(57)【要約】【課題】半導体層とｐ電極との層間強度の向上を図ることで、信頼性の高い半導体発光素子を提供する。【解決手段】ＧａＮ基板２に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが半導体層３として順次積層され、半導体層３に反射層４３を有するｐ電極４が積層された半導体発光素子１において、ｐ電極４は、ｐ型半導体層側のコンタクト層４１として設けられたＩＴＯ層と、反射層４３としてＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層と、ＩＴＯ層およびＡｇ反射層の間に、白金族元素で形成された接着層４２とを備えた。この接着層４２は、Ｒｈで形成されたＲｈ層であり、その厚みは０．１ｎｍ以上、５ｎｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが半導体層として順次積層され、前記半導体層に反射層を有するｐ電極が積層された半導体発光素子において、
前記ｐ電極は、ｐ型半導体層側のコンタクト層として設けられたＩＴＯ層と、
前記反射層としてＡｇまたはＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層と、
前記ＩＴＯ層および前記Ａｇ反射層の間に、白金族元素で形成された接着層とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記接着層は、白金族元素として、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔのいずれか、またはこれらの金属を１種類以上含む合金であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記接着層の厚みは、０．１ｎｍ以上、５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記半導体層は、ＧａＮ基板で形成された前記基板の一面側に積層され、前記ＧａＮ基板の他面側にｎ電極を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記半導体層は、ＧａＮ基板で形成された前記基板の一面側に積層され、前記ＧａＮ基板の一面側にはｎ電極が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが順次積層され、前記ｐ型半導体層に反射層を有するｐ電極が積層された半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体発光素子として、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが順次積層され、このｐ型半導体層に反射層を有するｐ電極が積層されたものが、特許文献１に記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の半導体発光素子は、ｎ型半導体層あるいはｐ型半導体層上に形成されたｎ電極またはｐ電極が、半導体層からみて、第１の層と、第２の層と、第３の層との順に積層されている。
【０００４】
そして第１の層としては、Ｉｎ，Ｇａが好ましく、Ｉｎ2Ｏ3やＩＴＯとすると半導体層とのオーミック接触が得られ、特にＩＴＯは可視光において高い光透過性を有し、導電率が高い材料であるので好ましいと記載されている。また、第２の層としては、第１の層とのオーミック特性を向上させるためにＳｎ，Ｍｇ，Ｚｎを用い、Ａｌ，Ｇａ，ＦやＳｂが添加されていてもよく、この場合、第２の層で使用した金属を、第１の層へ添加するとキャリア濃度が高くなる傾向になるので好ましいと記載されている。そして第３の層としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒが反射層として用いることができると記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１９１３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体層とのオーミックコンタクトを得るために、ｐ電極側に光透過性にも優れたＩＴＯ層を形成した後に、半導体層からの光を半導体層へ反射させるために反射率が高いＡｇや、反射率だけでなく、耐凝集性や耐熱性に優れたＡｇ合金を用いたＡｇ反射層を設ける場合がある。しかしＩＴＯで形成されたＩＴＯ層と、ＡｇまたはＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層とは密着性が低い。これは、Ａｇはハロゲンや硫黄と容易に反応して表面に皮膜を形成することでＩＴＯとの密着性が低下するためであり、Ａｇ合金は、表面に酸化膜が形成されることで耐マイグレーション性が改善されるものの、この酸化膜と、酸化物であるＩＴＯとでは酸化膜同士が互いの密着を阻害し合うからである。つまりＩＴＯ層とＡｇ反射層との密着性が低いために、積層する際に層間剥離が発生することがある。
【０００６】
そうなると、半導体層とｐ電極との層間の接合強度が弱い状態で半導体発光素子が形成されてしまうので、この半導体発光素子を実装するときなどの応力によって、半導体層とｐ電極との間で剥がれて使用不能となったり、動作不良となったりして信頼性の低いものとなってしまう。
【０００７】
そこで本発明は、半導体層とｐ電極との層間強度の向上を図ることで、信頼性の高い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】
【０００８】
本発明の半導体発光素子は、基板に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが半導体層として順次積層され、前記半導体層に反射層を有するｐ電極が積層された半導体発光素子において、前記ｐ電極は、ｐ型半導体層側のコンタクト層として設けられたＩＴＯ層と、前記反射層としてＡｇまたはＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層と、前記ＩＴＯ層および前記Ａｇ反射層の間に、白金族元素で形成された接着層とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光素子は、ＩＴＯ層とＡｇ反射層との間に、白金族元素で形成された接着層を設けているので、接着層とＡｇ反射層とが金属接合となるためＩＴＯ層にＡｇ反射層を直接積層する場合に発生する層間剥離が防止できる。よって、信頼性の高い半導体発光素子とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本願の第１の発明は、基板に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが半導体層として順次積層され、半導体層に反射層を有するｐ電極が積層された半導体発光素子において、ｐ電極は、ｐ型半導体層側のコンタクト層として設けられたＩＴＯ層と、反射層としてＡｇまたはＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層と、ＩＴＯ層およびＡｇ反射層の間に、白金族元素で形成された接着層とを備えたことを特徴としたものである。
【００１１】
ｐ電極と半導体層とのオーミックコンタクトを得るためにｐ電極側にコンタクト層としてＩＴＯ層を設けている。そして半導体層側からの光を反射させるために、反射率の高いＡｇまたはＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層を設けている。この密着性の低いＩＴＯ層とＡｇ反射層とを用いるに当たって、ＩＴＯ層とＡｇ反射層との間に、白金族元素で形成された接着層を設けているので、ＩＴＯ層にＡｇ反射層を直接積層する場合に発生する層間剥離が防止できる。
【００１２】
本願の第２の発明は、接着層は、白金族元素として、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔのいずれか、またはこれらの金属を１種類以上含む合金であることを特徴としたものである。
【００１３】
接着層を、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔのいずれか、またはこれらの金属を１種類以上含む合金としたことで、ＩＴＯ層にＡｇ反射層を直接積層する場合に層間剥離を防止し、接着強度を向上させることができる。
【００１４】
本願の第３の発明は、接着層は、０．１ｎｍ以上、５ｎｍ以下であることを特徴としたものである。接着層の厚さは平均値であり、特に薄い場合にはＩＴＯ層が接着層で完全に覆われている必要はなく、部分的に覆われていれば良い。
【００１５】
接着層はＩＴＯとＡｇ反射層の接着強度を向上させると共に、発光層から発せられた光をＡｇ反射層で反射させるために透過する必要がある。従って、接着層が０．１ｎｍ未満では層間剥離を防止することができない。また５ｎｍより厚くなると白金族元素からなる接着層での光の吸収が大きくなる。従って、層間剥離を防止しつつ、発光強度を維持するためには０．１ｎｍ以上、５ｎｍ以下とするのが望ましい。
【００１６】
本願の第４の発明は、半導体層は、ＧａＮ基板で形成された基板の一面側に積層され、ＧａＮ基板の他面側にｎ電極を設けたことを特徴としたものである。
【００１７】
半導体層をＧａＮ基板上に一面側に積層し、このＧａＮ基板の半導体層が積層された面とは反対側となる他面側にｎ電極を設けることで、ダイボンドでリードフレームや実装基板に搭載してｎ電極をリードフレームや実装基板に接続し、ｐ電極からワイヤを配線する半導体発光素子とすることができる。また、ｐ電極をリードフレームや実装基板に接続し、ｎ電極からワイヤを配線する半導体発光素子とすることができる。この構造の場合では、接着層および反射層は、可能な限り面積が小さい方が望ましい。
【００１８】
本願の第５の発明は、半導体層は、ＧａＮ基板で形成された基板の一面側に積層され、ＧａＮ基板の一面側にはｎ電極が設けられていることを特徴としたものである。
【００１９】
半導体層をＧａＮ基板の一面側に積層し、このＧａＮ基板の一面側にｎ電極を設けることで、フェースダウンで実装しｎ電極およびｐ電極をリードフレームや実装基板に接続したり、ダイボンドでＧａＮ基板をリードフレームや実装基板に搭載し、ｎ電極およびｐ電極からワイヤを配線したりする半導体発光素子とすることができる。この構造の場合では、接着層および反射層は、可能な限り面積が広い方が望ましい。
【００２０】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を説明する概略断面図である。
【００２１】
図１に示すように本実施の形態に係る半導体発光素子１は、ＧａＮ基板２に半導体層３を積層し、半導体層３上にｐ電極４を積層したものである。
【００２２】
ＧａＮ基板２には、半導体層３が形成された面とは反対側となる面にｎ電極５が形成されている。
【００２３】
半導体層３は、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が順次積層されている。ｎ型半導体層は、ＧａＮ基板２にＧａＮやＡｌＧａＮ等を積層してｎ型半導体層が形成される。ｎ型半導体層とＧａＮ基板２の間にＧａＮやＩｎＧａＮ等で形成したバッファ層を設けることも可能である。発光層は、ｎ型半導体層にＩｎＧａＮ等を積層して形成されている。そして、発光層にＡｌＧａＮ等を積層することでｐ型半導体層が形成されている。
【００２４】
ｐ電極４は、コンタクト層４１と、接着層４２と、反射層４３と、バリア層４４と、ボンディング層４５と、パッシベーション膜４６とを備え、半導体層３のｐ型半導体層に積層されている。
【００２５】
コンタクト層４１は、半導体層３より小さく形成され、光透過性の高いＩＴＯで形成されたＩＴＯ層である。ＩＴＯ層であるコンタクト層４１の成膜方法は既知の蒸着法やスパッタ法および塗布法で形成することができるが、半導体層３へのダメージを防止して低いコンタクト抵抗とするためには蒸着法や塗布法とするのが望ましい。コンタクト層４１は、ＩＴＯ層とすることで半導体層３とのオーミックコンタクトを得ることができる。コンタクト層４１の膜厚は電流の広がりを考慮して１００ｎｍ以上が望ましく、かつ製造コストを考慮すると２μｍ以下とするのが望ましい。
【００２６】
接着層４２は、ＩＴＯで形成されたコンタクト層４１と後述するＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層である反射層４３とに密着するように、白金族元素で形成されている。接着層４２は、白金族元素でも、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔのいずれか、またはこれらの金属を１種類以上含む合金であるのが望ましい。特に接着強度の観点からＰｔ，Ｒｈを採用するのが好ましい。また、一般的にスパッタ法で成膜された白金族元素は他の方法で成膜されたものより光の吸収が少ないので、成膜方法としてはスパッタ法が望ましい。従って本実施の形態では、接着層４２としてＲｈを採用し、スパッタ法で成膜されたＲｈ層としている。また、接着層４２としてのＲｈ層の厚みは、０．１ｎｍ以上、かつ５ｎｍ以下であるのが望ましい。Ｒｈ層が０．１ｎｍ未満では、ＩＴＯ層とＡｇ反射層との接着強度を確保することができない。また、Ｒｈ層が５ｎｍより厚くなると、白金族元素からなる接着層４２での光の吸収が大きくなる。例えば、接着層４２をＲｈ層として半導体発光素子１を形成して、接着層４２の厚みと輝度との関係を測定した。測定した結果を図２に示す。図２に示すように、接着層４２の厚みが５ｎｍより厚くなるとＲｈ層とした接着層４２自体での光の吸収が多くなり輝度が低下していることが判る。半導体発光素子１の輝度は、各層の材質および層厚によって変わるが、接着層４２を白金族元素とした場合には接着層４２の厚みと輝度の関係は同じ傾向であった。従って、接着層の厚みは、０．１ｎｍ以上、かつ５ｎｍ以下とするのが望ましい。この接着層４２は、本実施の形態ではコンタクト層４１より小さく形成されているが、大きくても特にかまわない。
【００２７】
反射層４３は、ＡｇにＢｉやＰｄを含んだＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層としている。このＡｇ反射層を形成するＡｇ合金は、Ａｇと比較して同等の反射率を有し、耐凝集性や耐熱性に優れている。この反射層４３は、コンタクト層４１より小さく接着層４２と同じ大きさに形成されているが、後述するバリア層４４より小さければ特に大きさは問わない。反射層４３としてのＡｇ反射層の厚みは、半導体層３内部で発光した光を最大に反射し得る膜厚１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であるのが望ましい。なお、本実施の形態では、反射層４３として、ＡｇにＢｉやＰｄを含んだＡｇ合金としているが、Ａｇのみで形成したものでもよいし、Ａｇ合金とすることで耐マイグレーション性や耐熱性を向上させることができれば、他の金属を含むものとしてもよい。
【００２８】
バリア層４４は、Ａｇ反射層４３とｐ側ボンディング層４５との合金化を防ぐと共に、耐マイグレーション性を更に向上させるために、接着層４２および反射層４３の全面を覆うように形成されたＴｉ層である。本実施の形態では、ＴｉをＥＢ蒸着法によって形成しているが、ＩＴＯで形成されたコンタクト層４１との密着が良く、導電性のあるものであれば種類、製法は問わない。バリア層４４としてのＴｉ層の厚みは、反射層４３を完全に覆える膜厚で１００ｎｍ以上が望ましい。
【００２９】
ボンディング層４５は、ワイヤボンディングされる層であり、ＡｕをＥＢ蒸着法にて形成しているが、特に製法は問わない。ボンディング層４５としてのＡｕ層の厚みは、バリア層４４を完全に覆える膜厚で１００ｎｍ以上が望ましく、ワイヤボンディングを容易に行うため１μｍ以上が望ましい。
【００３０】
パッシベーション膜４６は、半導体層３の周囲縁部に接続され、コンタクト層４１、接着層４２、反射層４３、バリア層４４およびボンディング層４５のボンディング面を残して覆うように形成されている。このパッシベーション膜４６は、ＳｉＯ2で形成することができる。
【００３１】
このように半導体層３とのオーミックコンタクトを得るために、ｐ電極４の半導体層側にコンタクト層４１としてＩＴＯ層を形成し、反射層４３としてＡｇ反射層を形成しても、ＩＴＯ層とＡｇ反射層との間に、白金族元素で形成された接着層を設けているので、コンタクト層４１と反射層４３との間で層間剥離の発生を防止できる。従って、層間強度の向上が図れるので、高信頼性の半導体発光素子１とすることができる。
【００３２】
また、コンタクト層４１の上面に接着層４２と反射層４３とを覆うようにしてバリア層４４が形成されているので、Ａｇ合金で形成された反射層４３の耐マイグレーション性を更に向上させている。
【００３３】
この半導体発光素子１を作製して発明品としてＡｕ接続強度を測定した。発明品は、コンタクト層４１として膜厚を５７０ｎｍとしたＩＴＯ層とし、接着層４２として膜厚を１ｎｍとしたＲｈ層とし、反射層４３として膜厚を３０ｎｍとしたＡｇにＢｉを含有したＡｇ合金で形成されたＡｇ反射層とした。そして比較のために接着層４２を設けていない半導体発光素子を比較品として作製し、Ａｕ接続強度を測定した。その結果を図３に示す。  
【００３４】
図３は、Ａｕ接続強度を測定したグラフである。
【００３５】
このＡｕ接続強度の測定は、ｐ電極４のボンディング層４５にＡｕボールを接続して引っ張り、層間剥離やＡｕボールが切断されるまでの応力の強度を測ったものである。
【００３６】
図３からも判るように、発明品は平均値が約０．９５ｇ重（約９．３１ｍＮ）、比較品は平均値が約０．５２ｇ重（約５．１０ｍＮ）と発明品の方が１．８倍強度が向上している。また強度バラツキも、発明品の方が低く抑えられていることが判る。
【００３７】
本発明の他の実施の形態に係る半導体発光素子を図４に基づいて説明する。図４は、本発明の他の実施の形態に係る半導体発光素子を説明する概略断面図である。なお図４においては図１と同じ構成は同符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図４に示すように他の実施の形態に係る半導体発光素子１０は、ＧａＮ基板１１に、半導体層３が積層されている側にｎ電極１２が形成されている。
【００３９】
この半導体発光素子１０は、リードフレームまたは配線パターンなどにＧａＮ基板１１をダイボンドで搭載した後に、ｎ電極１２およびｐ電極４からワイヤで配線することで導通をとるものである。
【００４０】
このように、ｎ電極１２をＧａＮ基板１１の半導体層３が形成された側に形成しても、ｐ電極４として、半導体層３側にコンタクト層４１としてＩＴＯ層を積層し、コンタクト層４１に接着層４２と、Ａｇ合金で形成されたＡｇ反射層である反射層４３とを積層することで、層間強度の向上が図れるので、高信頼性の半導体発光素子１０とすることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、基板にｎ型半導体層および発光層を順次積層した後、エッチングでｎ電極を形成する領域を除去してｎ電極を形成して、発光層上にｐ電極を形成する半導体発光素子としても、ｐ電極に、ＩＴＯ層としたコンタクト層、接着層、およびＡｇ反射層とした反射電極を順次積層していけば、同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、半導体層とｐ電極との層間強度の向上を図ることで、高い信頼性を得ることができるので、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが順次積層され、前記ｐ型半導体層に反射層を有するｐ電極が積層された半導体発光素子に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を説明する概略断面図
【図２】接着層の厚みと輝度との関係を測定したグラフ
【図３】Ａｕ接続強度を測定したグラフ
【図４】本発明の他の実施の形態に係る半導体発光素子を説明する概略断面図
【符号の説明】
【００４４】
１  半導体発光素子
２  ＧａＮ基板
３  半導体層
４  ｐ電極
５  ｎ電極
１０  半導体発光素子
１１  ＧａＮ基板
１２  ｎ電極
４１  コンタクト層
４２  接着層
４３  反射層
４４  バリア層
４５  ボンディング層
４６  パッシベーション膜
【図１】
2007258323.tif 000003
【図２】
2007258323.tif 000004
【図３】
2007258323.tif 000005
【図４】
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