(57)【要約】【課題】  発光出力の高い窒化物半導体素子を提供する。【解決手段】  積層された窒化物半導体層上に、第１金属層と、少なくとも前記第１金属層と異なる材質からなる第２金属層とを備えた多層構成の電極を有する窒化物半導体素子において、前記第１金属層は、酸化物、窒化物、酸素窒素化物のいずれかの化合物を含有する銀から成る。前記化合物は、ＩＩＩ族酸化物、ＩＩ族酸化物、又は遷移金属酸化物である。前記化合物は、インジウム、ガリウム、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、錫、チタン、ニオブから成る群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属の化合物である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された窒化物半導体層上に、第１金属層と、少なくとも前記第１金属層と異なる材質からなる第２金属層とを備えた多層構成の電極を有する窒化物半導体素子において、
前記第１金属層は、酸素化合物、窒素化合物、または酸素窒素化合物のいずれかの化合物を含有する銀からなることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記化合物は、ＩＩＩ族化合物、ＩＩ族化合物、又は遷移金属化合物であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記化合物は、インジウム、ガリウム、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、錫、チタン、ニオブから成る群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属化合物である請求項１または２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１金属層は、酸素化合物の含有量が０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１金属層は、窒素化合物または酸素窒素化合物の含有量が０．０１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１金属層は、酸素化合物を含有する銀であって、ニッケル、パラジウム、白金、チタン、ニオブ、亜鉛、金、マグネシウム、イリジウム、タングステン、鉄、ロジウムから成る群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属を含有する請求項１乃至５のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１金属層は、銀以外の金属の含有量が０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記第１金属層は、窒素化合物または酸素窒素化合物を含有する銀であって、ニッケル、パラジウム、白金、チタン、ニオブ、亜鉛、金、マグネシウム、イリジウム、タングステン、鉄、ロジウムから成る群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属を含有する請求項１乃至５のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記第１金属層は、銀以外の金属の含有量が０．０１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記第１金属層の膜厚は、２００オングストローム以上である請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記窒化物半導体層は、第１導電型の半導体層、活性層、第２導電型の半導体層とを順に有する請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記第２導電型の半導体層表面と同一面側に第１導電型の半導体層の表面が露出されており、該第１導電型の半導体層および／又は第２導電型の半導体層の表面に前記電極が形成されてなる請求項１１に記載の窒化物半導体素子。  
【請求項１３】
前記窒化物半導体素子は、第２導電型の半導体層表面と対向する面に第１導電型の半導体層の表面を有し、第２導電型の半導体層表面に前記電極が形成されてなる請求項１１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１４】
前記窒化物半導体層は、第１導電型の半導体層はｎ型の半導体層であり、前記第２導電型の半導体層はｐ型の半導体層である請求項１１乃至１３のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、太陽電池、光センサー等の受光素子、あるいは電子デバイス（ＦＥＴ等のトランジスタやパワーデバイス）やこれらを用いたフルカラーディスプレイや信号表示機、イメージスキャナー、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半導体素子に関するものである。特に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に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体素子の中で、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普及は著しい。
【０００３】
上述した窒化物半導体素子では、安定した動作を確保するために半導体層中のコンタクト層とオーミック接触させる電極が極めて重要となる。このような電極には、主として仕事関数の大きい金属の単層膜や多層膜、或いは合金を用いている。例えば、Ｎｉ／Ａｕ等の多層膜からなるオーミック電極が用いられてきた。尚、前記電極の多層膜は、Ｎｉ／Ａｕであれば、Ｎｉが下層、Ａｕが上層となる。「／」の前の材料が下側の層を構成し、「／」の後ろの材料が上側の層を構成する。以下においても同様とする。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９９５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許２０００−２９９５２８号公報に開示された窒化物半導体素子には以下のような問題がある。
【０００６】
Ｎｉ／ＡｕやＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ、またＮｉ／Ｔｉ／Ａｕなどの電極の場合には、該電極を形成した後、熱処理（アニール処理）工程を有する。ここで、熱処理とは、高温雰囲気下に一定期間保持することであって、Ｎｉ／Ａｕ電極を形成するには熱処理をしなければ、オーミック特性を得ることが難しいからである。そのため、該電極材質を用いる場合には熱処理は必須工程となる。しかしながら、オーミック特性を得るための熱処理をすることで、上側の層であるＡｕ電極の表面が荒れてしまい、クレーター状の穴が発生する。これでは、パッド電極との界面で抵抗が高くなる場合があり、大電流駆動をすることは難しい。またＡｕは、厚膜で設けると、５５０ｎｍ程度より短波長の光を吸収する性質があるため、Ｎｉ／Ａｕ電極の下部で発光する光が吸収されるため、活性層で発光した光を効率よく半導体素子の外部に放出できていない。
【０００７】
ｐ電極にＮｉ／Ａｕ電極を形成した窒化物半導体素子では、２０ｍＡにおいて、発光波長４５０ｎｍで５ｍＷ、外部量子効率９．１％の特性を示すものの、照明等の用途にはさらなる発光出力の向上が必要とされている。そこで、本発明の目的は発光出力の高い窒化物半導体素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における窒化物半導体素子は、積層された窒化物半導体層上に、第１金属層と、少なくとも前記第１金属層と異なる材質からなる第２金属層とを備えた多層構成の電極を有する窒化物半導体素子において、前記第１金属層は、酸素化合物、窒素化合物、または酸素窒素化合物のいずれかの化合物を含有する銀からなることを特徴とする。
【０００９】
銀（Ａｇ）はマイグレーションを特に起こしやすい材料として知られている。ｐ電極およびｎ電極のいずれかに銀を用いた半導体素子においては、銀は電流を流すことで一方の電極から他方の電極に向かって移動してしまい、短絡の原因となってしまう。そのため、銀を電極に用いる半導体素子は実現が困難とされていた。前記マイグレーションは特にイオンマイグレーションを示す。
【００１０】
本発明では、上記に示すように、多層構成の電極に化合物を含有する銀から成る第１金属層を有する構成とすることで、銀がマイグレーション（特にイオンマイグレーション）を起こすことを抑制できる。これによって、半導体素子として信頼性の高い半導体素子を得ることができる。銀は熱伝導性や導電性、反射等に優れた電極材料であるため、Ｎｉ／Ａｕ電極で課題であった光吸収や高抵抗化を解消することができる。そのため、光取り出し効率を大幅に向上させることができる。この第１金属層と、前記第２金属層とを備えた多層構成の電極であれば、信頼性が高く、電極剥がれを抑制した半導体素子を提供することが可能となる。
【００１１】
本発明における窒化物半導体素子において、好ましくは前記化合物は、ＩＩＩ族化合物、ＩＩ族化合物、又は遷移金属化合物であることを特徴とする。特に好ましくは、前記化合物は、インジウム、ガリウム、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、錫、チタン、ニオブから成る群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属化合物であるなお、本発明において前記化合物は銀電極の形成後に全てが化合物として存在する必要はなく、熱処理をすることで電極内で一部の酸素及び／又は窒素が分解することや一部の酸化物、窒化物、酸素窒素化物が銀と新たな化合物を形成して存在してもよい。
【００１２】
上記に示す酸素化合物、窒素化合物、または酸素窒素化合物のいずれかを銀に含有させることで、マイグレーションを抑制し、また密着性や耐蝕性がよい電極を実現することができる。そのため、熱処理工程等で変色や劣化が発生することはない。
【００１３】
本発明における窒化物半導体素子において、好ましくは前記第１金属層は、酸化物の含有量が０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明における窒化物半導体素子において、好ましくは前記第１金属層は、窒素化合物または酸素窒素化合物の含有量が０．０１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることを特徴とする。
【００１５】
酸化物、窒化物、または酸素窒素化物の含有量が上記に示す範囲とすることで、高反射率を維持することができる。酸化物の含有量が０．１ｗｔ％未満であれば、銀のマイグレーションを抑制しきれない。また前記酸化物の含有量が５ｗｔ％より高ければ、特に可視光領域における発光を示す窒化物半導体素子において、反射率が減少する。同様に窒化物または酸素窒素化物の含有量が０．１ｗｔ％未満であれば、銀のマイグレーションを抑制しきれない。また同様に５ｗｔ％より高ければ反射率が減少する。第１の金属層に含まれる化合物が窒素を少なくとも有する場合（つまり、窒素化合物もしくは酸素窒素化合物である場合）、酸化物（酸素化合物）よりも少ない量の化合物でもって、マイグレーションの抑制が実現可能となり、これにより、反射率の高い銀の割合を多くでき、前記電極における反射率が高い素子が得られる。さらに、すくなくとも窒素を含んだ化合物とすることで、窒化物半導体表面に設ける電極として、凝集して接触面積が小さくなることを抑制でき、半導体と電極との接触抵抗の上昇を防ぐことができる。
【００１６】
本発明における窒化物半導体素子において、さらに好ましくは、前記第１金属層は、ニッケル、パラジウム、白金、チタン、ニオブ、亜鉛、金、マグネシウム、イリジウム、タングステン、鉄、ロジウムから成る群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属を含有することを特徴とする。
【００１７】
これらの金属は、酸素化合物、窒素化合物、酸素窒素化合物として存在するものではなく、金属単体として存在することで、オーミック特性を改善してＶｆを０．１Ｖ以上低下させることができる。また、前記第１金属層は、銀以外の金属の含有量が酸化物の場合、０．１ｗ％以上５ｗｔ％以下であることが好ましく、窒化物もしくは酸素窒素化物の場合、０．０１ｗ％以上５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明における窒化物半導体素子において、前記第１金属層の膜厚は、２００オングストローム以上であることを特徴とする。この範囲で第１金属層を成膜すれば、前記第２金属層の影響なく電極の高反射を維持することができる。
【００１９】
本発明における窒化物半導体素子において、前記窒化物半導体層は、第１導電型の半導体層、活性層、第２導電型の半導体層とを順に有することを特徴とする。ここで、第１導電型の半導体層には第１の電極が形成されており、第２導電型の半導体層には第２の電極が形成されている。第１の電極および／又は第２の電極には、上記に示す銀から成る電極を用いる。また、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間には少なくとも活性層が介されているのであって、他の窒化物半導体や電流狭窄層、絶縁層等を積層してもよい。
【００２０】
ここで、上記窒化物半導体素子は、好ましくは第２導電型の半導体層表面と同一面側に第１導電型の半導体層の表面が露出されており、該第１導電型の半導体層および／又は第２導電型の半導体層の表面に前記電極が形成されてなる。前記第２導電型の半導体層表面と、第２導電型の半導体層の一部をエッチング等により第１導電型の半導体層を露出し、該露出された第１導電型の半導体層の表面に電極が形成されてなる発光素子で、少なくとも第２導電型の半導体層表面に本発明の電極を、好ましくは第２導電型の半導体層表面と、露出した第１導電型の半導体層表面とに本発明の電極を形成する。このような同一面側に前記第１の電極および第２の電極を形成した構造の窒化物半導体素子とすることで、該電極形成面を光取り出し面とする発光素子の他に、電極形成面側を実装して、反対面側から光を取り出すようにした、電極の光反射を利用したフリップチップ型の発光素子が実現できる。フリップチップ型の発光素子はワイヤボンディングが不要であり量産には好適である。
【００２１】
前記窒化物半導体素子は、好ましくは第２導電型の半導体層表面と対向する面に第１導電型の半導体層の表面を有し、第２導電型の半導体層表面に前記電極が形成されてなることで、第１電極と第２電極が向かい合う対向電極構造となる。前記第２導電型の半導体層の表面に形成される電極を少なくとも第１の金属層を含む電極とする。前記第１導電型の半導体層の表面に形成する電極は第２導電型の電極と同様の電極としてもよいし、別の電極としてもよい。ここで、光取り出し面を第１導電型の半導体層とすれば、可視光域の光を９０％以上反射する上記材料から成る電極を前記第２導電型の半導体層表面に採用していることで、光取り出し効率は大幅に向上する。また電極による光吸収が低減するため窒化物半導体素子内での発熱を抑制できるため大電流の投入が可能となる。そのため、大電流を直進方向に投入できる窒化物半導体素子が実現できる。
【００２２】
前記窒化物半導体層は、第１導電型の半導体層はｎ型の半導体層であり、前記第２導電型の半導体層はｐ型の半導体層であることを特徴とする。基板上に成長させる窒化物半導体層はｎ型の半導体層、ｐ型の半導体層の順に成長させることで結晶性のよい半導体層が形成される。また前記対向電極構造の場合は、基板が第１の半導体層となる。
【００２３】
窒化物半導体層の中でＧａＮ系半導体はｐ型になりにくく、すなわちｐ型を示すＧａＮ系半導体はｎ型を示すＧａＮ系半導体と比べて抵抗率が高い。ＧａＮ系半導体はＭｇなどの不純物をドープすることでｐ型を示す。しかしながらｐ型のＧａＮ系半導体は低抵抗化しにくく、ｎ型のＧａＮ系半導体と比べて抵抗率が高い。そのためＧａＮ系半導体に流れる電流はｐ型半導体層中では広がりにくいためｐｎ接合界面での発光に偏りが生じ、発光が面内で不均一になってしまう。ｐ電極をｐ側コンタクト層の全面に形成し、ｐ型半導体層全面で均一に電流が流れるようにするにはｐ電極を大きな面積で形成する必要がある。ここで該電極での光吸収による光損失も大きく、光取りだし効率を低下させることなるが、酸化物を含有する銀から成る第１金属層と、その上に第２金属層をｐ電極に用いることで光吸収は抑制される。また銀は抵抗率が２．０８と他の金属材料と比べても低いので、Ｖｆが低い窒化物半導体発光素子を実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では前記電極が形成されてなる半導体素子において、高出力の発光素子を提供することができ、さらには照明器具への用途が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態において、窒化物半導体素子に用いる電極は第１金属層と、該第１金属層と異なる材料からなる第２金属層とを備えた多層構成である。前記電極は少なくとも２層構成であって３層以上に積層した構成であってもよい。前記第１金属層は酸素化合物、窒素化合物、または酸素窒素化合物のいずれかを含有した銀からなる。酸素や窒素のみを含有した銀（酸化銀、窒化銀）では変色して透明性を低下させてしまう。また酸素や窒素のみを含有した銀ではマイグレーションを抑制する効力が低減するため、銀とは異なる材料の酸化物、窒化物、酸素窒素化物のいずれかを含有させる必要がある。また、前記第１金属層は窒化物半導体との密着性に優れており接触界面に積層されることが好ましい。特に、第１金属層がすくなくとも窒素を含むことで、窒化物半導体層との密着性、オーミック特性のいずれにも優れた電極となる。
【００２６】
前記化合物としては、ＩＩＩ族化合物、ＩＩ族化合物、遷移金属化合物から選ばれる化合物を少なくとも一種有し、例えばＩＩＩ族化合物の中でも異なる材料からなる化合物を複数有するものであっても構わない。また前記化合物は、インジウム、ガリウム、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、錫、チタン、ニオブから成る群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属の化合物であることが好ましい。
【００２７】
前記第１金属層において、酸化物の化合物である場合、酸化物の含有量は０．０５ｗｔ％以上、好ましくは０．１ｗｔ％以上とする。酸化物の含有量が０．０５ｗｔ％未満であれば銀のマイグレーションを抑制する効果は期待できない。また酸化物の含有量が０．０５ｗｔ％以上であれば銀のマイグレーション抑制の効果を有するが完全ではない。酸化物の含有量が０．１ｗｔ％以上であれば銀のマイグレーション発生による歩留まり低下はなくなる。
【００２８】
また前記第１金属層において、窒化物もしくは酸素窒素化物の化合物である場合、窒化物または酸素窒素化物の含有量は０．０１ｗｔ％以上とする。窒化物または酸素窒素化物の含有量が０．０１ｗｔ％未満であれば銀のマイグレーションを抑制する効果は期待できない。すくなくとも窒素を含む化合物である場合、窒化物もしくは酸素窒素化物の含有量が０．０１ｗｔ％以上であれば銀のマイグレーション発生による歩留まり低下はなくなる。前記電極は、半導体層内部で発光する光を反射させる電極とするため、電極中の窒化物、酸素窒素化物、あるいは酸化物の化合物の含有量を５ｗｔ％以下として、３４０ｎｍ程度から５００ｎｍ、さらに長波長の光の高反射率を維持することが好ましい。ここで電極の具体的な反射率は８０％以上、好ましくは９０％以上である。
【００２９】
前記第１金属層には、ニッケル、パラジウム、白金、チタン、ニオブ、亜鉛、金、マグネシウム、イリジウム、タングステン、鉄、ロジウムから成る群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属を含有することでＶｆを０．１Ｖ以上低下させることができる。この銀以外の金属の含有量は０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、好ましくは０．３ｗｔ％以上３ｗｔ％以下とする。これらの金属が単体で存在することで、銀を用いた電極の耐食性がさらに増し、長寿命の窒化物半導体素子が得られる。
【００３０】
前記第１金属層の膜厚は、高い反射率を維持するために第２金属層の影響を受けない程度であれば特に限定されない。具体的には２００オングストローム以上とする。本実施形態における電極は多層構成であるため、合計膜厚を３０００オングストローム以上１μｍ以下とする。これによって、種々の実装方法を用いた場合であっても高い歩留まりを得ることができる。
【００３１】
前記電極を構成するには第１金属と第２金属層の多層構造とすることが好ましい。第２金属層の役割はバリアとオーミック特性の改善であり、該第２金属層によって安定したオーミック特性を得る。第２金属層には光吸収が少なく高融点の材料を用いる。具体的にはＰｔ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｗ等がある。前記電極はｐ電極及び／又はｎ電極に用いることができる。第２の金属層を設けることで、電極形成後の後工程において、アニール処理ができ、熱処理されても変質しない電極とすることができる。特にパッド電極を設ける場合、パッド電極を形成後、アニール処理が可能となる。
【００３２】
さらにまた、第２金属層を設けなくてもよく、第１金属層のみの電極とすることもできる。第１の金属層のみの電極とする場合の好ましい膜厚は、２００オングストローム以上、５０００オングストローム以下、さらに好ましくは、２００オングストローム以上、１０００オングストローム以下である。これにより、反射特性および実装方法によらず高い歩留まりが得られる。加えて、第１金属層のみの電極とする場合、第１金属層には、インジウム、ガリウム、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、錫、チタン、ニオブからなる群から選ばれる少なくとも一種類以上の金属を含有し、これらの金属が単体で存在することで、上記と同様にＶｆの低下の効果、さらに銀を用いた電極の耐食性がさらに増し、長寿命の窒化物半導体素子が得られる。
【００３３】
前記窒化物半導体層は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とを有する。前記第２導電型の半導体層の一部がエッチングされて第１導電型の半導体層が露出しており、該露出された第１導電型の半導体層および／又は前記第２導電型の半導体層の表面に前記電極が形成されている。前記第１導電型の半導体層をｎ型の半導体層、前記第２導電型の半導体層をｐ型の半導体層とした窒化物半導体素子の実施形態の詳細を示す。但し、本発明の窒化物半導体素子の構成はこれに限定されない。
［実施形態１］
基板１上にｎ型の半導体層２、活性層３、ｐ型の半導体層４の順に成長させた窒化物半導体の積層構造はその一部分においてｎ型層が露出されるまでエッチングされ、その露出されたｎ型層上に第１の電極６としてｎ電極が形成される。また、第２の電極５であるｐ電極はｐ型層の最上層に形成されている。尚、ｐ電極は外部との接続に用いられるワイヤーボンディング用のｐパッド部を有しており、パット電極７が形成される。    
前記基板１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基板であればよく、該基板１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度〜３．０度、好ましくは０．０５度〜０．５度の範囲とする。
【００３４】
前記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型の窒化物半導体層、ｐ型の窒化物半導体層は単層、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３を有し、該活性層は単一（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。
【００３５】
前記基板１上に成長させる窒化物半導体はバッファ層（図示しない。）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である。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、前記異種基板上にＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法によりＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層を成長させてもよい。この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。前記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℃以上である。
【００３６】
次に、ｎ型の半導体層２を成長させる。まずｎ型コンタクト層２１を成長させる。ｎ型コンタクト層としては、活性層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２２を成長させる。該ｎ型クラッド層２２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。
【００３７】
本発明に用いる活性層３は、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が、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。
【００３８】
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３．５ｎｍ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以下として活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層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。
【００３９】
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。
【００４０】
次に、前記発光層上にｐ型の窒化物半導体層４として以下の複数層を形成する。まずｐ型クラッド層４１としては、活性層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が、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である。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である。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１００オングストローム以下、より好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは１０〜４０オングストローム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。
【００４１】
次にｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト層４２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第２の電極（ｐ電極）５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４２は、導電性基板側でｐ型不純物濃度が高く、かつ、Ａｌの混晶比が小さくなる組成勾配を有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４２ａ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４２ｂ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。
【００４２】
以上より窒化物半導体を基板１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型の窒化物半導体層を形成する。
【００４３】
その後、前記ｐ型コンタクト層４２の表面にオーミック接触が得られるｐ電極５を形成する。ｐ電極の形成方法はＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等がある。該ｐ電極には前述した電極を採用することが好ましい。２層以上の多層構成であって総膜厚を５００００オングストローム以下とすることで、シート抵抗を低くすることができる。
【００４４】
ｐ電極は矩形状や縞状、正方形、格子状、ドット状、菱形、平行四辺形、メッシュ形状（図８−ａ）、ストライプ形状、１つから複数に分岐した枝状、くし形（図８−ｂ）、扇形状、円形状等にパターン形成することで光の取り出し効率を上げることができる。また上記ｐ電極は互いに電気的に導通する複数の電極枝を有した形状とすることもできる。  
また前記ｎ型コンタクト層２１表面にはｎ電極６を形成する。ｎ電極は前記電極を用いてもよく、その他にはＷ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどを用いてもよい。ｎ電極６の膜厚は０．１〜１．５μｍとする。ｎ電極については、ボンディング用のパット電極と、ｎ側層とオーミック接触するオーミック用の電極とをほぼ同一の形状として同時に形成することができる。また、オーミック電極とｎパット電極とを重ねて積層しても良いし、オーミック用のｎ電極をｎパット電極と異なる形状、異なる工程で積層して形成してもよい。
【００４５】
前記ｐ電極は、ｐ型窒化物半導体層の表面で該ｐ型層とオーミック接触して素子内部に電流を注入するためのオーミック電極である。通常、窒化物半導体素子では、このオーミック用のｐ電極とは別に、例えば、ワイヤーボンディングにより接続するボンティング用のｐパット電極７を形成して、そのｐパッド電極をオーミック電極であるｐ電極と電気的に接続する。このｐパット電極は、ｐ側層の上に設ける形でも良く、メタル配線してｐ側層の外部、例えばｎ側電極形成面に絶縁膜を介して設けることもできる。ｐパット電極をｐ側層の上に形成する場合には、ｐパット電極をｐ電極の一部が重なるように形成してもよいし、ｐ電極の上にｐパット電極を形成してもよい。ｐパット電極はワイヤ等と実装するための電極であるので、実装時に半導体素子を傷めない程度の膜厚があれば特に限定されない。ｐパット電極の形成面側から光を取り出す場合には、ｐパット電極はできるだけ小さく形成することが必要である。
【００４６】
ｐパット電極の材料は、密着性が高いものを選択する。具体的な材料としては、例えばＣｏ、Ｆｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈを用いることができる。好ましくは、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｒｈからなる群から選ばれる少なくとも１種及びこれらの酸化物、窒化物等を用いることであり、更に好ましくはＡｇ、Ａｌ、Ｐｔからなる群から選ばれる少なくとも１種を用いる。ｐパット電極は単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。
【００４７】
電極を窒化物半導体層の表面に形成した後、熱処理を行うことで、合金化されると共に、半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、また半導体層と電極との接触抵抗を低下させることができる。熱処理温度としては、２００℃〜１２００℃の範囲が好ましく、更に３００℃〜９００℃が好ましく、特に好ましくは４５０℃〜６５０℃の範囲である。上記以外の熱処理の条件としては、雰囲気ガスを酸素、及び／又は窒素を含有する雰囲気とする。また不活性ガス、例えばＡｒを含有する雰囲気や大気条件での熱処理も可能である。
【００４８】
本発明の半導体素子は、窒化物半導体層が積層された素子の側面に連続してＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＶ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ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、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の保護膜８を形成してもよい。この保護膜は絶縁性を有する膜であることが好ましく、信頼性の高い半導体素子が得られる。とくに、この絶縁性を有する膜はｐ型層の表面の電極非形成部に設けることで、電極のマイグレーションの発生を効果的に抑えることができる。
【００４９】
次に、電極を形成した窒化物半導体素子をスクライブ、ダイシングなどでチップ状に分離する。次に、セラミックパッケージを形成し、チップ化された素子を実装する。セラミックパッケージにはリード電極が配されており、該リード電極と窒化物半導体素子に形成されたｎ電極およびｐ電極は導電性ワイヤーによって接続される。
【００５０】
その後、前記チップ化された窒化物半導体素子３００は筐体３０１の凹部３０２に実装され、ワイヤ３０３でリード電極３０４と電気的に接合している。その後、光取り出し窓３０５を有するキャップ３０６で封止され、パッケージングされた発光装置として使用される（図３ａ、図３ｂ）。
［実施形態２］
実施形態１は窒化物半導体層の電極形成面を光取り出し面としたが、実施形態２では、基板側を光取り出し面とする（図２）。パッド電極の上に、ワイヤーではなく、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ）を形成させたフェイスダウン構造とする。このメタライズ層としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の材料から成る。フェイスダウンで用いる場合、パッド電極に熱が加わるが、その際に、体積が大きくなり、また、圧力が加わることでパッド電極材料が側面方向に流出しやすくなる。しかしながら、本実施形態の窒化物半導体発光素子では、前記電極を用いることで合金化するために不具合は抑制することができる。また本実施形態の構造であれば、放熱性がよく信頼性が向上する。
【００５１】
［実施形態３］
本実施形態における窒化物半導体素子は、前記第２導電型の半導体層４は第１の主面と第２の主面とを有しており、該第１の主面上には活性層３を介して第１導電型の半導体層２が積層されており、第２導電型の半導体層表面である該第２の主面上には前記電極が形成されてなる窒化物半導体素子である。前記第２導電型の半導体層の第２の主面上に形成される電極を本発明の電極（第２の電極）５とし、前記第１の主面上に形成された第１導電型の半導体層の表面に第１の電極６を形成することで、第１の電極６と第２の電極５が向かい合う対向電極構造となる（図４）。
【００５２】
前記窒化物半導体素子の具体的構成としては、支持基板１０１上に少なくとも導電層１０２を介して第２の電極５、第２導電型の半導体層４、活性層３、第１導電型の半導体層２、第１の電極６とを順に備えた窒化物半導体素子である。本実施形態では窒化物半導体層の上部となる第１の電極をｎ電極、第１導電型の半導体層をｎ型の窒化物半導体層として以下に示す。つまり、ｎ型窒化物半導体側が光取り出し面となる。窒化物半導体（特にＧａＮ系半導体）はｎ型層の抵抗が低いため、第２電極であるｎ型電極のサイズを小さくできる。光の取り出し効率の向上はｎ型電極を小さくすることで光を遮る領域を低減できるからである。
【００５３】
以下に本実施形態に係る窒化物半導体素子の製造工程を図面を用い示す。
【００５４】
まずサファイア等の基板１上に少なくともｎ型の窒化物半導体層２、活性層３、ｐ型の窒化物半導体層４を有する窒化物半導体１００を成長させる（図５−ａ）。
【００５５】
その後、ｐ型の窒化物半導体層４上にｐ電極５を形成する。ｐ電極を矩形状や縞状、正方形、格子状、ドット状、菱形、平行四辺形、メッシュ形状、ストライプ形状、網目状、格子状の１つから複数に分岐した枝状等にパターン形成することで光の取り出し効率を上げることができる。
【００５６】
次に、前記ｐ電極５の開口部であって、前記窒化物半導体の露出部に第１の保護膜１０３を形成する（図５−ｂ）。
さらに貼り合わせ時に合金化させるための導電層１０２を形成する（図５−ｃ）。導電層は密着層、バリア層、共晶層から成る３層構造が好ましい。他方、支持基板１０１を用意する。この支持基板の表面にも導電層１０２を形成することが好ましい（図６−ａ）。
【００５７】
前記導電層をＡｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、Ｉｎ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｐｄ又はＴｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｗ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ｓｎ、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、ＲｈＯ−Ｐｔ−（Ａｕ、Ｓｎ）等、ｐ電極側から密着層／バリア層／共晶層の構造にすることでｐ電極との拡散による劣化を防ぐことができる。この理由は低温で共晶が可能で、共晶後の融点が上がるためである。
【００５８】
上記窒化物半導体素子に貼り合わせる支持基板１０１は、線熱膨張係数が４〜１０（×１０−６／Ｋ）であって、好ましくは前記支持基板はＣｕ、Ｍｏ、Ｗから成る群から選ばれる少なくとも１つを含有している。前記支持基板にＣｕを含有する場合には５０％以下とする。Ｍｏを含有する場合には、その含有量は５０％以上とする。前記支持基板にＷを含有する場合には含有量は７０％以上である。支持基板の具体例は、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、ＡｌＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃｕ−ダイヤ等の金属とセラミックの複合体などである。また、一般式をＣｕｘＷ１−ｘ（０≦ｘ≦３０）やＣｕｘＭｏ１−ｘ（０≦ｘ≦５０）のように示すことができる。ＡｌＮを支持基板とすれば絶縁性基板であるのでプリント基板などの回路上にチップを載せるときに有利である。またＳｉを用いる利点は安価でチップ化がしやすい点である。支持基板の好ましい膜厚としては５０〜５００μｍである。前記範囲に支持基板を薄くすることで放熱性が良くなる。
【００５９】
その後、窒化物半導体素子と支持基板とを加熱圧接により貼り合わせる（図６−ｂ）。貼り合わせ面を導電層同士として合金化させる。具体的にはプレスをしながら１５０℃以上の熱を加える。前記貼り合わせ工程は加熱圧接によって行われることを特徴とする。加熱圧接の温度は１５０℃〜３５０℃が好ましい。１５０℃以上とすれば、導電層の金属の拡散が促進され均一な密度分布の共晶が形成され、窒化物半導体素子と支持基板との密着性を向上させることができる。３５０℃より大きいと、拡散範囲が接着領域にまで及び、密着性が低下してしまう。貼り合わせ時にはｐ電極／Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ−Ｐｔ−Ｔｉ／支持基板、その他にはｐ電極／ＲｈＯ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ−Ｐｔ−Ｔｉ／支持基板、ｐ電極／Ｔｉ−Ｐｔ−ＰｄＳｎ−Ｐｔ−Ｔｉ／支持基板、ｐ電極／Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ−Ｐｔ−ＲｈＯ／支持基板となる。これにより剥がれにくい合金が形成される。導電層を共晶とすることで低温での貼り合わせが可能となり、また接着力も強力になる。低温で貼り合わせることで反りの緩和効果を有する。
【００６０】
その後、基板を除去する（図６−ｃ）。基板の除去方法としては基板側からエキシマレーザを照射するか、又は研磨、研削、ケミカルポリッシュ等によって行う。上記工程により、鏡面である窒化物半導体の露出面を形成する。
【００６１】
その後、窒化物半導体素子をチップ化するためＲＩＥ等で外周エッチングを行い、外周の窒化物半導体層を除去する。その後、窒化物半導体層をチップ状に分割するために、チップ間に溝を形成し、ｎ型の窒化物半導体層２の露出面にｎ電極６を形成する（図７）。ここで、ｎ電極を形成した以外のｎ型の窒化物半導体層の露出面には凹凸を形成してもよい。前記凹凸形成の断面形状はメサ型、逆メサ型があり、平面形状は丸形状、または六角形状や三角形状、島状形状、格子状、矩形状、円状、多角形状がある。凹部の深さは０．２〜３μｍであって、より好ましくは１．０μｍ〜１．５μｍである。この理由は凹部深さが０．２μｍより浅すぎると光取り出し向上の効果はなく、上記範囲より深くなると横方向の抵抗が上がってしまう。さらに、凹部の形状を丸状や多角形状として抜き取った場合には低抵抗値を維持して出力を向上させることができる。
【００６２】
次に、前記ｎ型の窒化物半導体層の露出面にｎ電極６を形成する。ｎ電極には前記電極の他にＴｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｗ−Ａｌ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ａｌ−Ｐｔ−Ａｕなどがある。ｎ電極は膜厚を０．１〜１．５μｍとする。
【００６３】
その後、ワイヤーボンディング領域を除いて窒化物半導体素子の上面を第２の保護膜１１０で覆い、ダイシングによりチップ化することで窒化物半導体素子とする（図４）。また、前記第２の保護膜に凹凸形状を形成してもよい（図１０）。該第２の保護膜１１０はＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉｘＯｙＮ１−ｘ−ｙ、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの絶縁膜である。
【００６４】
その後、前記チップから発光装置を形成する。まず前記半導体発光装置をリードフレームを備えたヒートシンクに実装し、半導体発光装置からリードフレームに導電性ワイヤーをボンディングする。その後、透明性ガラスでパッケージすることで発光デバイスを形成する。上記発光装置には、静電気から半導体発光装置を保護するための保護装置を備えていることが好ましい。
［実施形態４］
上記実施形態で形成される窒化物半導体素子、特に発光素子において、活性層からの光の一部もしくは全部を吸収して異なる波長の光を発光する蛍光物質が含有されたコーティング層や封止部材を備えた窒化物発光素子を形成する。本実施形態の窒化物半導体素子は、活性層からの放出光に限定されず、様々な波長の光を発光することができる。
【００６５】
前記蛍光物質の一例を以下に示す。緑色系発光蛍光体としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｓｒ７Ａｌ１２Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕがある。また、青色系発光蛍光体としてはＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＳｒＣａＢａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＢａＣａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１以上）（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ，Ｍｎがある。さらに、赤色系発光蛍光体としてはＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕがある。特にＹＡＧを含有させることで、白色光を発光することができ、照明用光源など用途も格段に広がる。ＹＡＧは、（Ｙ１−ｘＧdｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｒ（Ｒは、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏから選ばれる少なくとも１以上である。０＜Ｒ＜０．５である。）、例えば、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅである。
【００６６】
本実施の形態において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【００６７】
以上のようにして形成されるＹＡＧ系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の側方端面において一層からなる色変換層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる色変換層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。
【実施例】
【００６８】
以下に本発明の実施例を示すが、これに限定されるものではない。以下ＬＥＤについて説明するが、本発明は他の発光素子であるレーザー素子、その他に受光素子や電子デバイス等に用いることもできる。半導体層を構成するｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層のデバイス構造としては特に限定されず、種々の層構造を用いることができる。窒化物半導体の成長は、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
【００６９】
実施例１
（基板）サファイア（Ｃ面）よりなる基板をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。ここで、本実施例では、サファイア基板を用いているが、基板として窒化物半導体と異なる異種基板、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等の窒化物半導体基板を用いても良い。異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長させるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去する方法でも良い。ＧａＮ基板の他に、ＡｌＮ等の窒化物半導体の基板を用いてもよい。
【００７０】
続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板上にＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）よりなるバッファ層（図示せず）を５００オングストローム以下、好ましくは１００オングストローム程度の膜厚で成長させる。次に、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を２μｍの膜厚で成長させる。
【００７１】
続いて、Ｓｉを４．５×１０１８／cm３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を膜厚２〜３０μｍで成長させる。次にシランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を３０００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０１８／cm３ドープしたＧａＮ層を３００オングストロームの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアンドープＧａＮ層を５０オングストロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚３３５０オングストロームとする。
【００７２】
次に、同様の温度で、アンドープＧａＮ層を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ層を２０オングストローム成長させる。これらの操作を繰り返し、交互に１０層ずつ積層させ、最後にＧａＮ層を４０オングストローム成長させて形成される超格子構造層を６４０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００７３】
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を５層、井戸層を４層、交互に積層して、総膜厚１１２０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させる。なお、活性層と、活性層の下（基板側）に積層されているｎ側第２多層膜とはいずれも、ＧａＮ層およびＩｎＧａＮ層の積層体によって形成されているが、活性層に含まれるＩｎＧａＮ層の組成がＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎである。
【００７４】
次に、温度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いＭｇを１×１０２０／cm３ドープしたＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し、交互に５層ずつ積層し、最後に前記ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造のクラッド層を３６５オングストロームの膜厚で成長させる。
【００７５】
続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００７６】
以上より窒化物半導体層を成長させた後、反応容器内の温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。次にウェーハを反応装置から取り出し、以下に説明する電極形成工程を実施する。
【００７７】
反応容器から取り出したウェーハの最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置でｎ電極の形成面を露出させた後、ｐ型コンタクト層の表面に第１金属層と第２金属層から成るｐ電極を形成する。ｐ電極は、スパッタリングで第１金属層としてＡｇとＩｎ２Ｏ３（１ｗｔ％）から成る合金を１０００オングストロームの膜厚で形成する。次に第２金属層としてＴｉ／Ｐｔを１０００オングストローム／１０００オングストロームの膜厚で形成する。
【００７８】
次にウェーハを窒素雰囲気中、４００℃でアニーリングを行う。その後、ｐパット電極をスパッタリングによりＷ／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕを２００／２０００／５００／１０００／３５００オングストロームで成膜する。またｎ電極をＷ／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕを２００／２０００／５００／１０００／３５００オングストロームで成膜する。
【００７９】
続いて、上記ｐ電極、ｎ電極の一部を除く表面全体に、ＳｉＯ２よりなる保護膜８を形成する（図１、図９）。最後に、ウェーハを分割して、１辺の長さが３５０μｍのＬＥＤチップを得る。ここで得られるＬＥＤチップはＶｆ４．２８（Ｖ）、出力２６．２３（ｍＷ）、外部量子効率４７．６８％、電力効率３０．６４％の特性を示す。
実施例２
前記実施例１において、ｐ電極をスパッタでＡｇとＧａ２Ｏ３（１ｗｔ％）との合金を第１金属層として１０００オングストロームの膜厚で形成する。次に第２金属層をＴｉ／Ｐｔの多層で１０００／１０００オングストロームで形成する。次にｐパット電極をＰｔ／Ａｕで形成する以外を同様に形成することでＶｆ４．５（Ｖ）、出力２５７（ｍＷ）の特性を示す１辺の長さが１ｍｍのＬＥＤチップを得ることができる。
【００８０】
実施例３
前記実施例１において、ｐ電極をスパッタでＡｇとＩｎＮ（０．５ｗｔ％）との合金を第１金属層として１０００オングストロームの膜厚で形成する。次に第２金属層をＴｉ／Ｐｔの多層で１０００／１０００オングストロームで形成する他は、実施例１と同様にして窒化物半導体素子とすることで、実施例１とほぼ同等の特性を得ることができる。
【００８１】
実施例４
前記実施例１において、ｐ電極をスパッタでＡｇとＧａ（０．５ｗｔ％）との合金からなるターゲットを用い、窒素雰囲気でスパッタにより成膜し、１０００オングストロームの膜厚で形成する。次に第２金属層をＴｉ／Ｐｔの多層で１０００／１０００オングストロームで形成する他は、実施例１と同様にして窒化物半導体素子とすることで、実施例１とほぼ同等の特性を得ることができる。
【００８２】
実施例５
実施例４において、第２金属層を設けないほかは、実施例４と同様にして窒化物半導体素子を得る。この素子は、電極形成後にアニール処理はできないが、アニール処理をしない場合、特性は実施例４と同等の素子が得られる。
実施例６
前記実施例１において、サファイア基板の窒化物半導体の成長面に凹凸を形成した基板を用いる他は同様の条件でＬＥＤチップを形成することで、実施例１と同様の特性を示すＬＥＤチップを得ることができる（図２）。
実施例７
前記実施例１と同様の条件で、窒化物半導体層を成長させ、アニーリングを行った後、ウェハを反応容器から取り出し、ｐ型コンタクト層の表面にｐ電極を形成する。ｐ電極には第１金属層としてＡｇとＩｎ２Ｏ３（１ｗｔ％）から成る合金を１０００オングストローム、第２金属層をＴｉ／Ｐｔとして膜厚を２０００オングストローム／２０００オングストロームで成膜する。その後、オーミックアニールを４００℃で行った後、第１の保護膜ＳｉＯ２を膜厚０．３μｍで形成する。その後、導電層１０２を形成するために密着層、バリア層、共晶層をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｓｎ−Ａｕの順に膜厚２０００オングストローム−３０００オングストローム−３０００オングストローム−３００００オングストローム−１０００オングストロームで形成する。
【００８３】
他方、支持基板１０１を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ１５％、Ｗ８５％から成る支持基板の表面に導電層をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００オングストローム−３０００オングストローム−１２０００オングストロームで形成する。
【００８４】
次に前記第ｐ電極及び第１の保護膜上に形成された導電層１０２と支持基板１０１とを貼り合わせる。ここで設定温度を２８０℃としてプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。その後、研削によってサファイア基板を除去後、露出したｎ型コンタクト層を研磨して面荒れを無くす。
【００８５】
次にＲＩＥ装置により、ウェーハにチップ状に分離するための溝を形成する。次に前記ｎ型コンタクト層上にｎ電極６をＴｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００オングストローム−２５００オングストローム−１０００オングストローム−２０００オングストローム−６０００オングストロームで形成する。その後、支持基板を１００μｍまで研磨した後、支持基板の裏面にＴｉ−Ｐｔ−Ａｕを１０００オングストローム−２０００オングストローム−３０００オングストロームで成膜した後、ダイシングを行う。以上より得られるＬＥＤチップはサイズが１ｍｍ×１ｍｍであって、順方向電流２０ｍＡにおいて、４６０ｎｍの青色発光を示し、上記実施例と同様の効果が期待できる。
実施例８
実施例１と同様の条件により、窒化物半導体素子を作製する。さらに、蛍光物質としてＹＡＧを含有したＳｉＯ２をコーティング層として窒化物半導体素子の全面に形成することで、光束５０ｌｍの白色を呈する発光素子を得る。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる半導体装置の模式的平面図及び断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の模式的断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の製造工程図である。
【図６】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の製造工程図である。
【図７】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の模式的断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の模式的平面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の模式的立体図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係わる半導体素子の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・基板、２・・・第１導電型の半導体層、３・・・活性層、４・・・第２導電型の半導体層、５・・・第２の電極、６・・・第１の電極、７・・・パッド電極、８・・・保護膜、１０１・・・支持基板、１０２・・・導電層、１０３・・・第１の保護膜、１１０・・・第２の保護膜
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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