(57)【要約】【課題】紫外域の発光光に対しても高い反射率を持つ反射電極を有する半導体発光装置を実現できるようにする。【解決手段】半導体発光装置は、サファイアからなる基板１０の上に順次形成されたＰ型半導体層１１、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる活性層１２及びＰ型半導体層１３と、Ｐ型半導体層１３の上に形成され、該Ｐ型半導体層１３とオーミック接触し且つ活性層１２からの発光光５０を反射する反射層１４ｂを含むＮ側反射電極１４とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型の第１半導体層と、
Ｐ型の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に形成された活性層と、
前記第１半導体層における前記活性層の反対側の面上に形成され、前記第１の半導体層とオーミック接触し且つ前記活性層からの発光光を反射する反射層を含む反射電極とを備えていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記反射層は、アルミニウム又はロジウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記反射層は、前記発光光に対して６０％以上の反射率を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記反射層の膜厚は２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記反射電極は、前記第１半導体層とオーミック接触するコンタクト層を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
Ｎ型の第１半導体層と、
Ｐ型の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に形成された活性層と、
前記第２半導体層における前記活性層の反対側の面上に形成され、前記第２半導体層とオーミック接触するＮ型の第３半導体層と、
前記第３半導体層における前記第２半導体層の反対側の面上に形成され、前記第３半導体層とオーミック接触し且つ前記活性層からの発光光を反射する第１の反射層を含む第１の反射電極とを備えていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項７】
前記第２半導体層と前記第３半導体層とは、トンネル接合によりオーミック接触することを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記第２半導体層及び第３半導体層の不純物濃度は、それぞれ１×１０19ｃｍ-3以上であることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記第１半導体層における前記活性層の反対側の面上の一部に形成され、前記第１半導体層とオーミック接触し且つ前記活性層からの発光光を反射する第２の反射層を含む第２の反射電極をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記第１の反射層及び第２の反射層のうちの少なくとも第１の反射層は、アルミニウム又はロジウムを含むことを特徴とする請求項６又は９に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記第１の反射層及び第２の反射層のうちの少なくとも第１の反射層は、前記発光光に対して６０％以上の反射率を有していることを特徴とする請求項６、９及び１０のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記第１の反射層及び第２の反射層のうちの少なくとも第１の反射層は、膜厚が２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項６、９、１０及び１１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記第１の反射電極又は前記第２の反射電極は、それぞれが隣接する半導体層との間でオーミック接触するコンタクト層を含むことを特徴とする請求項６、９、１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記コンタクト層は、前記発光光に対して透光性を有していることを特徴とする請求項５又は１３に記載の半導体発光装置。
【請求項１５】
前記コンタクト層の膜厚は０より大きく１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の半導体発光装置。
【請求項１６】
前記コンタクト層は、チタン、アルミニウム、パラジウム、バナジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又は酸化亜鉛を含むことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関し、特に反射電極を有する半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体を用いた発光装置が、表示用光源、液晶用バックライト光源及び照明用白色光源等の用途に広く利用されるようになってきており、半導体発光装置の高出力化が強く望まれている。特に、青色域から紫外域の発光光を得られる窒化物半導体からなる発光装置、すなわち発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）装置は、高出力化により、照明用途や自動車のヘッドランプ用途といった大きな市場を期待できる。高出力を可能とする半導体発光装置を実現するには、発光層自体の発光効率を上げるだけでなく、発光層で生成される発光光を外部に効率良く取り出す構造とすること、すなわち取り出し効率を上げることが極めて重要である。
【０００３】
発光光の取り出し効率を向上させる手法として、半導体層の上に形成する電極材料に透光性を持たせたり、電極をパターニングしたり、電極又は半導体層の表面を凹凸状に加工したり、また、半導体層を屈折率が小さい樹脂で被覆したりするという種々の手法が提案されている。
【０００４】
なかでも、大きな効果を期待されているのが、銀（Ａｇ）等の反射率が高い金属を反射電極として用いることにより、基板の裏面側から光を取り出す構造、いわゆるフリップチップ型構造の半導体発光装置である。銀は可視域で高い反射率を持つ材料であるが、反面、マイグレーションが大きく、熱に弱い等の問題があり、反射電極として実用化することが難しい。その上、銀は波長が３５０ｎｍ以下の光に対してその反射率が急激に劣化するという特性があり、波長が３５０ｎｍ以下の紫外光に対しては用いることができない。
【０００５】
下記の特許文献１には、銀を用いたＰ側反射電極が開示されているが、反射層に銀を用いているため、紫外域では十分な反射率を得ることができない。なお、紫外光に対して高い反射率を持つ材料にはアルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。
【特許文献１】特開平１１−１８６５９８号公報
【特許文献２】特開平０７−０４５８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来の半導体発光装置は、紫外域で高い反射率を持つ反射電極を実現することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目的は、紫外域の発光光に対しても高い反射率を持つ反射電極を有する半導体発光装置を実現できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置を、伝導型がＮ型の半導体層の上に該Ｎ型の半導体層とオーミック接触し且つ高い反射率を有する反射電極を設ける構成とする。
【０００９】
具体的に、本発明に係る第１の半導体発光装置は、Ｎ型の第１半導体層と、Ｐ型の第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に形成された活性層と、第１半導体層における活性層の反対側の面上に形成され、第１の半導体層とオーミック接触し且つ活性層からの発光光を反射する反射層を含む反射電極とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
第１の半導体発光装置によると、Ｎ型の第１半導体層における活性層の反対側の面上に形成され、該第１の半導体層とオーミック接触し且つ活性層からの発光光を反射する反射層を含む反射電極を備えているため、Ｐ型の第２の半導体層にはオーミック接触できない金属であるアルミニウム（Ａｌ）等の紫外域で高い反射率を持つ材料であっても、Ｎ型の第１の半導体層の上に反射電極として形成することができる。その結果、紫外域でも発光光率が高い半導体発光素子を実現できる。
【００１１】
第１の半導体発光装置において、反射層はアルミニウム又はロジウムを含むことが好ましい。このようにすると、波長が３５０ｎｍ以下の紫外光に対しても、十分に高い反射率を持つ反射電極を形成することができる。
【００１２】
第１の半導体発光装置において、反射層は発光光に対して６０％以上の反射率を有していることが好ましい。
【００１３】
第１の半導体発光装置において、反射層の膜厚は２０ｎｍ以上であることが好ましい。このようにすると、活性層からの発光光が反射層を透過することなく、効率良く反射されるため、反射電極の反射率を高く維持することができる。
【００１４】
第１の半導体発光装置において、反射電極は第１半導体層とオーミック接触するコンタクト層を含むことが好ましい。このようにすると、反射電極のコンタクト抵抗が小さくなるため、発光装置の動作電圧を低減することができる。また、コンタクト層により反射電極と第１半導体層との密着性も向上するため、信頼性が向上する。
【００１５】
本発明に係る第２の半導体発光装置は、Ｎ型の第１半導体層と、Ｐ型の第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に形成された活性層と、第２半導体層における活性層の反対側の面上に形成され、第２半導体層とオーミック接触するＮ型の第３半導体層と、第３半導体層における第２半導体層の反対側の面上に形成され、第３半導体層とオーミック接触し且つ活性層からの発光光を反射する第１の反射層を含む第１の反射電極とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
第２の半導体発光装置によると、Ｐ型の第２半導体層とオーミック接触するＮ型の第３半導体層と、該第３の半導体層とオーミック接触し且つ活性層からの発光光を反射する第１の反射層を含む第１の反射電極とを備えているため、Ｐ型の第２の半導体層にはオーミック接触できない金属であるアルミニウム（Ａｌ）等の紫外域で高い反射率を持つ材料であっても、Ｎ型の第３の半導体層の上に反射電極として形成することができる。その結果、紫外域で発光光率が高い半導体発光素子を実現できる。なお、Ｐ型の第２半導体層とＮ型の第３半導体層とのオーミック接触は、トンネル接合により実現することができる。
【００１７】
従って、第２の半導体発光装置において、第２半導体層と第３半導体層とはトンネル接合によりオーミック接触することが好ましい。
【００１８】
第２の半導体発光装置において、第２半導体層及び第３半導体層の不純物濃度は、それぞれ１×１０19ｃｍ-3以上であることが好ましい。
【００１９】
第２の半導体発光装置は、第１半導体層における活性層の反対側の面上の一部に形成され、第１半導体層とオーミック接触し且つ活性層からの発光光を反射する第２の反射層を含む第２の反射電極をさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、活性層が第１の反射電極及び第２の反射電極により挟まれる構成となるため、注入電流が活性層に対して垂直方向流れる、いわゆる縦型デバイスとなる。この構成の場合であっても、第２の反射電極の第１の反射電極との対向面においても発光光が２つの反射電極間の多重反射によって、装置の外部に取り出すことができるので、発光光率が高い半導体発光素子を実現できる。
【００２１】
第２の半導体発光装置において、第１の反射層及び第２の反射層のうちの少なくとも第１の反射層は、アルミニウム又はロジウムを含むことが好ましい。
【００２２】
第２の半導体発光装置において、第１の反射層及び第２の反射層のうちの少なくとも第１の反射層は、発光光に対して６０％以上の反射率を有していることが好ましい。
【００２３】
第２の半導体発光装置において、第１の反射層及び第２の反射層のうちの少なくとも第１の反射層は、膜厚が２０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
第２の半導体発光装置において、第１の反射電極又は第２の反射電極は、それぞれが隣接する半導体層との間でオーミック接触するコンタクト層を含むことが好ましい。
【００２５】
第１又は第２の半導体発光装置において、コンタクト層が形成されている場合に、該コンタクト層は、発光光に対して透光性を有していることが好ましい。このようにすると、コンタクト層が発光波長に対して吸収を持つ場合であっても、コンタクト層の厚さを十分に小さくすることにより、該コンタクト層の透過率が大きくなるので、反射電極自体の反射率を高く保つことができる。
【００２６】
この場合に、コンタクト層の膜厚は０より大きく１０ｎｍ以下であることが好ましい。このようにすると、コンタクト層が発光波長に対して吸収を持つ場合でも、膜厚を十分に薄くすることで、コンタクト層の透過率を大きくし、反射電極全体の反射率を高く保つことができる。
【００２７】
また、この場合に、コンタクト層は、チタン、アルミニウム、パラジウム、バナジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又は酸化亜鉛を含むことが好ましい。このようにすると、Ｎ型の半導体層と良好なオーミック接触を持つ反射電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る半導体発光装置は、紫外域の発光光に対しても高い反射率を持つ反射電極を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置であって、ＬＥＤ装置の平面構成を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。
【００３１】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る半導体発光装置は、該発光装置からの発光光５０に対して透光性を有する、例えばサファイア（単結晶Ａｌ2Ｏ3）からなり、平面寸法が３５０μｍ×３５０μｍの基板１０と、該基板１０の主面上にエピタキシャル成長により順次形成されたＰ型半導体層１１と、多重量子井戸構造を有する活性層１２と、Ｎ型半導体層１３とを有している。
【００３２】
Ｎ型半導体層１３の上には、周縁部が該Ｎ型半導体層１３の端面から１０μｍずつ内側に形成され、厚さが３ｎｍのチタン（Ｔｉ）からなるコンタクト層１４ａ及び厚さが１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）からなる反射層１４ｂにより構成されるＮ側反射電極１４と、厚さが５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）と厚さが３００ｎｍの金（Ａｕ）とが積層されてなる実装用の第１のカバー金属層１５とが順次形成されている。Ｐ型半導体層１１の一部をエッチングにより露出した領域上には、該Ｐ型半導体層１１とオーミック接触する厚さが５０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）及び厚さが１５０ｎｍの金（Ａｕ）が積層されてなるＰ側電極１６と、第１のカバー金属層１５と同一の構成を有する実装用の第２のカバー金属層１７とが順次形成されている。ここで、Ｐ側電極１６の平面寸法は７５μｍ×７５μｍである。
【００３３】
活性層１２は、例えばＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造又は超格子構造を有している。なお、活性層１２には、量子井戸構造又は超格子構造における障壁層部分にアルミニウム（Ａｌ）を添加してもよい。
【００３４】
Ｐ型半導体層１１は厚さが２μｍのＰ型ＧａＮからなり、Ｎ型半導体層１３は、厚さが３０ｎｍのアンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ、厚さが１０ｎｍのＮ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ、厚さが５０ｎｍのＮ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ、厚さが１５ｎｍのＮ型ＧａＮ及び厚さが５ｎｍのＮ+型ＧａＮからなる。
【００３５】
第１の実施形態に係る半導体発光装置は、第１のカバー金属層１５及び第２のカバー金属層１７を図示しない実装用基板（サブマウント）の主面と対向させて実装するいわゆるフリップチップ型のＬＥＤ装置である。
【００３６】
以下、前記のように構成されたＬＥＤ装置の製造方法を説明する。
【００３７】
まず、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法により、サファイアからなる基板１０の主面上に、厚さが２００ｎｍのＧａＮからなるバッファ層（図示せず）、Ｐ型ＧａＮからなるＰ型半導体層１１、例えばＩｎＧａＮからなる井戸層とＧａＮからなる障壁層とを交互に積層した多重量子井戸構造を持つ活性層１２及びＮ型半導体層１３を順次エピタキシャル成長する。
【００３８】
次に、プラズマＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、形成したＮ型半導体層１３の上に全面にわたって厚さが４００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるマスク形成膜（図示せず）を形成する。その後、形成したマスク形成膜に対してリソグラフィ法及び反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）によるドライエッチング法により、マスク形成膜におけるＰ側電極形成領域の上側部分に開口部を有するマスク膜を得る。続いて、形成したマスク膜を用いて、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いたＥＣＲ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ)プラズマによるドライエッチング法により、Ｎ型半導体層１３、活性層１２及びＰ型半導体層１１の上部を順次除去して、該Ｐ型半導体層１１の一部にＰ側電極形成領域を形成する。
【００３９】
次に、マスク膜を緩衝フッ酸（ＢＨＦ）溶液で除去し、その後、リソグラフィ法によりＰ型半導体層１３の上に反射電極形成領域を開口する第１のレジストパターン（図示せず）を形成し、形成した第１のレジストパターンの上に、ＥＢ蒸着法により厚さが５０ｎｍのＮｉ膜及び厚さが１５０ｎｍのＡｕ膜を順次成膜する。続いて、第１のレジストパターンを該第１のレジストパターンの上に蒸着したＮｉ膜及びＡｕ膜と共に除去するいわゆるリフトオフ法により、Ｐ型半導体層１１の上にＮｉ／ＡｕからなるＰ側電極１６を形成する。その後、形成したＰ側電極１６のＰ型半導体層１１とのコンタクト抵抗を低減するために、温度が６００℃の窒素雰囲気で２０分間の熱処理を施す。この第１の熱処理により、Ｐ側電極１６のコンタクト抵抗は、オーダーが１０-4Ω・ｃｍ2 の良好なオーミック接触を実現できる。
【００４０】
次に、リソグラフィ法によりＰ型半導体層１３の上に反射電極形成領域を開口する第２のレジストパターン（図示せず）を形成し、形成した第２のレジストパターンの上に、ＥＢ蒸着法により厚さが３ｎｍのＴｉからなるコンタクト層１４ａ及び厚さが１００ｎｍのＡｌからなる反射層１４ｂを順次堆積する。続いて、第２のレジストパターンを該第２のレジストパターンの上に蒸着した不要なＴｉ及びＡｌと共に除去するリフトオフ法により、Ｎ型半導体層１３の上にコンタクト層１４ａ及び反射層１４ｂからなるＮ側反射電極１４を形成する。ここで、Ｎ側反射電極１４はＮ型半導体層１３の上面のほぼ全面を覆うように形成することが好ましい。その後、形成したＮ側反射電極１４のＮ型半導体層１３とのコンタクト抵抗を低減するために、温度が６００℃の窒素雰囲気で１分間の熱処理を施す。この第２の熱処理により、Ｎ側反射電極１４のコンタクト抵抗は、オーダーが１０-6Ω・ｃｍ2 の良好なオーミック接触を実現できる。
【００４１】
次に、プラズマＣＶＤ法により、Ｎ側反射電極１４及びＰ側電極１６が形成されたＮ型半導体層１３及びＰ型半導体層１１の上に全面にわたって厚さが３００ｎｍの酸化シリコンからなる保護膜形成膜（図示せず）を形成する。続いて、リソグラフィ法により、Ｎ側反射電極１４及びＰ側電極１６をそれぞれ露出する開口部を有する第２のレジストパターン（図示せず）を形成し、形成した第２のレジストパターンをマスクとして、保護膜形成膜に対して緩衝フッ酸溶液によるウェットエッチングを行なうことにより、保護膜形成膜からＮ側反射電極１４及びＰ側電極１６の各周縁部をそれぞれ残して各電極１４、１６のほぼ全体を露出する開口部を有する保護膜（パッシベーション膜）を形成する。
【００４２】
次に、ＥＢ蒸着法により、第２のレジストパターンの上に、厚さが５０ｎｍのＴｉと厚さが３００ｎｍのＡｕからなるカバー金属形成層を堆積する。その後、第２のレジストパターンを該第２のレジストパターンの上に蒸着した不要なＴｉ及びＡｕと共に除去するリフトオフ法により、Ｎ側反射電極１４の上に第１のカバー金属層１５が形成されると共に、Ｐ側電極１６の上に第２のカバー金属層１７が形成される。ここで、フリップチップ型のＬＥＤ装置は、各カバー金属層１５、１７によってサブマウントと電気的且つ機械的に接続されることから、該ＬＥＤ装置の放熱性を高めるには、第１のカバー金属層１５をＮ側反射電極１４とほぼ同一の大きさに形成することが好ましい。
【００４３】
以上の工程により、活性層１２から発光される発光光５０をＮ側反射電極１４により基板１０側に反射して、透光性を持つ基板１０側から発光光５０を外部に取り出すフリップチップ型のＬＥＤ装置を得る。
【００４４】
なお、第１の実施形態においては、Ｐ型半導体層１３の上に形成するＮ側反射電極１４の反射層１４ｂとしてアルミニウム（Ａｌ）を用いたが、Ａｌに代えて、ロジウム（Ｒｈ）のような紫外域から可視域において光の反射率が高い材料を用いることができる。
【００４５】
図２に空気中における単層金属膜の反射率の波長依存性（計算値）を示す。銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）及びロジウム（Ｒｈ）は、従来の窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体に用いられるニッケル（Ｎｉ）又は白金（Ｐｔ）よりも高い反射率を有しており、Ｎ側反射電極１４の材料として有望である。但し、Ａｇは３５０ｎｍ以下の波長域で急激に反射率が低下するため、紫外域の発光光を出力する発光装置の反射電極としては不適である。これに対し、Ａｌは紫外域でも高い反射率を示しており、低いコンタクト抵抗と両立ができるので、Ｎ側反射電極１４に最も適している。
【００４６】
第１の実施形態においては、Ｎ側反射電極１４の反射層１４ｂの膜厚を１００ｎｍとしたが、この膜厚には限られない。
【００４７】
図３にアルミニウム（Ａｌ）からなる反射層１４ｂにおける波長が３００ｎｍ、３５０ｎｍ及び４００ｎｍの光の透過率の厚さ依存性（計算値）を示す。図３から分かるように、反射層１４ｂの厚さが薄くなると、反射層１４ｂの反射率の低下すなわち透過率の増大が無視できなくなるため、該反射層１４ｂの厚さは２０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であればさらに好ましい。
【００４８】
以上説明したように、第１の実施形態によると、Ａｌからなる反射層１４ｂをＮ側反射電極１４に用いているため、Ｎ型半導体層１３が素子の上部、すなわち活性層１２に対して基板１０の反対側に設ける構造を採る。通常、ＧａＮ系の発光装置の場合はＰ型半導体層を素子の上部に設ける構成を採る場合が多く、この構成の場合は、Ａｌを用いた反射電極はＰ型半導体層に対して良好なオーミック接触を得ることができない。このため、第１の実施形態においては、ＰＮ接合の上下を逆転させて、反射電極をＮ側電極として形成することにより、高反射率と低コンタクト抵抗とを両立することができる。従って、３５０ｎｍ以下の波長である紫外域の発光光５０に対しても、高い反射率を持つ反射電極を有する半導体発光装置を実現できる。
【００４９】
また、第１の実施形態においては、Ｎ側反射電極１４のコンタクト層１４ａとしてチタン（Ｔｉ）を用いている。これにより、Ｎ側反射電極１４の反射層１４ｂとＮ型半導体層１３との密着性が向上するため、反射電極１４のコンタクト抵抗をさらに小さくすることができる。
【００５０】
なお、特許文献２には、ＴｉとＡｌとを用いたオーミック電極をＧａＮ系半導体に設ける構成が記載されているが、オーミック接触を実現するだけであれば、ＴｉとＡｌとの厚さや構成比はたいして重要とはならない。
【００５１】
本実施形態のように、オーミック電極に高い反射率を実現するには、コンタクト層１４ａであるＴｉの厚さは、できるだけ薄い方が望ましい。すなわち、Ａｌを反射層１４ｂとして十分に機能させるには、コンタクト層１４ａは発光光５０を十分に透過できる程に薄くする必要がある。本実施形態においては、コンタクト層１４ａの膜厚を３ｎｍとしたが、１０ｎｍ以下が好ましく、３ｎｍ以下ならばより好ましい。
【００５２】
また、コンタクト層１４ａとしてＴｉを用いたが、Ｎ型ＧａＮからなるＮ型半導体層１３と良好なオーミック接触を実現できる材料であればよい。例えば、Ａｌ（反射層１４ｂにＲｈを用いる場合）、パラジウム（Ｐｄ）、Ｖ（バナジウム）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いることができる。コンタクト層１４ａの発光波長に対する透過率が低い場合には、Ｔｉの場合と同様に、該コンタクト層１４ａは薄い方が好ましい。なお、コンタクト層１４ａがＩＴＯのように透光性を有する導電性材料の場合には、その厚さを特に薄くする必要はない。
【００５３】
また、第１の実施形態においては、第１のカバー金属層１５及び第２のカバー金属層１７として、ＴｉとＡｕとの積層体を用いたが、他の金属を用いてもよく、また、単層膜であっても多層膜であっても構わない。例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる積層体を用いると、熱安定性が向上し、ＴｉとＡｕとの間の相互拡散が抑えられるので、より安定したデバイスを得ることができる。なお、安定性及び耐酸化性に加え、ワイヤボンディングの密着性の観点から、各カバー金属層１５、１７は金（Ａｕ）を含むことが好ましい。
【００５４】
また、第１の実施形態においては、エピタキシャル成長用の基板１０としてサファイアを用いたが、発光波長に対して透光性を持つ材料であればサファイアに限られない。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）を用いることができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図４を参照しながら説明する。
【００５６】
図４（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置であって、ＬＥＤ装置の平面構成を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のIVｂ−IVｂ線における断面構成を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、図１と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００５７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係る半導体発光装置は、該発光装置からの発光光５０に対して透光性を有するサファイアからなる基板１０と、該基板１０の主面上にエピタキシャル成長により順次形成された第１のＮ型半導体層２１と、多重量子井戸構造を有する活性層１２と、Ｐ型半導体層２３と、該Ｐ型半導体層２３とトンネル接合によりオーミック接触する第２のＮ型半導体層２４とを有している。なお、トンネル接合によるオーミック接触とは、Ｐ型半導体層２３と第２のＮ型半導体層２４とがそれぞれ高濃度にドーピングされたトンネル接合を形成しており、逆方向電圧を印加した際に、整流性を示さず、トンネル電流によってオーミック的な特性を示すことを意味する。
【００５８】
第２のＮ型半導体層２４の上には、周縁部が該第２のＮ型半導体層２４の端面から１０μｍずつ内側に形成され、厚さが３ｎｍのチタン（Ｔｉ）からなるコンタクト層１４ａ及び厚さが１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）からなる反射層１４ｂにより構成されるＰ側反射電極２５と、厚さが５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）と厚さが３００ｎｍの金（Ａｕ）とが積層されてなる実装用の第１のカバー金属層１５とが順次形成されている。第１のＮ型半導体層２１の一部をエッチングにより露出した領域上には、該第１のＮ型半導体層２１とオーミック接触する厚さが３ｎｍのチタン（Ｔｉ）及び厚さが１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）が積層されてなるＮ側電極２６と、第１のカバー金属層１５と同一の構成を有する実装用の第２のカバー金属層１７とが順次形成されている。
【００５９】
第１のＮ型半導体層２１は厚さが４μｍのＮ型ＧａＮからなり、Ｐ型半導体層２３は、厚さが３０ｎｍのアンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ、厚さが１０ｎｍのＰ型のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ、厚さが５０ｎｍのＰ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ、厚さが１５ｎｍのＰ型ＧａＮ及び厚さが５ｎｍのＰ+型ＧａＮからなる。第２のＮ型半導体層２４の厚さは２０ｎｍである。
【００６０】
第２の実施形態に係る半導体発光装置は、第１のカバー金属層１５及び第２のカバー金属層１７を図示しない実装用基板（サブマウント）の主面と対向させて実装するフリップチップ型のＬＥＤ装置である。
【００６１】
以下、前記のように構成されたＬＥＤ装置の製造方法を説明する。
【００６２】
まず、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる基板１０の主面上に、厚さが２００ｎｍのＧａＮからなるバッファ層（図示せず）、Ｎ型ＧａＮからなる第１のＮ型半導体層２１、例えばＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多重量子井戸構造を持つ活性層１２、Ｐ型半導体層２３及び第２のＮ型半導体層２４を順次エピタキシャル成長する。ここでは、Ｐ型半導体層２３を構成する最上部のＰ+型ＧａＮ層と、第２のＮ型半導体層２４との不純物濃度をいずれも１×１０20ｃｍ-3程度の比較的高濃度にドープすることにより、Ｐ+型ＧａＮ層と第２のＮ型半導体層２４とのＰＮ接合をトンネル接合としている。なお、この不純物濃度は１×１０19ｃｍ-3程度であればよい。
【００６３】
次に、プラズマＣＶＤ法により、形成した第２のＮ型半導体層２４の上に全面にわたって厚さが４００ｎｍの酸化シリコンからなるマスク形成膜（図示せず）を形成する。その後、形成したマスク形成膜に対してリソグラフィ法及びＲＩＥによるドライエッチング法により、マスク形成膜におけるＮ側電極形成領域の上側部分に開口部を有するマスク膜を得る。続いて、形成したマスク膜を用いて、例えば塩素ガスを用いたＥＣＲプラズマによるドライエッチング法により、第２のＮ型半導体層２４、Ｐ型半導体層２３、活性層１２及び第１のＮ型半導体層２１の上部を順次除去して、該第１のＮ型半導体層２１の一部にＮ側電極形成領域を形成する。
【００６４】
次に、マスク膜を緩衝フッ酸（ＢＨＦ）溶液で除去し、その後、リソグラフィ法により第２のＮ型半導体層２４の上及び露出したＮ型半導体層２１の上に、それぞれＰ側反射電極形成領域及びＮ側電極形成領域を開口する第１のレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、形成した第１のレジストパターンの上に、ＥＢ蒸着法により厚さが３ｎｍのＴｉからなるコンタクト層１４ａ及び厚さが１００ｎｍのＡｌからなる反射層１４ｂを順次堆積する。続いて、第１のレジストパターンを該第１のレジストパターンの上に蒸着した不要なＴｉ及びＡｌと共に除去するリフトオフ法により、第２のＮ型半導体層２４の上にコンタクト層１４ａ及び反射層１４ｂからなるＰ側反射電極２５を形成すると共に、Ｎ型半導体層２１の上にＴｉ及びＡｌからなるＮ側電極２６を形成する。ここで、Ｐ側反射電極２５は第２のＮ型半導体層２４の上面のほぼ全面を覆うように形成することが好ましい。その後、形成したＰ側反射電極２５の第２のＮ型半導体層２４とのコンタクト抵抗を低減するために、温度が６００℃の窒素雰囲気で１分間の熱処理を施す。この第１の熱処理により、Ｐ側反射電極２５のコンタクト抵抗は、オーダーが１０-6Ω・ｃｍ2 の良好なオーミック接触を実現できる。なお、第２の実施形態においては、Ｐ側反射電極２５及びＮ側電極２６は同一の工程で形成できるため、プロセスをより簡素化することが可能となる。
【００６５】
次に、プラズマＣＶＤ法により、Ｐ側反射電極２５及びＮ側電極２６が形成された第２のＮ型半導体層２４及び第１のＮ型半導体層２１の上に全面にわたって厚さが３００ｎｍの酸化シリコンからなる保護膜形成膜（図示せず）を形成する。続いて、リソグラフィ法により、Ｐ側反射電極２５及びＮ側電極２６をそれぞれ露出する開口部を有する第２のレジストパターン（図示せず）を形成し、形成した第２のレジストパターンをマスクとして、保護膜形成膜に対して緩衝フッ酸溶液によるウェットエッチングを行なうことにより、保護膜形成膜からＰ側反射電極２５及びＮ側電極２６の各周縁部をそれぞれ残して各電極２５、２６のほぼ全体を露出する開口部を有する保護膜を形成する。
【００６６】
次に、ＥＢ蒸着法により、第２のレジストパターンの上に、厚さが５０ｎｍのＴｉ膜と厚さが５００ｎｍのＡｕ膜からなるカバー金属形成層を堆積する。その後、第２のレジストパターンを該第２のレジストパターンの上に蒸着した不要なＴｉ及びＡｕと共に除去するリフトオフ法により、Ｐ側反射電極２５の上に第１のカバー金属層１５が形成されると共に、Ｎ側電極２６の上に第２のカバー金属層１７が形成される。ここで、フリップチップ型のＬＥＤ装置は、各カバー金属層１５、１７によってサブマウントと電気的且つ機械的に接続されることから、該ＬＥＤ装置の放熱性を高めるには、第１のカバー金属層１５をＰ側反射電極２５とほぼ同一の大きさに形成することが好ましい。
【００６７】
以上の工程により、活性層１２から発光される発光光５０をＰ側反射電極２５により基板１０側に反射して、透光性を持つ基板１０側から発光光５０を外部に取り出すフリップチップ型のＬＥＤ装置を得る。
【００６８】
以上説明したように、第２の実施形態においては、Ｐ側反射電極２５に対するコンタクト層として、活性層１２の上のＰ型半導体層２３の上部に形成されたＰ+型ＧａＮ層と、その上のＮ+型ＧａＮからなる第２のＮ型半導体層２４とのトンネル接合を利用したトンネルコンタクト層を導入している。
【００６９】
この高濃度のＰＮ接合であるトンネル接合によって、第２のＮ型半導体層２４とＰ+型ＧａＮ層とに逆方向電圧が印加されるとトンネル電流が流れるため、第２のＮ型半導体層２４をＰ型半導体層２３に対するコンタクト層として機能させることができる。その結果、第２のＮ型半導体層２４とオーミック接触可能な金属電極をＰ側反射電極２５として用いることができるようになる。
【００７０】
その上、従来のＧａＮ系ＬＥＤ装置と同様に、基板１０の主面上に、第１のＮ型半導体層２１、活性層１２及びＰ型半導体層２３を順次エピタキシャル成長することができる。すなわち、基板１０の主面上には、Ｐ型半導体層よりもＮ型半導体層を成長させる方が容易であるため、活性層１２を効率良く形成することができる。従って、第２の実施形態によると、高効率な活性層１２と紫外域で高い反射率を持つＰ側反射電極２５とを併せ持つ半導体発光装置を実現することができる。
【００７１】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図５を参照しながら説明する。
【００７２】
図５（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置であって、ＬＥＤ装置の平面構成を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面構成を示している。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、図１及び図４と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００７３】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第３の実施形態に係る半導体発光装置は、第２の実施形態に係る半導体発光装置におけるサファイアからなる基板１０を第１のＮ型半導体層２１から除去した後、Ｎ側反射電極３０及びカバー金属層３１を第１のＮ型半導体層２１における活性層１２の反対側の面上の中央部に設ける構成としている。
【００７４】
Ｐ側反射電極２５における第２のＮ型半導体層２４の反対側の面上には、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）からなる下地金属層４１を介在させて、厚さが５０μｍの金（Ａｕ）からなる保持膜４０が、基板１０に代えて貼り合わせられて形成されている。
【００７５】
このように、第３の実施形態に係るＬＥＤ装置は、第１のＮ型半導体層２１に形成されたＮ側反射電極３０と、Ｐ型半導体層２３とトンネル接合する第２のＮ型半導体層２４に形成されたＰ側反射電極２５とが活性層１２を挟むように形成されることから、該ＬＥＤ装置に注入される電流がＰ型半導体層２３、活性層１２及び第１のＮ型半導体層２１の各半導体層に対してほぼ垂直な方向に流れる、いわゆる縦型デバイスとして形成される。縦型デバイスは、第１のＮ型半導体層２１におけるシート抵抗の影響がなくなるため、低電圧駆動を実現できる。
【００７６】
以下、前記のように構成されたＬＥＤ装置の製造方法を説明する。
【００７７】
まず、ＭＯＣＶＤ法により、サファイアからなる母材基板（図示せず）の主面上に、厚さが２００ｎｍのＧａＮからなるバッファ層（図示せず）、Ｎ型ＧａＮからなる第１のＮ型半導体層２１、例えばＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多重量子井戸構造を持つ活性層１２、Ｐ型半導体層２３及び第２のＮ型半導体層２４を順次エピタキシャル成長する。ここでも、第２の実施形態と同様に、Ｐ型半導体層２３を構成する上部のＰ+型ＧａＮ層と、第２のＮ型半導体層２４とをいずれも１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度にドープすることにより、Ｐ+型ＧａＮ層と第２のＮ型半導体層２４とのＰＮ接合をトンネル接合としている。
【００７８】
次に、ＥＢ蒸着法により、第２のＮ型半導体層２４の上に、厚さが３ｎｍのＴｉからなる第１のコンタクト層１４ａと厚さが１００ｎｍのＡｌからなる第１の反射層１４ｂとにより構成されるＰ側反射電極２５を形成する。その後、形成したＰ側反射電極２５の第２のＮ型半導体層２４とのコンタクト抵抗を低減するために、温度が６００℃の窒素雰囲気で１分間の熱処理を施す。この第１の熱処理により、Ｐ側反射電極２５のコンタクト抵抗は、オーダーが１０-6Ω・ｃｍ2 の良好なオーミック接触を実現できる。
【００７９】
次に、真空蒸着法により、Ｐ側反射電極２５の上に、厚さが５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）及び厚さが１５０ｎｍの金（Ａｕ）からなる下地金属層４１を形成する。続いて、電気めっき法により、下地金属層４１の上に、厚さが５０μｍのＡｕめっきからなる保持膜４０を形成する。
【００８０】
次に、波長が３５５ｎｍのＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）の３倍波（第３次高調波）レーザ光を、サファイアからなる母材基板を介して第１のＮ型半導体層２１に照射して該第１のＮ型半導体層２１における母材基板との界面部分を溶融することにより、第１のＮ型半導体層２１から該母材基板を剥離する。
【００８１】
次に、リソグラフィ法、ＥＢ蒸着法及びリフトオフ法により、母材基板を剥離された第１のＮ型半導体層２１における活性層１２の反対側の面上のほぼ中央部に径が約７０μｍの島状のＮ側反射電極３０を選択的に形成する。ここで、Ｎ側反射電極３０は、第１のＮ型半導体層２１側から順次成膜された、厚さが３ｎｍのＴｉからなる第２のコンタクト層３０ａと厚さが１００ｎｍのＡｌからなる第２の反射層３０ｂとにより構成される。その後、形成したＮ側反射電極３０のコンタクト抵抗を低減するために、温度が６００℃の窒素雰囲気で１分間の熱処理を施す。なお、Ｎ側反射電極３０は、必ずしも第１のＮ型半導体層２１の上面の中央部に島状に形成する必要はなく、例えば第１のＮ型半導体層２１の上面の中央部を露出するように、さらには第１のＮ型半導体層２１の周縁部上に、環状又はその一部が欠けた環状に形成してもよい。この場合の環状部分の電極の幅は、１０μｍ以上且つ２０μｍ以下程度とすればよい
次に、リソグラフィ法、ＥＢ蒸着法及びリフトオフ法により、形成したＮ側反射電極３０の上に、厚さが５０ｎｍのＴｉと厚さが５００ｎｍのＡｕからなる配線実装用のカバー金属層３１を選択的に形成する。
【００８２】
以上の工程により、活性層１２から発光される発光光５０をＰ側反射電極２５によりＮ側反射電極３０側に反射して、発光光５０を外部に取り出す縦型のＬＥＤ装置を得る。
【００８３】
第３の実施形態によると、第２の実施形態と同様に、高効率な活性層１２と紫外域で高い反射率を持つＰ側反射電極２５とを併せ持つ半導体発光装置を実現することができる。
【００８４】
その上、第３の実施形態においては、Ｎ側反射電極３０及びＰ側反射電極２５が活性層１２を上下から挟む構成を持つ縦型のＬＥＤ構造を採用している。縦型のＬＥＤ装置は、フリップチップ型のＬＥＤ装置と異なり、第１のＮ型半導体層２１において活性層１２に平行な方向（横方向）の電流が流れないため、素子の抵抗を小さくすることができる。その結果、装置の動作電圧を低減することが可能となる。
【００８５】
ところで、通常の縦型デバイスにおいては、光取り出し側（第１のＮ型半導体層２１側）にも電極を設ける必要があるため、活性層１２における電極の直下からの発光光５０は光取り出し側に設けた電極が障害となる。このため、電極の直下から出射される発光光５０は外部に有効に取り出すことができない。
【００８６】
しかしながら、第３の実施形態においては、光取り出し側であるＮ側反射電極３０にも高い反射率を持つＰ側反射電極２５と同一の構成を持たせており、活性層１２を挟んで互いに対向する第１のＮ型半導体層２１と第２のＮ型半導体層２４に設けた２つの反射電極２５、３０同士の多重反射によって、Ｎ側反射電極３０の直下からの発光光５０も外部に有効に取り出すことが可能となる。
【００８７】
なお、第３の実施形態においては、保持膜４０の構成材料としてＡｕめっきを用いたが、シリコン（Ｓｉ）又はタングステン銅（ＣｕＷ）等からなる保持膜を用いることができる。この場合は、第１の反射層１４ｂと保持膜との間に、金錫（ＡｕＳｎ）等からなる混晶はんだ材を用いて貼り合わせる必要がある。また、保持膜４０はＬＥＤ装置のマウント部として機能するため、熱伝導率が高い材料が好ましい。
【００８８】
また、第３の実施形態においては、レーザ光を用いて母材基板を第１のＮ型半導体層２１から剥離したが、母材基板の剥離には、レーザ光を用いない他の方法を用いることができる。例えば、母材基板にシリコン（Ｓｉ）を用い、前述した貼り合わせ工程により保持膜４０を形成した後に、ウェットエッチング又はガスエッチングによりＳｉからなる母材基板を剥離してもよい。
【００８９】
なお、第１〜第３の各実施形態においては、Ｎ側反射電極１４、３０及びＰ側反射電極２５にそれぞれチタン（Ｔｉ）からなるコンタクト層１４ａ、３０ａを設けたが、該コンタクト層１４ａ、３０ａは必ずしも設ける必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係る半導体発光装置は、紫外域の発光光に対しても高い反射率を持つ反射電極を実現することができ、高出力及び長寿命の紫外光ＬＥＤ装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【図２】空気中における単層金属膜の反射率の波長依存性（計算値）を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置に用いる反射電極の反射層（Ａｌ）における光の透過率の膜厚依存性を示すグラフである。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIVｂ−IVｂ線における断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０    基板
１１    Ｐ型半導体層
１２    活性層
１３    Ｎ型半導体層
１４    Ｎ側反射電極
１４ａ  （第１の）コンタクト層
１４ｂ  （第１の）反射層
１５    第１のカバー金属層
１６    Ｐ側電極
１７    第２のカバー金属層
２１    第１のＮ型半導体層
２３    Ｐ型半導体層
２４    第２のＮ型半導体層
２５    Ｐ側反射電極
３０    Ｎ側反射電極
３０ａ  第２のコンタクト層
３０ｂ  第２の反射層
３１    カバー金属層
４０    保持膜
４１    下地金属層
５０    発光光
【図１】
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【図２】
2007103689.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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