(57)【要約】【課題】外部電極との電気的接続をハンダを介して行うのに適したｎ型窒化物半導体用の電極を備えた、ＧａＮ系ＬＥＤを提供することを目的とする。【解決手段】窒化物半導体発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層１２１と、該ｎ型窒化物半導体層上に形成された電極Ｐ１１０とを有し、電極Ｐ１１０はハンダを介して外部電極に電気的に接続される。電極Ｐ１１０は、ｎ型窒化物半導体層１２１と接するＴｉ−Ｗ合金層Ｐ１１１を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層上に形成された電極とを有し、該電極がハンダを介して外部電極に電気的に接続される窒化物半導体発光ダイオードにおいて、
該電極が該ｎ型窒化物半導体層と接するＴｉ−Ｗ合金層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項２】
前記Ｔｉ−Ｗ合金層のＴｉ濃度が５ｗｔ％〜５０ｗｔ％である請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項３】
前記電極が、前記Ｔｉ−Ｗ合金層上に積層された金属層を含む、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項４】
前記金属層が、前記Ｔｉ−Ｗ合金層の直上に積層されたＡｕ層を含む、請求項３に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項５】
前記金属層の最上層が、Ａｕ、白金族元素、Ｓｎまたはハンダからなる層である、請求項３または４のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項６】
前記電極がＲｈを含まない、請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項７】
発光層と、該発光層に直接的または間接的に積層されたｎ型コンタクト層とを含む窒化物半導体層を備えた窒化物半導体発光ダイオードにおいて、
該ｎ型コンタクト層上の一部の領域に接するように形成された電極と、該ｎ型コンタクト層上の該電極が接している領域を除く領域に形成された、該発光層で生じる光を反射する反射膜とを有し、
該電極が該ｎ型コンタクト層と接するＴｉ−Ｗ合金層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項８】
前記ｎ型コンタクト層がｎ型窒化物半導体からなる基板である、請求項７に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項９】
前記発光層と前記ｎ型コンタクト層との間にｐ型窒化物半導体層を有する、請求項７に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項１０】
前記反射膜が前記ｎ型コンタクト層よりも低い屈折率を有する透光性層を含む、請求項７〜９のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項１１】
前記反射膜が誘電体多層膜型の反射層を含む、請求項７〜１０に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項１２】
前記反射膜が金属層を含む、請求項７〜１１のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項１３】
前記Ｔｉ−Ｗ合金層の一部が、前記反射膜の表面を覆うように形成されている、請求項７〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項１４】
前記電極が前記Ｔｉ−Ｗ合金層の上から形成されたボンディング層を含んでいる、請求項７〜１３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項１５】
前記Ｔｉ−Ｗ合金層の一部が前記反射膜と前記ボンディング層とを隔てている、請求項１４に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【請求項１６】
前記ｎ型コンタクト層とで前記電極および反射膜を挟むように設けられている導電性基板を有する、請求項７に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部電極との電気的接続をハンダを介して行うのに適したｎ型窒化物半導体用の電極を有する、窒化物半導体発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ｐｎ接合型の発光ダイオード素子構造を、窒化物半導体で構成してなる窒化物半導体発光ダイオードが開発され、実用化されている。窒化物半導体とは、一般式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなど、任意の組成のものを含む。上記化学式において、３族元素の一部をＢ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。以下では、窒化物半導体発光ダイオードを「ＧａＮ系ＬＥＤ」とも呼ぶ。また、ｎ型窒化物半導体層を単に「ｎ型層」とも呼び、ｐ型窒化物半導体層を単に「ｐ型層」とも呼ぶ。また、発光部となるｐｎ接合部を基準として、ｐ型層側に設けられる電極をｐ側電極、ｎ型層側に設けられる電極をｎ側電極とも呼ぶ。
【０００３】
サファイアなどからなる基板の上に、ｎ型層、ＩｎＧａＮなどからなる発光層、ｐ型層をこの順に成長して積層し、発光層およびｐ型層の一部を除去して露出させたｎ型層上にｎ側電極を形成し、ｐ型層上にｐ側電極を形成することにより構成したＧａＮ系ＬＥＤが公知である（特許文献１）。
【０００４】
また、ｎ型窒化物半導体からなる基板の上に、ＭＯＶＰＥ（有機金属化合物気相成長）法により、ｎ型層、ＩｎＧａＮなどからなる発光層、ｐ型層をこの順に成長して積層し、基板の裏面にｎ側電極、ｐ型層の表面にｐ側電極を形成することにより構成したＧａＮ系ＬＥＤが公知である（特許文献２）。
【０００５】
また、サファイアなどからなる基板の上に、第１のｎ型層、ＩｎＧａＮなどからなる発光層、ｐ型層、第２のｎ型層をこの順に成長して積層し、第１のｎ型層にｎ側電極、第２のｎ型層にｐ側電極を形成することにより構成したＧａＮ系ＬＥＤが公知である（特許文献３、特許文献４）。
【０００６】
また、結晶成長用基板上に、ｎ型層、ＩｎＧａＮなどからなる発光層、ｐ型層をこの順に成長して積層し、次に、ｐ型層の表面に支持基板を仮接着して、結晶成長用基板を窒化物半導体層から除去するとともに、露出したｎ型層に別途準備した導電性基板を接着し、その後、支持基板を剥離して、ｐ型層の表面にｐ側電極を形成することにより構成したＧａＮ系ＬＥＤが公知である（特許文献５）。
【０００７】
また、ｎ型窒化物半導体用の電極として、Ｔｉ−Ｗ合金と、Ｇｅと、Ｒｈとを必須に含む電極が公知である（特許文献６）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−５９９３３号公報
【特許文献２】特開２００５−４４９５４号公報
【特許文献３】特開２００２−９３３５号公報
【特許文献４】特開２００４−１７９３６９号公報
【特許文献５】特開２００５−２１７１１２号公報
【特許文献６】特開平１１−８４１０号公報
【特許文献７】特開平５−２９５５３１号公報
【特許文献８】特開平４−１９３９４７号公報
【特許文献９】特開平４−２９３７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１には、ｎ型窒化物半導体用の電極として、Ａｌの単層膜からなる電極（以下「Ａｌ単層電極」ともいう。）が記載されている。Ａｌは光の反射率が高いことから、Ａｌ単層電極はＬＥＤ用の電極として好適である。しかしながら、Ａｌは溶融したハンダと接触すると反応して合金化を起こすことから、例えばフリップチップ実装用のＬＥＤのように、ＬＥＤチップの電極と外部電極（ＬＥＤチップの支持体となるリードフレーム、回路基板、サブマウント等の側に設けられた電極）との接続にハンダを用いるＬＥＤには、Ａｌ単層電極を使用することができない。なぜなら、合金化によって電極とｎ型窒化物半導体との接触抵抗が増加する問題が生じるからである。また、ハンダとの反応により生じる合金の反射率が、Ａｌ単体に比べ著しく低いものとなるという問題もある。特許文献１には、この問題を改善するために、Ａｌ層の上に融点の高い金属からなるバリア層を介してＡｕ（金）層を積層することにより構成した電極が開示されている。しかし、この電極でも、Ａｌの熱膨張率が窒化物半導体や他の金属と比べて極端に大きいことから、内部に大きな熱応力が発生し易く、そのために、電極が加熱を受けた際に特性が変動し易いという問題がある。また、熱応力によってバリア層が損傷を受けると、バリア層のバリア機能が低下して、Ａｌ層とＡｕ層またはハンダとの間で、合金化反応が起こる恐れがある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、外部電極との電気的接続をハンダを介して行うのに適したｎ型窒化物半導体用の電極を備えた、ＧａＮ系ＬＥＤを提供することを目的とする。本発明の他の目的は、かかる電極を備えるとともに、それによる発光出力の低下を補ったＧａＮ系ＬＥＤ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】
【００１１】
本発明者等は、Ｔｉ−Ｗ合金が、ＧｅやＲｈを併用しなくても、ｎ型窒化物半導体との間で低い接触抵抗を示すことを見出し、それによって本発明をなすに至った。ここで、Ｔｉ−Ｗ合金とは、実質的にＴｉ（チタン）とＷ（タングステン）のみからなる合金である。本発明は、上記目的を達成するために、次の特徴を有する窒化物半導体発光ダイオードを提供する。
【００１２】
（１）ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層上に形成された電極とを有し、該電極がハンダを介して外部電極に電気的に接続される窒化物半導体発光ダイオードにおいて、該電極が該ｎ型窒化物半導体層と接するＴｉ−Ｗ合金層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。
（２）前記Ｔｉ−Ｗ合金層のＴｉ濃度が５ｗｔ％〜５０ｗｔ％である前記（１）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（３）前記電極が、前記Ｔｉ−Ｗ合金層上に積層された金属層を含む、前記（１）または（２）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（４）前記金属層が、前記Ｔｉ−Ｗ合金層の直上に積層されたＡｕ層を含む、前記（３）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（５）前記金属層の最上層が、Ａｕ、白金族元素、Ｓｎまたはハンダからなる層である、前記（３）または（４）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（６）前記電極がＲｈを含まない、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（７）発光層と、該発光層に直接的または間接的に積層されたｎ型コンタクト層とを含む窒化物半導体層を備えた窒化物半導体発光ダイオードにおいて、該ｎ型コンタクト層上の一部の領域に接するように形成された電極と、該ｎ型コンタクト層上の該電極が接している領域を除く領域に形成された、該発光層で生じる光を反射する反射膜とを有し、該電極が該ｎ型コンタクト層と接するＴｉ−Ｗ合金層を含むことを特徴とする窒化物半導体発光ダイオード。
（８）前記ｎ型コンタクト層がｎ型窒化物半導体からなる基板である、前記（７）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（９）前記発光層と前記ｎ型コンタクト層との間にｐ型窒化物半導体層を有する、前記（７）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（１０）前記反射膜が前記ｎ型コンタクト層よりも低い屈折率を有する透光性層を含む、前記（７）〜（９）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（１１）前記反射膜が誘電体多層膜型の反射層を含む、前記（７）〜（１０）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（１２）前記反射膜が金属層を含む、前記（７）〜（１１）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（１３）前記Ｔｉ−Ｗ合金層の一部が、前記反射膜の表面を覆うように形成されている、前記（７）〜（１２）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（１４）
前記電極が前記Ｔｉ−Ｗ合金層の上から形成されたボンディング層を含んでいる、前記（７）〜（１３）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（１５）前記Ｔｉ−Ｗ合金層の一部が前記反射膜と前記ボンディング層とを隔てている、前記（１４）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（１６）前記ｎ型コンタクト層とで前記電極および反射膜を挟むように設けられている導電性基板を有する、前記（７）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の好適な実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層上に形成された電極とを有し、該電極が該ｎ型窒化物半導体層と接するＴｉ−Ｗ合金層を含むことを特徴としている。Ｔｉ−Ｗ合金は耐熱性の良好な合金であり、溶融したハンダと接触しても反応を起こさないので、この発光ダイオードでは、素子側の電極と外部電極とをハンダを介して接続する方式で実装したときに、実装後の動作電圧が実装前よりも高くなる問題が防止される。
【００１４】
本発明の他の好適な実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードは、発光層と、該発光層に直接的または間接的に積層されたｎ型コンタクト層とを含む窒化物半導体層を備えるものであって、該ｎ型コンタクト層上の一部の領域に接するように形成された電極と、該ｎ型コンタクト層上の該電極が接する領域を除く領域に形成された、該発光層で生じる光を反射する反射膜とを有し、該電極が該ｎ型コンタクト層と接するＴｉ−Ｗ合金層を含むことを特徴としている。この窒化物半導体発光ダイオードは、ｎ型コンタクト層に形成された電極と外部電極とを、ハンダを介して好適に接続することができる。また、Ｔｉ−Ｗ合金は比較的低い光反射率を有するが、この窒化物半導体発光ダイオードでは、ｎ型コンタクト層上に電極に加えて反射膜を設けることによって、Ｔｉ−Ｗ合金を電極に用いることによる発光出力の低下が補われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係るＧａＮ系ＬＥＤは、電極が形成されるｎ型層であるｎ型コンタクト層と、そのｎ型コンタクト層上に形成された電極とを有しており、該電極がｎ型コンタクト層と接するＴｉ−Ｗ合金層を含んでいる。
【００１６】
ｎ型コンタクト層を構成する窒化物半導体の組成は任意であるが、好ましくは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）である。これは、Ｉｎを含まない窒化物半導体は高温（ＭＯＶＰＥ法の場合では９００℃以上）での成長が可能となるので、良好な結晶性を有するもの、すなわち、良好な導電性を有するものが作製し易いからである。また、Ａｌ組成の低い窒化物半導体の方が、結晶性が良好となるからである。ｎ型コンタクト層は、ｎ型導電性を示すものであれば、アンドープであってもよいし、不純物がドープされたものであってもよいが、電極との接触抵抗が低くなるように、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましく、３×１０１８ｃｍ−３以上であることがより好ましい。キャリア濃度の制御に用いるｎ型不純物の種類に限定はなく、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）など、公知のｎ型不純物を任意に用いることができる。ｎ型コンタクト層はいかなる方法で作製されたものであってもよく、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシー）法等の気相法で成長されたものであってもよいし、高圧法、液相法などの、気相法以外の方法で成長されたものであってもよい。ｎ型コンタクト層は、基板上にエピタキシャル成長された層に限定されるものではなく、ｎ型窒化物半導体からなる基板であってもよい。
【００１７】
ｎ型コンタクト層上に形成される電極は、Ｔｉ−Ｗ合金の単層膜からなるものであってもよいし、ｎ型コンタクト層と接するＴｉ−Ｗ合金層の上に、他の金属層を積層したものであってもよい。後者の場合、Ｔｉ−Ｗ合金層の上に積層する金属の種類は任意であり、単体であっても合金であってもよく、また、該金属層は単層であっても多層構造を有していてもよい。電極の抵抗を低くする目的で金属層を積層する場合には、該金属層がＡｇ、Ｃｕ（銅）、Ａｕ、Ａｌ等の導電性の高い金属からなる層を含むことが好ましい。また、電極の表面をハンダにより濡れ易くする目的のためには、該金属層が、最上層として、Ａｕまたは白金族元素からなる層を含むことが好ましい。Ａｕや白金族元素は、表面に酸化膜が形成され難いために、Ａｕまたは白金族元素からなる層の表面はハンダにより濡れ易い。また、電極とハンダとの接合性を良好にするには、該最上層をＳｎ（錫）またはハンダで形成してもよい。ここで、Ｓｎはハンダの成分として多用される金属である。Ｔｉ−Ｗ合金層上に他の金属層を積層することに起因してＴｉ−Ｗ合金層が受ける熱応力を低減するには、積層する金属層を、Ａｕ層または、Ａｕ層と他の金属からなる層との積層体とすることが好ましい。特に好ましくは、Ｔｉ−Ｗ合金層の直上の層をＡｕ層とする。なぜなら、Ａｕは柔らかく、変形し易い金属だからである。Ｔｉ−Ｗ合金層が受ける熱応力を低減させることにより、電極の変形や剥離、電極とｎ型コンタクト層との接触状態の不安定化、といった問題が抑制できる。電極の安定性の観点から、Ｔｉ−Ｗ合金層の上（特に直上）に積層することが好ましくないのはＡｌ層である。Ａｌは熱膨張率が特に大きいために、Ａｌ層を積層すると、Ｔｉ−Ｗ合金層が受ける熱応力が大きくなるからである。
【００１８】
Ｔｉ−Ｗ合金層の形成方法に限定はなく、従来公知のＴｉ−Ｗ合金薄膜の形成方法を適宜用いることができる。好ましくは、Ｔｉ−Ｗ合金層は、Ｔｉ−Ｗターゲットを用いたスパッタリング法により形成する。Ｔｉ−Ｗターゲットの詳細については、特許文献７、特許文献８、特許文献９その他の公知文献を参照することができる。Ｔｉ−Ｗターゲットを用いて形成されたＴｉ−Ｗ合金層は、Ｔｉ、Ｗ以外に、ターゲットに不可避的に含まれる不純物を含むことになるが、このような、原材料から取り除くことが困難な不純物がＴｉ−Ｗ合金層に含有されることは許容される。Ｔｉ−Ｗ合金層の膜厚は、例えば、０．０１μｍ〜１μｍとすることができ、好ましくは０．０５〜０．５μｍである。Ｔｉ−Ｗ合金層のＴｉ濃度は特に制限されないが、スパッタリングで形成する場合に、Ｔｉ−Ｗターゲットに占めるＴｉ成分の含有量が５ｗｔ％未満になると、形成されるＴｉ−Ｗ合金薄膜が剥離し易くなる（特許文献７）。スパッタリングにより形成されるＴｉ−Ｗ合金層のＴｉ濃度は、ターゲットのＴｉ含有量よりも低くなることから、Ｔｉ−Ｗ合金層のＴｉ濃度は５ｗｔ％以上とすることが好ましい。また、Ｔｉ−Ｗ合金層のＴｉ濃度が高くなる程、電極の耐熱性が低くなることから、Ｔｉ−Ｗ合金層のＴｉ濃度は５０ｗｔ％以下とすることが好ましく、２５ｗｔ％以下とすることがより好ましく、１０ｗｔ％以下とすることが特に好ましい。
【００１９】
スパッタリング法により形成したＴｉ−Ｗ合金層でｎ型コンタクト層と接する電極は、熱処理を行わなくても、ｎ型コンタクト層との間の接触抵抗が実用上問題がない程度に低いものとなる。従って、接触抵抗を低下させる目的で熱処理を行う必要がない。このことから、Ｔｉ−Ｗ合金層を形成した後、連続して、融点の低いＳｎ層やハンダ層の積層を行うことができる。Ｔｉ−Ｗ合金層のＴｉ濃度が１０％以下である場合には、熱処理に伴う電極表面の荒れが小さくなるので、熱処理によって電極の状態を安定化させてから使用することが好ましい。なお、熱処理をした場合、Ｔｉ−Ｗ合金層の内部にｎ型コンタクト層の成分（窒化物半導体結晶を構成する元素、導電性付与のために添加される不純物など）が拡散する、あるいは、ｎ型コンタクト層の内部にＴｉ−Ｗ合金層の成分が拡散することが有り得るが、本発明の効果が損なわれない限りにおいて許容される。
【００２０】
次に、本発明の具体的な実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下では、便宜上、基板の主面のうち、窒化物半導体層が形成された側の面を「おもて面」と呼び、窒化物半導体層が形成されていない側の面を「裏面」と呼ぶことにする。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤの構造を示す断面図である。このＧａＮ系ＬＥＤは、サファイアからなる基板１１０と、その上にバッファ層（図示せず）を介してエピタキシャル成長された窒化物半導体層１２０を有しており、窒化物半導体層１２０には、基板１１０側から順に、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３が含まれている。ｎ型ＧａＮ層１２１はｎ型コンタクト層であり、部分的に露出された該ｎ型ＧａＮ層１２１上には、ｎ側電極Ｐ１１０が形成されている。ｐ型ＧａＮ層Ｐ１２３上のほぼ全面には、透光性を有さないｐ側電極Ｐ１２０が形成されている。ｎ側電極Ｐ１１０は、ｎ型ＧａＮ層１２１に接するＴｉ−Ｗ合金層Ｐ１１１（厚さ１００ｎｍ）と、その上に積層されたＡｕ層Ｐ１１２（厚さ２００ｎｍ）とからなる積層体である。ｐ側電極Ｐ１２０は、ｐ型ＧａＮ層１２３と接する側から順に、Ｒｈ（ロジウム）層Ｐ１２１（厚さ２０ｎｍ）、Ｐｔ（白金）層Ｐ１２２（厚さ１００ｎｍ）、Ａｕ層Ｐ１２３（厚さ２００ｎｍ）を含む積層体を形成した後、熱処理してなるものである。このＧａＮ系ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ発光層１２２で発生する光を基板１１０の裏面側から取出すべく、基板のおもて面側を支持体に向けてフリップチップ実装される。
【００２２】
次に、図１に示すＧａＮ系ＬＥＤの製造方法を説明する。
まず、サファイアからなる基板１１０上に、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の気相エピタキシャル成長法を用いて、ＧａＮ等からなるバッファ層（図示せず）、ｎ型ＧａＮ層１２１、ＩｎＧａＮ発光層１２２、ｐ型ＧａＮ層１２３を、順次成長して積層し、窒化物半導体層１２０を形成する。この積層体に含まれる各層を構成する窒化物半導体の組成の変更、該各層を多層膜構造とする変更、高温バッファ層、クラッド層、歪緩和層などの各種機能層を付加する変更などは、周知の技術を参考にして適宜行うことができる。
【００２３】
次に、ｐ型ＧａＮ層１２３の表面に、電子ビーム蒸着法を用いて、Ｒｈ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を順次形成して積層した後、ＲＴＡ装置を用いて、５００℃、１分間の熱処理を行うことにより、ｐ側電極Ｐ１２０を形成する。次に、反応性イオンエッチング法を用いて、ｐ型ＧａＮ層１２３の表面側から、ｎ型ＧａＮ層１２１に達する深さのエッチングを行って、ｐ型ＧａＮ層１２３およびＩｎＧａＮ発光層１２２の一部を除去し、ｎ型ＧａＮ層１２１の表面を部分的に露出させる。次に、露出したｎ型ＧａＮ層１２１の表面に、ＲＦスパッタ法を用いて、Ｔｉ−Ｗ合金層、Ａｕ層をこの順に形成して積層することにより、ｎ側電極Ｐ１１０を形成する。ＲＦスパッタ法によるＴｉ−Ｗ合金層の形成は、ターゲットにＴｉ−Ｗターゲット（三菱マテリアル株式会社製、品名：４Ｎ  Ｗ−１０ｗｔ％Ｔｉターゲット）、スパッタガスにＡｒ（アルゴン）を用い、ＲＦ電力：２００Ｗ、スパッタガス圧：１．０×１０−１Ｐａという条件で行うことができる。ｎ側電極Ｐ１１０に熱処理を行ってもよく、例えば、ｎ側電極を形成したウエハに、ＲＴＡ装置を用いて、窒素雰囲気中、５００℃、１分間の熱処理を行う。この熱処理は、後述する絶縁保護膜の形成の後に行ってもよい。
【００２４】
次に、窒化物半導体層１２０の表面が電極に覆われずに露出した部分に、プラズマＣＶＤ法を用いて、酸化ケイ素からなる膜厚３００ｎｍの絶縁保護膜（図示せず）を形成する。最後に、ウエハを、ダイシング、スクライビング、レーザ溶断等、この分野における周知の方法を用いて切断し、ＧａＮ系ＬＥＤをチップ状にする。
【００２５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤでは、ｎ型窒化物半導体からなる基板をコンタクト層として用いる。図２は、このような第２の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤの構造図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｙ線における断面図である。このＧａＮ系ＬＥＤは、ｎ型ＧａＮからなる基板２１０と、その上にバッファ層（図示せず）を介してエピタキシャル成長された窒化物半導体層２２０を有しており、窒化物半導体層２２０には、基板２１０側から順に、ｎ型ＧａＮ層２２１、ＩｎＧａＮ発光層２２２、ｐ型ＧａＮ層２２３が含まれている。基板２１０の裏面上には、Ａｇ（銀）の単層膜（厚さ１００ｎｍ）である反射膜Ｐ２３０が形成されている。この反射膜Ｐ２３０は、中央部に円形状の開口部が設けられている。図３は、この反射膜Ｐ２３０のみを抜き出して描いた上面図である。基板２１０の裏面上には、更に、反射膜Ｐ２３０を覆うように、ｎ側電極Ｐ２１０が形成されている。このｎ側電極Ｐ２１０はＴｉ−Ｗ合金の単層膜（厚さ２００ｎｍ）からなり、反射膜Ｐ２３０の開口部を通して基板２１０の裏面に接している。ｐ型ＧａＮ層２２３上には、ｐ側電極Ｐ２２０が形成されている。このｐ側電極Ｐ２２０は、ｐ型ＧａＮ層２２３上の略全面を覆うように形成された、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透光性のオーミック電極Ｐ２２１（厚さ６００ｎｍ）と、その上面の一部に形成されたボンディングパッドＰ２２２とから構成されている。ボンディングパッドＰ２２２は、Ｔｉ（チタン）層Ｐ２２２ａ（厚さ３０ｎｍ）と、その上に積層されたＡｕ層Ｐ２２２ｂ（厚さ４００ｎｍ）とから構成されており、反射膜Ｐ２３０に設けられた開口部の上方に位置している。ボンディングパッドＰ２２２の射影部を含むｐ型層２２３上の領域には、酸化ケイ素からなる絶縁性の電流バリア層Ｂが形成され、オーミック電極Ｐ２２１とｐ型層２２３との接触を妨げている。
【００２６】
図２に示すＧａＮ系ＬＥＤは、基板２１０の裏面側に設けられたｎ側電極Ｐ２１０と、外部電極（負電極）とをハンダを介して接合することにより、該外部電極の表面に固定することができる。ｐ側電極Ｐ２２０と外部電極（正電極）との電気的接続は、ボンディングパッド２２２と該外部電極との間をボンディングワイヤを介して接続することによって行われる。発光層２２２で発生する光は、透光性のオーミック電極Ｐ２２１を通してチップの外部に放射される。発光層２２２から基板２１０の裏面に向かって進んだ光は、一部はＴｉ−Ｗ合金からなるｎ側電極Ｐ２１０で反射されるが、他の一部は反射率の高いＡｇからなる反射膜Ｐ２３０によって反射されるので、反射膜Ｐ２３０を設けない場合に比べて、ＬＥＤの発光出力が改善される。また、ｎ側電極Ｐ２１０が基板２１０に接している部分と、ボンディングパッドＰ２２２とを結ぶ最短経路上に、電流バリア層Ｂが設けられているため、該経路への電流集中が抑制されるとともに、ボンディングパッドＰ２２２に遮られてチップ外に放射され難い、ボンディングパッドＰ２２２の射影部での発光が抑制されている。
【００２７】
図２に示すＧａＮ系ＬＥＤにおいて、反射膜Ｐ２３０に設ける開口部の形状、個数、位置などは、任意に設定することができる。ｎ側電極Ｐ２１０が反射膜Ｐ２３０の周囲の領域で、基板２１０に接するように構成してもよく、図４はそのように構成したＧａＮ系ＬＥＤの断面図である。図４に示すＧａＮ系ＬＥＤでは、ｎ型ＧａＮからなる基板２１０の裏面に、開口部を有さない反射膜Ｐ２３０が形成され、その上から、該反射膜Ｐ２３０の端面も覆うように、Ｔｉ−Ｗ合金の単層膜からなるｎ側電極Ｐ２１０が形成されている。このｎ側電極Ｐ２１０は、反射膜Ｐ２３０の周囲で基板２１０の裏面と接している。
【００２８】
図２および図４に示すＧａＮ系ＬＥＤでは、ｎ側電極Ｐ２１０を構成するＴｉ−Ｗ合金層の一部が、反射膜Ｐ２３０の表面を覆うように形成されている。このように構成すると、ｎ側電極Ｐ２１０に接合されるハンダが反射膜Ｐ２３０に接触することが防止されるために、反射膜Ｐ２３０を構成するＡｇがハンダと化合することによる反射膜Ｐ２３０の反射率の低下が防止される。
【００２９】
本第２の実施の形態に係るＧａＮ系ＬＥＤでは、ｎ側電極を、ｎ型コンタクト層に接するＴｉ−Ｗ合金層と、その上から形成したボンディング層とで構成してもよい。ここで、ボンディング層とは、実装の際にハンダが接合される金属層である。ボンディング層は、好ましくは、表面層としてＡｕ、白金族元素、Ｓｎまたはハンダからなる層を含む。図５に、このようなｎ側電極を有するＧａＮ系ＬＥＤの断面図を示す。図５（ａ）に示す例では、ｎ型ＧａＮからなる基板２１０の裏面側に形成されたｎ側電極Ｐ２１０の全体が、Ｔｉ−Ｗ合金層Ｐ２１１とボンディング層Ｐ２１２とからなる２層構造となっており、Ｔｉ−Ｗ合金層Ｐ２１１の一部が基板２１０の裏面の一部に接している。このように構成すると、Ｔｉ−Ｗ合金層Ｐ２１１によって、ボンディング層Ｐ２１２と反射膜Ｐ２３０とが隔てられることになるので、特に、Ｐ２３０が金属製の反射膜である場合に、ボンディング層Ｐ２１２を構成する金属と反射膜Ｐ２３０を構成する金属との間での、望ましくない合金化反応が防止されるという効果が生じる。図５（ｂ）の例では、ｎ側電極Ｐ２１０を構成するＴｉ−Ｗ合金層Ｐ２１１が、反射膜Ｐ２３０の表面上まで延長して形成されておらず、ボンディング層Ｐ２１２がＴｉ−Ｗ合金層Ｐ２１１と反射膜Ｐ２３０の両方に接するように形成されている。
【００３０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤは、発光部となるｐｎ接合部を構成するｎ型層およびｐ型層に加えて、ｐ側のコンタクト層として、該ｐ型層に接するもうひとつのｎ型層を含んでいる。図６は、このような第３の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤの断面図である。このＧａＮ系ＬＥＤは、サファイアからなる基板３１０と、その上にバッファ層（図示せず）を介してエピタキシャル成長された窒化物半導体層３２０を有しており、窒化物半導体層３２０には、基板３１０側から順に、第１のｎ型ＧａＮ層３２１、ＩｎＧａＮ発光層３２２、ｐ型ＧａＮ層３２３、第２のｎ型ＧａＮ層３２４が含まれている。ここで、第１のｎ型ＧａＮ層３２１はｎ側のコンタクト層とされており、第２のｎ型ＧａＮ層３２４は、ｐ側のコンタクト層とされている。いずれのコンタクト層も、ｎ型コンタクト層である。第２のｎ型層３２４上にはＡｇの単層膜である反射膜Ｐ３３０が形成されており、その反射膜Ｐ３３０を覆って、ｐ側電極Ｐ３２０が形成されている。このｐ側電極Ｐ３２０はＴｉ−Ｗ合金の単層膜（厚さ２００ｎｍ）からなり、反射膜Ｐ３３０に設けられた開口部および反射膜Ｐ３３０の周囲で、第２のｎ型ＧａＮ層３２４に接している。また、発光層３２２、ｐ型ＧａＮ層３２３、第２のｎ型層３２４の一部が除去されて露出した第１のｎ型層３２１の表面上には、Ｔｉ−Ｗ合金の単層膜（厚さ２００ｎｍ）からなるｎ側電極Ｐ３１０が形成されている。このＧａＮ系ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ発光層３２２で発生する光を基板３１０の裏面側から取出すべく、基板のおもて面側を支持体に向けてフリップチップ実装される。
【００３１】
本第３の実施形態において、基板３１０として、ｎ型導電性を付与したＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＺｎＯ等からなる透光性の半導体基板を用いると、図７に示すＧａＮ系ＬＥＤのように、ｎ側電極Ｐ３１０を基板３１０の裏面上の一部に設けた構成を採用することが可能となる。ここで、ｎ側電極Ｐ３１０は、例えば、Ｔｉ層の上にＡｕ層を積層した積層体とすることができる。基板３１０がｎ型の窒化物半導体からなる場合には、基板と接する層をＴｉ−Ｗ合金層とすることが好ましい。図７に示す例では、また、ｐ側電極Ｐ３２０を、ｎ型コンタクト層（第２のｎ型層３２４）に接するＴｉ−Ｗ合金層Ｐ３２１と、その上から形成したボンディング層Ｐ３２２とで構成している。図７に示すＧａＮ系ＬＥＤは、ボンディング層Ｐ３２２と、外部電極（正電極）とをハンダを介して接合することにより、チップの固定と電極間の電気的接続を同時に行うことができる。ｎ側電極Ｐ３１０と外部電極（負電極）との電気的接続は、これらの電極間をボンディングワイヤを介して接続することによって行われる。
【００３２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤは、結晶成長用基板上に、ｎ型層、発光層、ｐ型層をこの順に成長して積層した後、結晶成長用基板を窒化物半導体層から除去し、露出したｎ型層に対して、ｎ側電極を介して、導電性基板を接合することにより製造されるものである。図８は、本第４の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤの構造を示す断面図であり、ＣｕＷからなる基板４１０と、その上に、ｎ側電極Ｐ４１０を介して接合された窒化物半導体層４２０を有している。窒化物半導体層４２０には、基板４１０側から順に、ｎ型ＧａＮ層４２１、ＩｎＧａＮ発光層４２２、ｐ型ＧａＮ層４２３が含まれている。ｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層４２１の下面（基板４１０側の面）には、Ａｇの単層膜（厚さ１００ｎｍ）である反射膜Ｐ４３０が形成されており、ｎ側電極Ｐ４１０は、該反射膜Ｐ４３０の中央部に設けられた開口部を通して、ｎ型ＧａＮ層４２１の下面に接している。ｎ側電極Ｐ４１０は、ｎ型ＧａＮ層４２１に接するＴｉ−Ｗ合金層Ｐ４１１と、該Ｔｉ−Ｗ合金層４１１と基板４１０とを接着するハンダ層Ｐ４１２とからなる積層構造を有している。ｐ型ＧａＮ層４２３上にはｐ側電極Ｐ４２０が形成されている。ｐ側電極Ｐ４２０は、ｐ型ＧａＮ層４２３上の略全面を覆うように形成された、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透光性のオーミック電極Ｐ４２１と、その上面の一部に形成されたボンディングパッドＰ４２２とから構成されている。ボンディングパッドＰ４２２は、Ｔｉ（チタン）層Ｐ４２２ａと、その上に積層されたＡｕ層４２２ｂとから構成されており、反射膜Ｐ４３０に設けられた開口部の上方に位置している。ボンディングパッドＰ４２２の射影部を含むｐ型層４２３上の領域には、酸化ケイ素からなる絶縁性の電流バリア層Ｂが形成され、オーミック電極Ｐ４２１とｐ型ＧａＮ層４２３との接触を妨げている。
【００３３】
上記第２の実施形態ないし第４の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤは、ｎ型コンタクト層に接する反射膜を有している。上記では、この反射膜をＡｇの単層膜とした例を挙げて各実施形態を説明したが、反射膜はこれに限定されるものではなく、ｎ型コンタクト層の表面における光の反射を促進する膜であれば、いかなる膜であってもよい。従って、この反射膜はＡｇ以外の金属層（ただし、Ｔｉ−Ｗ合金層より反射率が高いもの。）であってもよいし、誘電体多層膜型の反射層であってもよい。反射膜を金属層とする場合の好ましい金属としては、Ａｇの他に、Ａｌおよび白金族元素（Ｒｈ、Ｐｔなど）が挙げられる。また、反射膜は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、スピネルなどの、ｎ型コンタクト層よりも低い屈折率を有する絶縁性の透明材料からなる透光性層であってもよい。このような透光性層からなる反射膜とｎ型コンタクト層との界面では、ｎ型コンタクト層側から入射する光のうち、入射角が全反射臨界角より大きい成分が全反射を受けるが、この全反射に伴う損失は、Ｔｉ−Ｗ合金の表面による反射に伴う損失よりも小さいからである。反射膜は、また、ｎ型コンタクト層よりも低い屈折率を有する透光性層、誘電体多層膜型の反射層および金属層から選ばれる２つ、またはこれら３つを複合したものであってもよい。その場合の順序は、光が入射する側であるｎ型コンタクト層側から順に、透光性層、誘電体多層膜型の反射層、金属層とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は断面図である。
【図３】図２に示す窒化物半導体発光ダイオードに含まれる反射膜を抜き出して描いた上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１０、２１０、３１０、４１０  基板
１２０、２２０、３２０、４２０  窒化物半導体層
１２１、２２１、３２１、４２１  ｎ型窒化物半導体層
１２２、２２２、３２２、４２２  発光層
１２３、２２３、３２３、４２３  ｐ型窒化物半導体層
Ｐ１１０、Ｐ２１０、Ｐ３１０、Ｐ４１０  ｎ側電極
Ｐ１２０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４２０  ｐ側電極
Ｐ２３０、Ｐ３３０、Ｐ４３０  反射膜
Ｂ  電流バリア層
【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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