(57)【要約】【課題】本発明は、輝度を高くした発光素子を提供する。【解決手段】光を透過可能な基板１と、基板１に積層されたｎ層３と、ｎ層３に積層されたｎ側電極７および発光層４と、発光層４に積層されたｐ層５と、ｐ層５に積層されたｐ側電極６とを有する発光素子において、ｐ側電極６は、ｐ層に積層されＰｔ層６１と、Ｐｔ層６１に積層されたＡｇ層６２とを含み、Ｐｔ層６１の平均膜厚を３ｎｍ以下としたことを特徴としたものであり、Ｐｔ層６１に入射してきた光をＰｔ層６１自体で吸収されるのを抑えることができ、しかもＡｇ層６２で十分に反射させることができるので、電極構造の改良のみで輝度を向上させることができる。【選択図】図１
2005123439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過可能な基板と、前記基板に積層されたｎ層と、前記ｎ層に積層されたｎ側電極および発光層と、前記発光層に積層されたｐ層と、前記ｐ層に積層されたｐ側電極とを有する発光素子において、
前記ｎ層、前記ｐ層、および前記発光層は、それぞれＧａとＮを含む半導体層で形成され、
前記ｐ側電極は、前記ｐ層に積層されたＰｔ層と、前記Ｐｔ層に積層されたＡｇ層またはＲｈ層とを含み、
前記Ｐｔ層の平均膜厚を３ｎｍ以下とした
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記Ａｇ層は、平均膜厚が５ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記Ｒｈ層は、平均膜厚が５ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である請求項１または２に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器、ディスプレイ、照明、バックライトなどに用いられる発光素子（ＬＥＤ、ＬＤ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来の発光素子を示す側面図である。発光素子は、基板上に複数の層を積層して形成され、使用時に、上下を逆にして、実装基板１００上に搭載される。以下の発光素子の説明は、図９に示す状態とは上下方向が逆の状態で説明する。
【０００３】
８１は基板で、基板８１は透明或いは半透明となるように構成されている。８２は基板上に設けられたｎ層、８３はｎ層８２の上に設けられた発光層、８４は発光層８３の上に設けられたｐ層、８５はｐ層８４の上に設けられたｐ側電極で、ｐ側電極８５は、Ｐｔ層８６、Ａｇ層８７、Ｎｉ層８８、Ａｕ層８９をｐ層８４側から順に積層して構成されている。９０はｎ層８２に電気的に接続されたｎ側電極で、ｎ側電極９０はｎ層側からＴｉ層９５とＡｕ層９６を順に積層して構成される。Ｐｔ層８６の厚みは７５Åに形成されている。
【０００４】
図９に示すように、この様に構成された発光素子は、上下を逆に配置して、回路基板や載置部材などの実装基板１００上に設けられた電極パターン１０１、１０２にそれぞれｐ側電極８５及びｎ側電極９０を半田等の接合材で面実装している。そして、発光層８３で放出された光のうち、基板８１側に放出された光はそのまま外方へ放出され、ｐ側電極８５側に放出された光は、ｐ側電極８５にＰｔ層８６を介して設けられたＡｇ層８７等によって基板８１側に反射され、再度Ｐｔ層８６内を通過して基板８１側から放出される。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２２０１６８号公報（第２−５頁、第１図）
【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、Ｐｔ層８６を設けると、ｐ層８４とｐ側電極８５とがオーミック接触されて接触抵抗が低くなるが、通過する光の一部をＰｔ層８６が吸収してしまい、輝度が低くなるという問題がある。また、Ｐｔ層８６の厚みをさらに厚くすると、Ｐｔ層８６により吸収される光量が飽和して、Ｐｔ層８６による反射光が多くなるので、輝度は低いレベルで安定してしまうことになる。
【０００６】
そこで本発明は、輝度を高くした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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、光を透過可能な基板と、前記基板に積層されたｎ層と、前記ｎ層に積層されたｎ側電極および発光層と、前記発光層に積層されたｐ層と、前記ｐ層に積層されたｐ側電極とを有する発光素子において、前記ｎ層、前記ｐ層、および前記発光層は、それぞれＧａとＮを含む半導体層で形成され、前記ｐ側電極は、前記ｐ層に積層されたＰｔ層と、前記Ｐｔ層に積層されたＡｇ層またはＲｈ層とを含み、前記Ｐｔ層の平均膜厚を３ｎｍ以下としたことを特徴とした。
【発明の効果】
【０００８】
Ｐｔ層を、平均膜厚を３ｎｍ以下とすることで、Ｐｔ層に入射してきた光をＰｔ層自体で吸収されるのを抑えることができ、しかもＡｇ層またはＲｈ層で十分に反射させることができるので、電極構造の改良のみで輝度を向上させることができ、しかもｐ側電極とｐ層との電気的接続は十分良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
請求項１記載の発明は、光を透過可能な基板と、前記基板に積層されたｎ層と、前記ｎ層に積層されたｎ側電極および発光層と、前記発光層に積層されたｐ層と、前記ｐ層に積層されたｐ側電極とを有する発光素子において、前記ｎ層、前記ｐ層、および前記発光層は、それぞれＧａとＮを含む半導体層で形成され、前記ｐ側電極は、前記ｐ層に積層されたＰｔ層と、前記Ｐｔ層に積層されたＡｇ層またはＲｈ層とを含み、前記Ｐｔ層の平均膜厚を３ｎｍ以下とすることで、Ｐｔ層に入射してきた光をＰｔ層自体で吸収されるのを抑えることができ、しかもＡｇ層で十分に反射させることができるので、電極構造の改良のみで輝度を向上させることができる。しかもＰｔ層を設けることで、ｐ側電極とｐ層との電気的接続は十分良好に行うことができる。
【００１０】
また、ｎ層、ｐ層、および発光層は、それぞれＧａとＮを含む半導体層で形成されたものとすることで、緑色、青色、紫色等の短波長の光を放出させることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記Ａｇ層は、平均膜厚が５ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下とすることで、所望の反射特性を得ることができ、しかも生産性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記Ｒｈ層は、平均膜厚が５ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下とすることで、所望の反射特性を得ることができ、しかも生産性を向上させることができる。
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発光素子を図１に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態１に係る発光素子を示す側面図である。
【００１６】
図１において、基板１としては少なくとも光が通過可能な程度の透明度を有するものが用いられる。基板１の構成材料としては、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などが用いられる。
【００１７】
３は基板１の上に直接あるいは図示していないがバッファ層を介して設けられたｎ層で、ｎ層３は少なくともＧａとＮを含んだ半導体層で構成され、しかもｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ又はＧｅ等が好適に用いられる。このｎ層３は膜厚４μｍで構成されている。
【００１８】
４はｎ層３の上に設けられた発光層で、発光層４はｎ層３の上に直接或いは少なくともＧａとＮを含む半導体層を介して積層されている。発光層４は少なくともＧａ、Ｎを含み、所望の発光波長を得る為に必要な場合は適量のＩｎを含む半導体からなる。また、発光層４としては、図１においては１層構造としているが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造とすることで、更に輝度を向上させることができる。
【００１９】
５は発光層４の上に直接或いは少なくともＧａとＮを含んだ半導体層を介して積層されたｐ層で、ｐ層５は少なくともＧａとＮを含んだ半導体層で構成され、しかもｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ等が好適に用いられる。このｐ層５は膜厚０．３μｍで構成されている。
【００２０】
６はｐ層５の上に設けられたｐ側電極である。ｐ側電極６はｐ層５側からＰｔ層６１、Ａｇ層６２、Ｍｏ層６３、Ａｕ層６４を順に積層して構成されている。
【００２１】
本発明の特徴の一つは、Ｐｔ層６１の平均膜厚を３ｎｍ以下としたことである。Ｐｔ層６１の平均膜厚が３ｎｍより厚い場合では、Ｐｔ層６１自体での光の吸収が大きくなってしまい、輝度が低下する。Ｐｔ層６１を省略すると、ｐ層５と良好な電気的接続を得ることができなくなり、駆動電圧が高くなる。
【００２２】
従って、Ｐｔ層６１を３ｎｍ以下に形成するのが、駆動電圧を上げること無く輝度の向上が図れるので望ましい。
【００２３】
Ｐｔ層６１は、ｐ層５に対して三次元成長をすることが多い。三次元成長とは、膜が形成される初期の段階において、基板表面に原子が島状に分散し、さらに各島が三次元状に積層することをいい、二次元的な核の周囲に新たな原子が付着して薄膜が積層して形成される層状成長と区別される。本明細書中において各層というときは、三次元成長の途中で各島の間に隙間があいている状態のときも含まれるものとし、平均膜厚は、ある断面に切断したときの各島と隙間の高さを平均したものとする。
【００２４】
また、本発明の特徴の一つは、Ａｇ層６２の平均膜厚を５ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下
とすることを特徴とする。すなわち、Ａｇ層６２の平均膜厚が５ｎｍより薄いと十分な反射特性を得ることはできず、逆に２０００ｎｍより厚いと、反射特性に変化は無く、膜の形成に必要となる蒸発原料が多く必要となり、又この工程にかかる時間が長くなる為、製造コストが高くなってしまう。
【００２５】
この様に、Ｐｔ層６１の平均膜厚を３ｎｍ以下とすることで発光層４から放射された光がＰｔ層６１に入射してもＰｔ層６１自体における光吸収を抑えることができ輝度を向上させることができ、しかもＡｇ層６２での反射特性を十分に得ることができる。従来の技術で示した先行例では、Ｐｔ層は５ｎｍ以上であるので光吸収が多く発生し、輝度が低下する。
【００２６】
本発明はこのＰｔ層６１自体の光吸収が輝度向上に影響を与えることに着目し、オーミック接合の度合いなどを考慮することで、Ｐｔ層６１の平均膜厚を規定し、その結果ｐ側電極６の改良のみで輝度を向上させることができる。
【００２７】
なお、ｐ側電極６はｐ層５の全面或いはｐ層５の表出面積の８０％以上設けることが好ましい。
【００２８】
７はｐ層５を設けた側に表出したｎ層３の一部に設けられたｎ側電極で、ｎ側電極７はｎ層３側からＴｉ層７１、Ａｕ層７２を順に積層して構成されている。
【００２９】
８は上述の様に構成された発光素子が実装される実装部材である。実装部材８としては、回路基板や載置部材などが好適に用いられる。実装部材８上には少なくとも電極パターン１０，１１が設けられており、この電極パターン１０，１１には例えばそれぞれＡｕ層６４及びＡｕ層７２が半田や鉛フリー半田等の導電性接合材にて電気的に接合されている。
【００３０】
以上の様に構成された発光素子は、発光層４で放出された光がＰｔ層６１に入射してもＰｔ層６１の平均膜厚を３ｎｍ以下としていることでＰｔ層６１自体での光吸収を抑えることができる。
【００３１】
従って、発光層４からｐ側電極６側に放出された光は効率よく反射されて基板１から放出されるので、ｐ側電極６の改良のみで、十分な輝度向上を実現できる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、Ｐｔ層、Ａｇ層、Ｍｏ層、Ａｕ層、Ｔｉ層等は各材料単体で構成される場合ももちろんその元素を主成分とする層でも良い。すなわち、例えばＰｔ層であれば、Ｐｔに特性に影響を与えない範囲で所定の元素が混入した材料でも良い。
【００３３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発光素子を図２に基づいて説明する。
【００３４】
図２は本発明の実施の形態２係る発光素子を示す側面図である。
【００３５】
図２においては、基板１と、ｎ層３と、発光層４と、ｐ層５と、ｎ側電極７であるＴｉ層７１およびＡｕ層７２と、実装部材８と、電極パターン１０および１１とは、図１と同様のものであるため、同符号を付して説明を省略する。
【００３６】
実施の形態２の発光素子は、ｐ側電極に発光層４から出射された光を反射するＲｈ層を形成したものである。
【００３７】
図２に示すように、９はｐ層５の上に設けられたｐ側電極で、ｐ側電極９はｐ層５側からＰｔ層９１、Ｒｈ層９２、Ａｕ層９３を順に積層して構成されている。
【００３８】
本発明の特徴の一つは、Ｐｔ層９１の平均膜厚を３ｎｍ以下としたことを特徴とする。すなわち、Ｐｔ層９１が３ｎｍより厚い場合では、Ｐｔ層９１自体での光の吸収が大きくなってしまい、輝度が低下する。Ｐｔ層９１を省略すると、ｐ層５と良好な電気的接続を得ることができなくなり、駆動電圧が高くなる。
【００３９】
従って、Ｐｔ層９１を３ｎｍ以下に形成するのが、駆動電圧を上げること無く更に輝度の向上が図れるので望ましい。
【００４０】
また、本発明の特徴の一つは、Ｒｈ層９２の平均膜厚を５ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下とすることを特徴とする。すなわち、Ｒｈ層９２の平均膜厚が５ｎｍより薄いと十分な反射特性を得ることはできず、逆に２０００ｎｍより厚いと、反射特性に変化は無く、膜の形成に必要となる蒸発原料が多く必要となり、又この工程にかかる時間が長くなる為、製造コストが高くなってしまう。
【００４１】
この様に、Ｐｔ層９１の平均膜厚を３ｎｍ以下とすることで発光層４から放射された光がＰｔ層９１に入射してもＰｔ層９１自体における光吸収を抑えることができ輝度を向上させることができ、しかもＲｈ層９２での反射特性を十分に得ることができる。従来の技術で示した先行例では、Ｐｔ層は５ｎｍ以上であるので光吸収が多く発生し、輝度が低下する。
【００４２】
本発明はこのＰｔ層９１自体の光吸収が輝度向上に影響を与えることに着目し、オーミック接合の度合いなどを考慮することで、Ｐｔ層９１の平均膜厚を規定し、その結果ｐ側電極９の改良のみで輝度を向上させることができる。
【００４３】
なお、ｐ側電極９はｐ層５の全面或いはｐ層５の表出面積の８０％以上設けることが好ましい。
【００４４】
以上の様に構成された発光素子は、発光層４で放出された光がＰｔ層９１に入射してもＰｔ層９１の平均膜厚を３ｎｍ以下としていることでＰｔ層９１自体での光吸収を抑えることができる。
【００４５】
従って、発光層４からｐ側電極９側に放出された光は効率よく反射されて基板１から放出されるので、ｐ側電極９の改良のみで、十分な輝度向上を実現できる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、Ｐｔ層、Ｒｈ層、Ａｕ層、Ｔｉ層等は各材料単体で構成される場合ももちろんその元素を主成分とする層でも良い。すなわち、例えばＰｔ層であれば、Ｐｔの特性に影響を与えない範囲で所定の元素が混入した材料でも良い。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
本発明の実施例として、図３に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法を記す。以下の実施例においては、窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法として有機金属気相成長法を用いたものを示すが、成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタキシー法等を用いることも可能である。
【００４８】
先ず、表面を鏡面に仕上げられたサファイアの基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１の温度を１０００℃に保ち、窒素と水素を流しながら基板１を１０分間加熱することにより、基板１の表面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除いた。
【００４９】
次に、基板１の温度を５５０℃にまで降下させ、キャリアガスとして窒素を流しながら、アンモニアとトリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と略称する。）を供給して、ＧａＮからなるバッファ層２を２５ｎｍの厚さで成長させた。
【００５０】
次に、ＴＭＧの供給を止めて１０５０℃まで昇温させた後、キャリアガスとして窒素と水素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧそしてＳｉＨ4を供給して、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ層３を４μｍの厚さで成長させた。
【００５１】
ｎ層３を成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4の供給を止め、基板温度を７５０℃にまで降下させ、７５０℃において、キャリアガスとして窒素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭＩ」と略称する。）を供給して、アンドープのＩｎＧａＮからなる単一量子井戸構造の発光層４を２ｎｍの厚さで成長させた。
【００５２】
発光層４を成長後、ＴＭＩの供給を止め、ＴＭＧを流しながら基板温度を１０５０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＧａＮ（図示せず）を４ｎｍの厚さで成長させ、基板温度が１０５０℃に達したら、キャリアガスとして窒素と水素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、トリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭＡ」、と略称する。）ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、「Ｃｐ2Ｍｇ」と略称する。）を供給して、ＭｇをドープさせたＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５１を０．２μｍの厚さで成長させた。
【００５３】
ｐ型クラッド層５１を成長後、基板１の温度を１０５０℃に保持したままで、キャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びＣｐ2Ｍｇを供給して、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層５２を０．１μｍの厚さで成長させた。
【００５４】
ｐ型コンタクト層５２を成長後、ＴＭＧとＴＭＡとＣｐ2Ｍｇの供給を止め、窒素ガスとアンモニアを流しながら、基板１の温度を室温程度にまで冷却させて、基板１の上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたウェハーを反応管から取り出した。
【００５５】
このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造に対して、別途アニールを施すことなく、その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積させた後、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより略方形状にパターンニングしてエッチング用のＳｉＯ2マスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチング法により、ｐ型コンタクト層５２とｐ型クラッド層５１と中間層と発光層４とｎ層３の一部を約０．４μｍの深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、ｎ層３の表面を露出させた。
【００５６】
そして、エッチング用のＳｉＯ2マスクをウェットエッチングにより除去させた後、積層構造の表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりｐ型コンタクト層５２の表面上のフォトレジストのみを取り除き、ｐ型コンタクト層５２の表面の８０％以上を露出させた。そして、積層構造を真空蒸着装置のチャンバー内に装着し、チャンバー内を２×１０-6Ｔｏｒｒ以下にまで真空排気した後、電子ビーム蒸着法により露出されたｐ型コンタクト層５２の表面上およびフォトレジスト上に、平均膜厚が１ｎｍのＰｔ層６１を蒸着した。続いて、平均膜厚が１００ｎｍのＡｇ層６２を蒸着し、更に１００ｎｍの厚さのＭｏ層６３と１μｍの厚さのＡｕ層６４を順次蒸着した。次に、積層構造をチャンバーから取り出し、フォトレジスト上のＰｔ層６１とＡｇ層６２とＭｏ層６３とＡｕ層６４をフォトレジストと共に除去することによって、ｐ型コンタクト層５２の表面上にＰｔ層６１とＡｇ層６２とＭｏ層６３とＡｕ層６４が順次積層されたｐ側電極６を形成した。
【００５７】
再び積層構造の表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより、露出させたｎ層３の表面一部の上のフォトレジストのみを取り除き、ｎ層３の表面一部を露出させた。そして、積層構造を真空蒸着装置のチャンバー内に装着し、チャンバー内を２×１０-6Ｔｏｒｒ以下にまで真空排気した後、電子ビーム蒸着法により、露出されたｎ層３の表面上およびフォトレジスト上に、１００ｎｍの厚さのＴｉ層７１を蒸着し、更に１．５μｍの厚さのＡｕ層７２を蒸着した。次に、積層構造をチャンバーから取り出し、フォトレジスト上のＴｉ層７１とＡｕ層７２をフォトレジストと共に除去することによって、ｎ層３の表面一部の上にＴｉ層７１とＡｕ層７２が順次積層されたｎ側電極７を形成した。
【００５８】
この後、基板１の裏面を研磨して１００μｍ程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分離した。このようにして、図３に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られた。
【００５９】
この発光素子を、電極形成面側を下向きにして、正負一対の電極を有するＳｉダイオードの上にＡｕバンプにより接着させた。このとき、発光素子のｐ側電極６およびｎ側電極７が、それぞれＳｉダイオードの負電極および正電極と接続されるようにして発光素子を搭載する。この後、発光素子を搭載させたＳｉダイオードを、Ａｇペーストによりステム上に載置し、Ｓｉダイオードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、その後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク発光波長４７０ｎｍの青色で発光し、基板１の積層構造を形成した側の反対側の面から均一な面発光が得られた。このときの順方向動作電圧は３．２６Ｖであり、発光出力は５．０１ｍＷであった。
【００６０】
（実施例２）
実施例２においては、上記実施例１と同様の手順で、Ｐｔ層６１を平均膜厚０．０μｍから１０．０μｍとした発光素子を作製した。この発光素子を２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク発光波長４７０ｎｍの青色で発光し、基板１の積層構造を形成した側の反対側の面から均一な面発光が得られた。そして、輝度および駆動電圧を測定し、表１および表２に示されるような結果が得られた。
【００６１】
【表１】
2005123439.tif 000003
【００６２】
【表２】
2005123439.tif 000004
【００６３】
Ｐｔ層の膜厚と発光素子の輝度の関係と、Ｐｔ層の平均膜厚と駆動電圧の関係について、図４と図５を用いて説明する。
【００６４】
図４に示すように、Ｐｔ層の平均膜厚を３ｎｍより厚く形成すると、Ｐｔ層自体での光吸収量が著しく多くなると思われる原因で、輝度が低下する。更に図５から解るように、Ｐｔ層を省略するとｐ層とのオーミック接合が確実に行われていないことが原因と思われる駆動電圧の上昇が見られる。
【００６５】
従って、電気的な特性或いは輝度の面からＰｔ層の平均膜厚を３ｎｍ以下とすることが好ましいことがわかる。
【００６６】
（実施例３）
次に、図６に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法を記す。本実施例においても、窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法として有機金属気相成長法を用いたものを示すが、成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー法や有機金属分子線エピタキシー法等を用いることも可能である。
【００６７】
先ず、表面を鏡面に仕上げられたサファイアの基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１の温度を１０００℃に保ち、窒素と水素を流しながら基板１を１０分間加熱することにより、基板１の表面に付着している有機物等の汚れや水分を取り除いた。
【００６８】
次に、基板１の温度を５５０℃にまで降下させ、キャリアガスとして窒素を流しながら、アンモニアとＴＭＧを供給して、ＧａＮからなるバッファ層２を２５ｎｍの厚さで成長させた。
【００６９】
次に、ＴＭＧの供給を止めて１０５０℃まで昇温させた後、キャリアガスとして窒素と水素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧそしてＳｉＨ4を供給して、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ層３を４μｍの厚さで成長させた。
【００７０】
ｎ層３を成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4の供給を止め、基板温度を７５０℃にまで降下させ、７５０℃において、キャリアガスとして窒素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、ＴＭＩを供給して、アンドープのＩｎＧａＮからなる単一量子井戸構造の発光層４を２ｎｍの厚さで成長させた。
【００７１】
発光層４を成長後、ＴＭＩの供給を止め、ＴＭＧを流しながら基板温度を１０５０℃に向けて昇温させながら、引き続きアンドープのＧａＮ（図示せず）を４ｎｍの厚さで成長させ、基板温度が１０５０℃に達したら、キャリアガスとして窒素と水素を流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ2Ｍｇを供給して、ＭｇをドープさせたＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５１を０．２μｍの厚さで成長させた。
【００７２】
ｐ型クラッド層５１を成長後、基板１の温度を１０５０℃に保持したままで、キャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、アンモニア、ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びＣｐ2Ｍｇを供給して、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層５２を０．１μｍの厚さで成長させた。
【００７３】
ｐ型コンタクト層５２を成長後、ＴＭＧとＴＭＡとＣｐ2Ｍｇの供給を止め、窒素ガスとアンモニアを流しながら、基板１の温度を室温程度にまで冷却させて、基板１の上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたウェハーを反応管から取り出した。
【００７４】
このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造に対して、別途アニールを施すことなく、その表面上にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積させた後、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより略方形状にパターンニングしてエッチング用のＳｉＯ2マスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチング法により、ｐ型コンタクト層５２とｐ型クラッド層５１と中間層と発光層４とｎ層３の一部を約０．４μｍの深さで積層方向と逆の方向に向かって除去させて、ｎ層３の表面を露出させた。
【００７５】
そして、エッチング用のＳｉＯ2マスクをウェットエッチングにより除去させた後、積層構造の表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりｐ型コンタクト層５２の表面上のフォトレジストのみを取り除き、ｐ型コンタクト層５２の表面の８０％以上を露出させた。そして、積層構造を真空蒸着装置のチャンバー内に装着し、チャンバー内を２×１０-6Ｔｏｒｒ以下にまで真空排気した後、電子ビーム蒸着法により露出されたｐ型コンタクト層５２の表面上およびフォトレジスト上に、平均膜厚が３ｎｍのＰｔ層９１を蒸着した。続いて、平均膜厚が１００ｎｍのＲｈ層９２を蒸着し、更に１μｍの厚さのＡｕ層９３を蒸着した。次に、積層構造をチャンバーから取り出し、フォトレジスト上のＰｔ層９１とＲｈ層９２とＡｕ層９３をフォトレジストと共に除去することによって、ｐ型コンタクト層５２の表面上にＰｔ層９１とＲｈ層９２とＡｕ層９３が順次積層されたｐ側電極９を形成した。
【００７６】
再び積層構造の表面上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより、露出させたｎ層３の表面一部の上のフォトレジストのみを取り除き、ｎ層３の表面一部を露出させた。そして、積層構造を真空蒸着装置のチャンバー内に装着し、チャンバー内を２×１０-6Ｔｏｒｒ以下にまで真空排気した後、電子ビーム蒸着法により、露出されたｎ層３の表面上およびフォトレジスト上に、１００ｎｍの厚さのＴｉ層７１を蒸着し、更に１．５μｍの厚さのＡｕ層７２を蒸着した。次に、積層構造をチャンバーから取り出し、フォトレジスト上のＴｉ層７１とＡｕ層７２をフォトレジストと共に除去することによって、ｎ層３の表面一部の上にＴｉ層７１とＡｕ層７２が順次積層されたｎ側電極７を形成した。
【００７７】
この後、基板１の裏面を研磨して１００μｍ程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に分離した。このようにして、図６に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られた。
【００７８】
この発光素子を、電極形成面側を下向きにして、正負一対の電極を有するＳｉダイオードの上にＡｕバンプにより接着させた。このとき、発光素子のｐ側電極６およびｎ側電極７が、それぞれＳｉダイオードの負電極および正電極と接続されるようにして発光素子を搭載する。この後、発光素子を搭載させたＳｉダイオードを、Ａｇペーストによりステム上に載置し、Ｓｉダイオードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、その後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードを２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク発光波長４７０ｎｍの青色で発光し、基板１の積層構造を形成した側の反対側の面から均一な面発光が得られた。このときの順方向動作電圧は３．４Ｖであり、発光出力は５ｍＷであった。
【００７９】
（実施例４）
実施例４においては、上記実施例３と同様の手順で、Ｐｔ層９１を平均膜厚０．０μｍから１０．０μｍとした発光素子を作製した。この発光素子を２０ｍＡの順方向電流で駆動したところ、ピーク発光波長４７０ｎｍの青色で発光し、基板１の積層構造を形成した側の反対側の面から均一な面発光が得られた。そして、輝度および駆動電圧を測定し、表３および表４に示されるような結果が得られた。
【００８０】
【表３】
2005123439.tif 000005
【００８１】
【表４】
2005123439.tif 000006
【００８２】
Ｐｔ層の膜厚と発光素子の輝度の関係と、Ｐｔ層の平均膜厚と駆動電圧の関係について、図７と図８を用いて説明する。
【００８３】
図７に示すように、Ｐｔ層の平均膜厚を３ｎｍより厚く形成すると、Ｐｔ層自体での光吸収量が著しく多くなると思われる原因で、輝度が低下する。更に図８から解るように、Ｐｔ層を省略するとｐ層とのオーミック接合が確実に行われていないことが原因と思われる駆動電圧の上昇が見られる。
【００８４】
従って、電気的な特性或いは輝度の面からＰｔ層の平均膜厚を３ｎｍ以下とすることが好ましいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係る発光素子は、Ｐｔ層に入射してきた光をＰｔ層自体で吸収されるのを抑えることができ、しかもＡｇ層またはＲｈ層で十分に反射させることができるので、電極構造の改良のみで輝度を向上させることが必要な電子機器、ディスプレイ、照明、バックライトなどに使用される発光素子に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子を示す側面図
【図２】本発明の実施の形態２に係る発光素子を示す側面図
【図３】実施例１にて作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を示す側面図
【図４】実施例２の発光素子のＰｔ層の平均膜厚と輝度との関係を示すグラフ
【図５】実施例２の発光素子のＰｔ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフ
【図６】実施例３にて作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を示す側面図
【図７】実施例４の発光素子のＰｔ層の平均膜厚と輝度との関係を示すグラフ
【図８】実施例４の発光素子のＰｔ層の平均膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフ
【図９】従来の発光素子を示す側面図
【符号の説明】
【００８７】
１  基板
２  バッファ層
３  ｎ層
４  発光層
５  ｐ層
６  ｐ側電極
７  ｎ側電極
８  実装部材
９  ｐ側電極
１０，１１  電極パターン
５１  ｐ型クラッド層
５２  ｐ型コンタクト層
６１  Ｐｔ層
６２  Ａｇ層
６３  Ｍｏ層
６４  Ａｕ層
７１  Ｔｉ層
７２  Ａｕ層
９１  Ｐｔ層
９２  Ｒｈ層
９３  Ａｕ層
【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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