各層を形成し、得られた窒化物半導体発光素子を上下逆にして図２のように実装する。
【００３４】
［基板１１］
基板１１は、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる透光性基板で、基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。この基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、デバイス加工が出来る程度の厚膜（数十μｍ以上）であればＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板を用いることもできる。異種基板はオフアングルしていてもよく、サファイアＣ面を用いる場合には、０．０１°〜３．０°、好ましくは０．０５°〜０．５°の範囲とする。
【００３５】
［窒化物半導体層］
窒化物半導体としては、一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）であって、ＢやＰ、Ａｓを混晶してもよい。また、ｎ型窒化物半導体層１３、ｐ型窒化物半導体層１５は、単層、多層を特に限定しない。また、窒化物半導体層にはｎ型不純物、ｐ型不純物を適宜含有させる。ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、最も好ましくはＳｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、特に限定されないが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。これにより、各導電型の窒化物半導体を形成することができる。前記窒化物半導体層には活性層１４を有し、該活性層１４は単一（ＳＱＷ）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とする。以下に窒化物半導体の詳細を示す。
【００３６】
基板１１上に成長させる窒化物半導体はバッファ層（図３に図示せず）を介して成長する。バッファ層としては、一般式ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦０．８）で表される窒化物半導体、より好ましくは、ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦０．５）で示される窒化物半導体を用いる。バッファ層の膜厚は、好ましくは０．００２〜０．５μｍ、より好ましくは０．００５〜０．２μｍ、さらに好ましくは０．０１〜０．０２μｍとする。バッファ層の成長温度は、好ましくは２００〜９００℃、より好ましくは４００〜８００℃である。これにより、窒化物半導体層上の転位やピットを低減させることができる。さらに、上述した異種基板上にＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法によりＡｌxＧａ1-xＮ（０≦Ｘ≦１）層を成長させてもよい。ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法とは、窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて収束させることにより、転位を低減させるものである。バッファ層は多層構成としてもよく、低温成長バッファ層と、その上に高温成長層を形成してもよい。高温成長層としては、アンドープのＧａＮ又はｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができる。高温成長層の膜厚は、１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。また、高温成長層の成長温度は９００〜１１００℃、好ましくは１０５０℃以上とする。
【００３７】
次に、ｎ型窒化物半導体層１３を成長させる。まずｎ型コンタクト層（図示せず）を成長させる。ｎ型コンタクト層としては、活性層１４のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、ＡｌjＧａ1-jＮ（０≦ｊ＜０．３）が好ましい。ｎ型コンタクト層の膜厚は特に限定されるものではないが、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。次に、ｎ型クラッド層を成長させる。ｎ型クラッド層はＡｌを含有しており、ｎ型不純物濃度は特に限定されるものではないが、好ましくは１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3、より好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3である。また、ｎ型不純物濃度に傾斜をつけても良い。また、Ａｌの組成傾斜をつけることで、キャリアの閉じ込めのためのクラッド層としても機能する。
【００３８】
活性層１４は発光層として機能し、少なくともＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）から成る井戸層と、ＡｌcＩｎdＧａ1-c-dＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）から成る障壁層とを含む量子井戸構造を有する。活性層１４に用いられる窒化物半導体は、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれでも良い。好ましくは、ノンドープもしくは、又はｎ型不純物ドープの窒化物半導体を用いることにより、発光素子を高出力化することができる。さらに好ましくは、井戸層をアンドープとし、障壁層をｎ型不純物ドープとすることで、発光素子の出力と発光効率を高めることができる。また発光素子に用いる井戸層にＡｌを含ませることで、従来のＩｎＧａＮの井戸層では困難な波長域、具体的には、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長を得ることができる。活性層１４から放出する光の波長は、発光素子の目的、用途等に応じて３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長とする。
【００３９】
井戸層の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。１ｎｍより小さいと井戸層として良好に機能せず、３０ｎｍより大きいとＩｎＡｌＧａＮの４元混晶の結晶性が低下し素子特性が低下するからである。また、２ｎｍ以上では膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２０ｎｍ以下では結晶欠陥の発生を抑制して結晶成長が可能となる。さらに膜厚を３．５ｎｍ以上とすることで出力を向上させることができる。これは井戸層の膜厚を大きくすることで、大電流で駆動させるＬＤのように多数のキャリア注入に対して、高い発光効率及び内部量子効率により発光再結合がなされるものであり、特に多重量子井戸構造において効果を有する。また、単一量子井戸構造では膜厚を５ｎｍ以上とすることで上記と同様に出力を向上させる効果が得られる。また、井戸層の数は特に限定されないが、４以上の場合には井戸層の膜厚を１０ｎｍ以下として活性層１４の膜厚を低く抑えることが好ましい。活性層１４を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層１４全体の膜厚が厚くなりＶfの上昇を招くからである。多重量子井戸構造の場合、複数の井戸の内、好ましくは上記の１０ｎｍ以下の範囲にある膜厚の井戸層を少なくとも１つ有すること、より好ましくは全ての井戸層を上記の１０ｎｍ以下とすることである。
【００４０】
また、障壁層は、井戸層の場合と同様に、好ましくはｐ型不純物又はｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであること、より好ましくはｎ型不純物がドープされているか又はアンドープであることである。例えば、障壁層中にｎ型不純物をドープする場合、その濃度は少なくとも５×１０16／ｃｍ3以上が必要である。例えば、ＬＥＤでは、５×１０16／ｃｍ3以上２×１０18／ｃｍ3以下が好ましい。また、高出力のＬＥＤやＬＤでは、５×１０17／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3以下、より好ましくは１×１０18／ｃｍ3以上５×１０19／ｃｍ3以下である。この場合、井戸層はｎ型不純物を実質的に含有しないか、あるいはアンドープで成長させることが好ましい。また、障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内のすべての障壁層にドープしても良く、あるいは、一部をドープとし一部をアンドープとすることもできる。ここで、一部の障壁層にｎ型不純物をドープする場合、活性層内でｎ型層側に配置された障壁層にドープすることが好ましい。例えば、ｎ型層側から数えてｎ番面の障壁層Ｂn（ｎは正の整数）にドープすることで、電子が効率的に活性層内に注入され、優れた発光効率と内部量子効率を有する発光素子が得られる。また、井戸層についても、ｎ型層側から数えてｍ番目の井戸層Ｗm（ｍは正の整数）にドープすることにより上記の障壁層の場合と同様の効果が得られる。また、障壁層と井戸層の両方にドープしても同様の効果が得られる。
【００４１】
次に、活性層１４上にｐ型窒化物半導体層１５として以下の複数層（図示せず）を形成する。まずｐ型クラッド層としては、活性層１４のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、活性層１４へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されない。例えばＡｌkＧａ1-kＮ（０≦ｋ＜１）が用いられ、特にＡｌkＧａ1-kＮ（０＜ｋ＜０．４）が好ましい。ｐ型クラッド層の膜厚は特に限定されないが、好ましくは０．０１〜０．３μｍ、より好ましくは０．０４〜０．２μｍとする。ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3、好ましくは１×１０19〜５×１０20ｃｍ3とする。ｐ型不純物濃度が上記の範囲にあると、結晶性を低下させることなくバルク抵抗を低下させることができる。ｐ型クラッド層は、単一層でも多層膜層（超格子構造）でも良い。多層膜層の場合、上記のＡｌkＧａ1-kＮと、それよりバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層とからなる多層膜層であれば良い。例えばバンドギャップエネルギーの小さい層としては、ｎ型クラッド層の場合と同様に、ＩｎlＧａ1-lＮ（０≦ｌ＜１）、ＡｌmＧａ1-mＮ（０≦ｍ＜１、ｍ＞ｌ）が挙げられる。多層膜層を形成する各層の膜厚は、超格子構造の場合は、一層の膜厚が好ましくは１００Å以下、より好ましくは７０Å以下、さらに好ましくは１０〜４０Åとすることができる。また、ｐ型クラッド層がバンドギャップエネルギーの大きい層と、バンドギャップエネルギーの小さい層からなる多層膜層である場合、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の少なくともいずれか一方にｐ型不純物をドープさせても良い。また、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の両方にドープする場合は、ドープ量は同一でも異なっても良い。
【００４２】
次にｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層を形成する。ｐ型コンタクト層は、ＡｌfＧａ1-fＮ（０≦ｆ＜１）が用いられ、特に、ＡｌfＧａ1-fＮ（０≦ｆ＜０．３）で構成することにより、オーミック電極であるｐ電極と良好なオーミックコンタクトが可能となる。ｐ型不純物濃度は１×１０17／ｃｍ3以上が好ましい。また、ｐ型コンタクト層は、導電性基板側でｐ型不純物濃度を高くすることが好ましい。この場合、組成勾配は、連続的に組成を変化させても、あるいは不連続に段階的に組成を変化させても良い。例えば、ｐ型コンタクト層を、オーミック電極と接し、ｐ型不純物濃度が高くＡｌ組成比の低い第１のｐ型コンタクト層と、ｐ型不純物濃度が低くＡｌ組成比の高い第２のｐ型コンタクト層とで構成することもできる。第１のｐ型コンタクト層により良好なオーミック接触が得られ、第２のｐ型コンタクト層により自己吸収を防止することが可能となる。
【００４３】
以上のように窒化物半導体を基板１１上に成長させた後、ウェハーを反応装置から取り出し、その後、酸素及び／又は窒素を含む雰囲気中で４５０℃以上で熱処理をする。これによりｐ型層に結合している水素が取り除かれ、ｐ型の伝導性を示すｐ型窒化物半導体層１５を形成する。
【００４４】
基板上に形成される窒化物半導体層としては、例えば次の（１）〜（４）に示すような積層構造が利用できる。
（１）膜厚が２００ÅのＧａＮよりなるバッファ層、膜厚が４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、膜厚が３０ÅのノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の活性層、膜厚が０．２μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層、膜厚が０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層よりなる積層構造。
【００４５】
（２）膜厚が約１００オングストロームのＡｌＧａＮからなるバッファ層、膜厚１μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚５μｍのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層と、３００ÅのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層と、５０ÅのアンドープＧａＮからなる上層との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚３３５０Å）、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０ÅとアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる窒化物半導体層を２０Åとが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚）６４０Å）、膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と膜厚が３０ÅのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層とが繰り返し交互に６層ずつ積層されてさらに膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁が形成された多重量子井戸構造の活性層（総膜厚１９３０Å）、Ｍｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０ÅとＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる窒化物半導体層を２５Åとが繰り返し５層ずつ交互に積層されて、さらにＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚３６５Å）、膜厚が１２００ÅのＭｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層よりなる積層構造。
【００４６】
（３）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを６．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを２．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し５層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層、膜厚が１３００ÅのＭｇを５．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層よりなる積層構造。さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。
【００４７】
（４）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを１．３×１０19／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを３．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し７層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層（総膜厚８００Å）、膜厚が１３００ÅのＭｇを２．５×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層よりなる積層構造。さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。
【００４８】
［透光性導電層１７］
このようにして成長されたｐ型窒化物半導体層１５上に、透光性導電層１７を形成する。なお透光性とは、発光素子の発光波長を透過できるという意味であって、必ずしも無色透明を意味するものではない。透光性導電層１７は、オーミック接触を得るために、好ましくは酸素を含むものとする。酸素を含む透光性導電層１７には数々の種類があるが、好ましくは亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物とする。具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2等、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎの酸化物を含む透光性導電層１７を形成することが望ましく、好ましくはＩＴＯを使用する。あるいはＮｉ等の金属を３０Å等の膜厚でスパッタして透明にした金属膜でもよい。このように、露出したｐ型半導体層のほぼ全面に導電層が形成されることにより、電流をｐ型半導体層全体に均一に広げることができる。しかも透光性を備えることで、電極側を発光観測面とすることもできる。以下の例では、透光性導電層１７としてＩＴＯの透光性電極を使用する例を説明する。
【００４９】
透光性導電層１７の中に酸素原子を含ませるには、酸素原子を含有させる層を形成した後、酸素を含む雰囲気にて熱処理すればよい。あるいは、反応性スパッタリング、イオンビームアシスト蒸着等により、それぞれの層に酸素原子を含有させることができるが、工程の容易さ等から熱処理が最も優れている。
【００５０】
この透光性導電層１７の厚さは、凹凸面が形成できる程度の厚さとし、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは１００Åから５０００Åとする。膜厚を１０００Åでオーミック性が確認され、厚くするとアニール温度が上昇する傾向にある。また、活性層１４から放出される光の波長λに対してλ／４のおよそ整数倍とすることが光取り出し効率が上がるので好ましい。
【００５１】
窒化物半導体層に金属膜を接触させず、透光性導電層１７を介在させることで窒化物半導体層との界面でオーミック接触を取ることができる。特にｐ型窒化物半導体層１５は抵抗が高い傾向にあるため、この界面との接触抵抗を低減することは重要となる。さらに、透光性導電層１７に反射膜を形成することによって光取り出し効率を上げることができ、また反射層３１を形成することによって、透光性導電層と金属電極との界面における劣化を抑止して剥離、電気的特性の悪化などを抑止する。
【００５２】
［反射層３１］
透光性導電層１７の表面に、反射層３１を部分的に形成する。好ましくは所定のパターンで部分的に形成する。反射層３１は多層構造とし、透光性導電層１７であるＩＴＯに接する層を透光性膜３１１とする。
【００５３】
［透光性膜３１１］
透光性膜３１１は絶縁性を備える層であり、これによって透光性膜３１１の上面に形成される反射膜３１２と透光性導電層１７とを絶縁する。また、反射層３１を設けない領域を導通経路３２として、ＩＴＯに効率的に通電して電流拡散と低抵抗化とを図る。透光性膜３１１は単独で、あるいは層全体でＩＴＯと好ましいオーミック接続をし、ＩＴＯに投入された電流を半導体層側に拡散させる。また透光性膜３１１は、半導体発光素子からの光を効率よく取り出せるように高い透光性を有する。そのため透光性膜３１１は、好ましくは酸素を含み、より好ましくは酸化物とし、さらに好ましくはシリコン（Ｓｉ）、Ａｌよりなる群から選択された少なくとも一種の元素の酸化物とする。具体的には、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等とし、好ましくはＳｉＯ2を使用する。
【００５４】
透光性膜３１１の厚さは特に限定するものではなく、数オングストローム〜数μｍの厚さで形成可能である。特に、透光性膜３１１の上面に形成される金属膜と共に設けられる場合の透光性膜３１１の膜厚は、１００Åから５０００Åとすることが好ましい。
【００５５】
［金属膜］
透光性膜３１１の上面には、反射膜３１２として金属膜が形成される。金属膜は、少なくともＡｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｃｕ、Ｙよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む金属または合金またはそれらの酸化物を含む層を有する多層構造である。特に透光性膜３１１の上面に形成される金属膜は、好ましくはＡｌもしくはＡｇを使用する。透光性膜３１１は、その上面に形成される金属膜と一体的に形成される。このような反射層３１は、例えばＳｉＯ2／Ａｌ／Ｗ、およびＳｉＯ2／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔの積層構造、あるいはＷのみ等で構成される。
【００５６】
［誘電体多層膜］
また透光性膜３１１の上面には、反射膜３１２として金属膜に代えて、誘電体多層膜を形成してもよい。誘電体多層膜は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌよりなる群から選択された少なくとも一種の酸化物または窒化物から選択された少なくとも２つを繰り返し積層した誘電体多層膜である。この場合、反射層３１は、例えば（ＳｉＯ2／ＴｉＯ2）n（ただしｎは自然数）の積層構造等で構成される。
【００５７】
［パッド電極］
透光性導電層上に反射層３１が形成された後、その上に金属電極層４０としてパッド電極を形成する。パッド電極は、表面に表面に導電性ワイヤがワイヤーボンディングされ、発光素子と外部電極との電気的接続を図ることができる。あるいは、パッド電極表面にＡｕバンプのような導電部材を配置し、導電部材を介して対向された発光素子の電極と外部電極との電気的接続を図ることができる。またパッド電極は透光性導電層と一部が直接接しており、透光性導電膜に均一に電流を流すことができる。パッド電極には既存の構成が適宜採用できる。例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせから成る。図３の例では、パッド電極は下面からＷ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、もしくはＰｔ／Ａｕの積層構造としている。
【００５８】
本実施の形態において、パッド電極は、ｐ型窒化物半導体層１５側およびｎ型窒化物半導体層１３側のうち、一方の窒化物半導体層側に設けられた透光性導電層１７および他方の窒化物半導体層に対して形成される。また本発明に係る他の実施の形態におけるパッド電極の一部は、透光性導電層１７に設けた貫通孔内に延在させて窒化物半導体層に直接設けたり、あるいは透光性導電層１７の外縁にて窒化物半導体層に直接設けてもよい。このように、パッド電極の一部が窒化物半導体層に直接設けられることによってパッド電極の剥離を防止することができる。
【００５９】
パッド電極表面にＡｕバンプのような導電部材を配置し、導電部材を介して対向された発光素子の電極と外部電極との電気的接続を図ることができる。
【００６０】
また、ｐ型窒化物半導体層１５側およびｎ型窒化物半導体層１３側に形成されるパッド電極は、用いる金属の種類や膜厚が同じ構成とすることが好ましい。このように同じ構成とすることによって、ｐ型窒化物半導体層１５側およびｎ型窒化物半導体層１３側とで同時にパッド電極を形成することができるため、ｐ型窒化物半導体層１５側およびｎ型窒化物半導体層１３側とを別々に形成する場合と比較して、パッド電極の形成の工程を簡略化することができる。本実施の形態におけるパッド電極として、例えば、ｐ型窒化物半導体層１５あるいはｎ型窒化物半導体層１３側からＷ、Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＷ／Ｐｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ２０ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ）や、さらにＮｉを積層させたＷ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、あるいはＴｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＴｉ／Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極等が利用できる。パッド電極の最上層をＡｕとすることによって、パッド電極は、Ａｕを主成分とする導電性ワイヤと良好な接続ができる。また、ＲｈとＡｕの間にＰｔを積層させることによって、ＡｕあるいはＲｈの拡散を防止することができる。また、Ｒｈは、光反射性およびバリア性に優れ、光取り出し効率が向上するため好適に用いることができる。
【００６１】
［反射層３１の形成パターン］
反射層３１を形成するパターンは、任意のパターンを使用できる。これらのパターンは、レジストパターンの上からＲｌＥ（reactiveion etching）やイオンミリング（ion milling）、リフトオフ等の方法により形成する。好ましいパターンとしては、図４の平面図に示すようにドット状、または図５に示すようにブロック状とする。図４に示す透光性導電層は、反射層３１がドット状にパターニングされている。一方図５に示す例では、反射層３１をブロック状にパターニングしている。またこれら図において破線で示す領域は、図３に示す絶縁性保護膜５０の開口部５１、５２を示している。５１はｎ型電極部分の開口部、５２はｐ型電極部分の開口部をそれぞれ示す。このように、反射膜３１２をＩＴＯの全面に設けず、部分的にＩＴＯが表出してパッド電極と接触するような構造とすることで、図６に示すようにこの領域が導通経路３２となって、電気的障壁の高い領域を回避して電流が流れることで、接触抵抗を実質的に低減して順方向電圧を低下させることができる。なお、反射層３１の形成パターンは上記図４、図５の例に限られず、例えばドットの形状を円形、楕円形、矩形状、多角形状などとしたり、またブロック状のパターンの縦横幅を適宜変更したり、矩形状のみならずさらに対角線を通した三角形状や円形、半円形、多角形状としたり、これらの配置を千鳥状としてもよい。また全体に均一に配置する例に限られず、領域ごとに大きさや密度を適宜変更したり、上記のパターンを組み合わせることもできる。
【００６２】
また、反射層を透光性導電層上に設けることにより、界面における臨界角を小さくして全反射する領域を増やし、光の取り出し効率を改善できるという効果も得られる。この様子を図７に基づいて説明する。図７はＩＴＯ層と半導体層、およびＩＴＯ層と絶縁層との界面における全反射領域を説明している。図７（ａ）に示すように、ＧａＮ層とＩＴＯ層との界面では、ＧａＮ層の屈折率ｎ＝２．５、ＩＴＯ層の屈折率ｎ＝２．０とすると、スネルの法則より臨界角θ＝５３°となるが、これに対して図７（ｂ）に示すように、ＩＴＯ層とＳｉＯ2層との界面では、ＩＴＯ層の屈折率ｎ＝２．０、ＳｉＯ2層の屈折率ｎ＝１．４８とすると、臨界角θ＝４８°となり、臨界角を小さくできる。このように、反射層を透光性導電層上に形成すると、界面における全反射領域が広くなり、光をより多く取り出すことができる。
【００６３】
また界面での光の吸収によって光の取り出し効率が悪化するという問題もある。図８（ａ）に示すように、透光性導電層１７を介することなく直接ＧａＮ等の窒化物半導体層２３と金属膜２４の反射膜とを接合させると、金属膜との界面２５で光の吸収が生じてしまい、有効に取り出せる光が失われる。吸収率は材質によって異なるが、ＡｌとＧａＮの場合で約１０％となる。これに対して、図８（ｂ）に示すようにＩＴＯなどの透光性導電層１７を介在させることで、窒化物半導体との界面２６で光の吸収を抑え、また金属膜２４の反射膜との界面２７での光の吸収も抑制でき、有効に利用できる光を増やして光取り出し効率、外部量子効率を改善して発光出力を高めることができる。これに加えて、例えば界面を凹凸面とすることで、より多くの光を外部に取り出すことができるようになり、さらに出力が改善される。
【００６４】
［反射膜３１２］
フリップチップ実装用の窒化物半導体発光素子を作成する場合は、以上のようにして形成された透光性導電層１７上に、図３に示すように反射層３１を部分的に形成する。反射層３１は、透光性膜３１１と反射膜３１２の積層により構成される。透光性膜３１１は上述の通り絶縁性を備える層である。反射膜３１２は、例えば金属膜で形成できる。金属膜は、酸素を含有する透光性導電層１７との接続を良好に行うため、一部が酸化されていることが好ましい。このように金属膜の反射膜３１２を透光性導電層１７を介して窒化物半導体層と接続することにより、透光性導電層１７は半導体層と良好なオーミック接続を行うことができる。
【００６５】
また金属膜と窒化物半導体と直接接合をさせると、金属膜から不純物が窒化物半導体層に拡散して汚染される問題や、界面での接合性が悪く剥離などの問題が生じて歩留まりが低下することがある。間に酸化膜を介在させると、酸化膜が保護膜となって拡散が阻止される。
【００６６】
金属膜は、ｐ型窒化物半導体の電極となり、かつ反射率の高い薄膜を形成できる材料を使用する。特にアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む金属または合金が好ましい。特にＡｌやＡｇが反射率やライフ特性の面から好ましい。Ａｌは反射率を９０％以上とできる。これによって窒化物半導体よりなる発光素子の３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、望ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長の吸収が少ない。また、金属膜の層を上記で列挙した金属の積層構造としてもよい。積層構造の場合、後に電極を熱的アニールで処理して、電極材料が金属膜の中で渾然一体となって合金化した状態としてもよい。
【００６７】
これら透光性導電層１７や反射膜３１２は、多層構造としても良い。例えば、多層構造で半導体層側に位置する第二の層の屈折率を、第一の層の屈折率より段階的に小さくすることにより、発光素子からの光の取り出しを向上させることができる。また反射膜３１２を誘電体で構成することもできる。誘電体は、好ましくは酸化物の積層構造とする。酸化物は金属よりも化学的に安定しているので、金属膜の反射膜に比べてより信頼性高く使用することができる。また反射率を１００％に近い値とでき、反射膜での光の吸収による損失を極減できる。
【００６８】
なお、本実施の形態における窒化物半導体発光素子は、ｐ型層に対して透光性導電層１７および反射層３１を設けているが、他の形態においてｎ型層に対して透光性導電層１７等を設けてもよいことはいうまでもない。例えば、ｎ型層の側から主に光を取り出す構成とし、ｎ層のパッド電極に凹凸面を形成し、反射膜を設けてもよい。
【００６９】
発光素子としてＬＥＤやレーザを作成する場合、一般的には特定の基板上に各半導体層を成長させて形成されるが、その際、基板としてサファイア等の絶縁性基板を用いその絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成される。これによって、絶縁性基板側を視認側に配置し発光された光を基板側から取り出すフリップチップ実装が実現される。もちろん、最終的に基板を除去した上で、フリップチップ実装することもできる。このように、光の取り出し効率を良くし、外部量子効率を改善してより大きな発光パワーを得ることができる。
【００７０】
なお、以上の例ではフリップチップ実装する例を説明したが、本発明をフェイスアップで使用することも可能である。フェイスアップで実装する場合、出力光は基板側でなく電極形成面から出射されるので、反射膜は不要となる。
【実施例１】
【００７１】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。図３に示す構成の半導体発光素子としてＬＥＤを作成する。まず、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、２インチφのサファイア基板１１の上にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストローム、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４μｍ、ノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の活性層１４を３０オングストローム、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層を０．２μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚で順に成長させる。
【００７２】
さらにウエハーを反応容器内において、窒素雰囲気とし温度６００℃でアニーリングして、ｐ型窒化物半導体層１５をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウエハーを反応容器から取り出し、最上層のｐ型ＧａＮの表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングを行い、図３に示すようにｎ型コンタクト層の一部を露出させる。
【００７３】
次に、ｐ型窒化物半導体層１５の上のマスクを除去し、最上層のｐ型ＧａＮのほぼ全面に透光性導電層１７としてＩＴＯを４０００Åの膜厚でスパッタする。スパッタ後の透光性導電層１７は明らかに透光性となっており、サファイア基板１１まで透けて観察できた。このように、露出したｐ型窒化物半導体層１５のほぼ全面に透光性導電層１７が形成されることにより、電流をｐ型窒化物半導体層１５全体に均一に広げることができる。ＩＴＯは３００℃でスパッタするが、室温でスパッタする場合は、形成後に加熱するアニーリング処理をすればよい。
【００７４】
さらに、この上にスパッタにより反射層３１の透光性絶縁膜としてＳｉＯ2を１００Åの膜厚で成膜する。さらに続けて金属膜としてＡｌを２０００Åの膜厚で成膜し、続いて、Ｗを２０００オングストロームの膜厚で成膜する。ＳｉＯ2／Ａｌ／Ｗの積層構造をリフトオフにより図４のようにドット状にパターニングし、反射層３１を作成した。
【００７５】
反射層３１をパターニングして形成した後、ｐ型半導体層の上のほぼ全面に、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造のパッド電極を７０００Åの膜厚で形成する。なお、このパッド電極は透光性ではない。
【００７６】
パッド電極を形成した後、露出したｎ型半導体層にＷ／Ｐｔ／Ａｕを含むｎ電極を７０００Åの膜厚で形成し、最後にアニール装置にて４００℃以上で熱処理を施し、電極を合金化させる。
【００７７】
以上のようにして、ｎ型コンタクト層とｐ型コンタクト層とに電極を形成したウエハーを、３５０μｍ角のチップ状に切断し、図２のようにサブマウント１０上にフリップチップ実装する。
【００７８】
以上のように、窒化物半導体発光素子をフリップチップでマウント基板上に形成することによって、複数の窒化物半導体発光素子を等電位で実装でき、フェイスアップで実装するよりも、窒化物半導体発光装置の小型化が図れる。特にフェイスアップ実装にすると、パッド電極を設ける必要があることから発光面積が減ってしまうが、フリップチップ実装では基板１１の裏面側全面を発光面とでき、広い面積で発光できる。また接合に共晶合金を用いることで、小型化にしても比較的発光面積を大きく取ることができる。また、透光性導電層１７や反射膜３１２の膜厚を調節することで、素子の発光面を水平としたり、水平から傾斜して設けたりすることが容易にできる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等としてフルカラーＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤ信号機、道路情報表示板等のＬＥＤデバイス、あるいは太陽電池、光センサー等の受光素子としてイメージスキャナー等に適用したり、あるいはまた電子デバイス（ＦＥＴ等のトランジスタやパワーデバイス）や、これらを用いた光ディスク用光源等大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、印刷機器、照明用光源等に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】従来の透明電極を利用したＬＥＤの一例を示す概略断面図である。
【図２】窒化物半導体発光素子をフリップチップ実装したＬＥＤを示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図４】透光性導電層の上面に反射層を設けた一例を示す略平面図である。
【図５】透光性導電層の上面に反射層を設けた他の例を示す略平面図である。
【図６】パッド電極から電流が流れる経路を示す説明図である。
【図７】ＩＴＯ層と半導体層、およびＩＴＯ層と絶縁層との界面における全反射領域を示す説明図である。
【図８】窒化物半導体層と金属膜の反射膜との間に透光性導電層を介在させることによる光吸収の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…サファイア基板
２…ｎ型ＧａＮ層
３…ＩｎＧａＮ発光層
４…ｐ型ＧａＮ層
５…ｐ側透明電極
７…ｐ側電極
８…ｎ側電極
９…ＬＥＤチップ
１０…サブマウント
１１…基板
１２…バッファ層
１３…ｎ型窒化物半導体層
１４…活性層
１５…ｐ型窒化物半導体層
１７…透光性導電層
２０…バンプ
２１…ワイヤー
２３…窒化物半導体層
２４…金属膜
２５…窒化物半導体層と金属膜との界面
２６…窒化物半導体層と透光性導電層との界面
２７…透光性導電層と金属膜との界面
３１…反射層
３１１…透光性膜
３１２…反射膜
３２…導通経路
３５…ｐ型コンタクト層
４０…金属電極層
５０…絶縁性保護膜
５１、５２…保護膜の開口部
【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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【図８】
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