(57)【要約】      （修正有）【課題】ＧａＮ系半導体膜に形成された粗化面を有するＧａＮ系ＬＥＤ素子において、電極として形成される金属膜の光吸収に基づく損失を低減するための素子構造を提供する。【解決手段】上面が粗化された第一型導電層１２３と、該第一型導電層の下面側に配置された発光層１２２と、該第一型導電層とで該発光層を挟むように配置された第二型導電層１２１と、を含む積層部１２０を備えたＧａＮ系半導体膜に、少なくとも該第一型導電層の一部を除去することによって平坦化領域１２３Ｂが形成され、ＴＣＯ膜からなる透光性電極１４０が該平坦化領域上から上記積層部上にかけて連続するように設けられており、該平坦化領域の上方には、該透光性電極に接続された電極金属膜１５０と、上記発光層で生じる光に対して該電極金属膜よりも高い反射率を有する反射金属膜１３０とが、該透光性電極を挟んで対向するように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が粗化された第一型導電層と、該第一型導電層の下面側に配置された発光層と、該第一型導電層とで該発光層を挟むように配置された第二型導電層と、を含む積層部を備えたＧａＮ系半導体膜に、少なくとも該第一型導電層の一部を除去することによって平坦化領域が形成され、ＴＣＯ膜からなる透光性電極が該平坦化領域上から上記積層部上にかけて連続するように設けられており、該平坦化領域の上方には、該透光性電極に接続された電極金属膜と、上記発光層で生じる光に対して該電極金属膜よりも高い反射率を有する反射金属膜とが、該透光性電極を挟んで対向するように配置されているＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項２】
前記発光層の上面に対する前記電極金属膜の正射影が、該上面に対する前記反射金属膜の正射影に包含される、請求項１に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項３】
前記反射金属膜がアルミニウムまたは銀からなる反射面を有する、請求項１または２に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項４】
前記反射金属膜と前記ＧａＮ系半導体膜との間に挟まれた誘電体反射膜を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記透光性電極が開口部を有し、該開口部を通して前記反射金属膜と前記電極金属膜とが接している、請求項１〜５のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項６】
前記平坦化領域が前記第一型導電層の表面に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項７】
前記第一型導電層がｐ型導電層であり、前記第二型導電層がｎ型導電層である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項８】
前記第一型導電層がｎ型導電層であり、前記第二型導電層がｐ型導電層である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系半導体膜に粗化面（textured surface）を有するＧａＮ系ＬＥＤ（発光ダイオード）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系半導体は、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、３族窒化物半導体、窒化物系半導体などとも呼ばれる。ｎ型導電層とｐ型導電層とこれらの層の間に挟まれた発光層とからなるダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を、ＧａＮ系半導体を用いて形成してなるＧａＮ系ＬＥＤ素子は、近紫外〜緑の波長域の光を発生させることができる。ＧａＮ系ＬＥＤ素子と蛍光体とを組み合わせて構成した白色発光装置が、液晶ディスプレイのバックライトユニット用光源や室内照明用光源として実用化されている。
【０００３】
一般的なＧａＮ系ＬＥＤ素子は、サファイア基板上にＭＯＶＰＥ法によりＧａＮ系半導体膜をエピタキシャル成長させる工程を経て製造される。この工程では、サファイア基板上にバッファ層を介してｎ型導電層が形成され、そのｎ型導電層の上に発光層とｐ型導電層が順次形成される。このｐ型導電層を８００℃程度の温度で成長させると、多数のピットが形成された粗化面（textured surface）が形成される（非特許文献１）。
【０００４】
非特許文献２には、透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide）であるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透光性電極をｐ型導電層上に有するＧａＮ系ＬＥＤ素子において、低温成長によりｐ型導電層に粗化面を形成したときの方が、ｐ型導電層の上面が鏡面の場合よりもフリップチップ実装時の出力が高くなったことが報告されている。このことは、粗化面の光散乱作用が光取出し効率の改善効果をもたらしていることを示唆している。かかる粗化面を有するＧａＮ系半導体膜の透明性が低いのは、光を強く散乱していることの現れであると解される。
【０００５】
非特許文献３のＦｉｇ．１に示された電子顕微鏡像によれば、低温で成長されたＧａＮ系半導体の粗化面上に形成されたＩＴＯ膜は、膜厚が不均一であり、その表面平滑性は極めて悪い。
特許文献１には、低温成長によりＧａＮ系半導体膜に形成された粗化面を、エッチバック法によって部分的に平坦化する方法が開示されている。エッチバック法とは、簡単に説明すれば、粗い半導体表面を、該表面の起伏を完全に埋め込むマスク層で被覆したうえで、該マスク層と該半導体のエッチング速度が同等となる条件を用いて該マスク層の表面側から該マスク層が完全に除去されるまでエッチングを行うことによって、平坦な半導体表面を露出させるという平坦化方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９６６９２号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０／１５０８０９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】L.W. Wu et al., Solid-State Electronics, 47, 2027 (2003)
【非特許文献２】Chia-En Lee et al., IEEE Photonics Technology Letters, 20, 659 (2008)
【非特許文献３】Yi-Jung Liu et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 13, H406 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献２に開示されたＧａＮ系ＬＥＤ素子では、ｐ型導電層の粗化面上にＩＴＯ膜が形成され、そのＩＴＯ膜の表面に金属製のボンディングパッドが形成されている。このボンディングパッドの裏面は、下地であるｐ型導電層およびＩＴＯ膜の表面形状を反映することから、平滑性が極めて悪く、その反射率は著しく低い。反射率の低い金属表面は入射する光の多くの部分を吸収して熱に変換するので、ＬＥＤ素子の発光効率を大きく低下させる。
【０００９】
非特許文献２の例に限らず、光取出し効率の改善の目的でＧａＮ系半導体膜に粗化面を設ける試みの多くにおいて、粗化面上に電極金属膜が形成されている。しかし、かかる金属膜の光吸収が問題点として取り上げられることは、これまでなかったように思われる。本発明は、かかる事情に鑑みなされたものであり、低温成長などの方法でＧａＮ系半導体膜に形成された粗化面を有するＧａＮ系ＬＥＤ素子において、電極として形成される金属膜の光吸収に基づく損失を低減するための素子構造を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、次に挙げるＧａＮ系ＬＥＤ素子が提供される。
（１）上面が粗化された第一型導電層と、該第一型導電層の下面側に配置された発光層と、該第一型導電層とで該発光層を挟むように配置された第二型導電層と、を含む積層部を備えたＧａＮ系半導体膜に、少なくとも該第一型導電層の一部を除去することによって平坦化領域が形成され、ＴＣＯ膜からなる透光性電極が該平坦化領域上から上記積層部上にかけて連続するように設けられており、該平坦化領域の上方には、該透光性電極に接続された電極金属膜と、上記発光層で生じる光に対して該電極金属膜よりも高い反射率を有する反射金属膜とが、該透光性電極を挟んで対向するように配置されているＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（２）前記発光層の上面に対する前記電極金属膜の正射影が、該上面に対する前記反射金属膜の正射影に包含される、前記（１）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（３）前記反射金属膜がアルミニウムまたは銀からなる反射面を有する、前記（１）または（２）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（４）前記反射金属膜と前記ＧａＮ系半導体膜との間に挟まれた誘電体反射膜を有する、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（５）前記透光性電極が開口部を有し、該開口部を通して前記反射金属膜と前記電極金属膜とが接している、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（６）前記平坦化領域が前記第一型導電層の表面に形成されている、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（７）前記第一型導電層がｐ型導電層であり、前記第二型導電層がｎ型導電層である、前記（１）〜（６）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（８）前記第一型導電層がｎ型導電層であり、前記第二型導電層がｐ型導電層である、前記（１）〜（６）のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態に係る上記各ＧａＮ系ＬＥＤ素子では、第一型導電層の粗化された上面の作用により光取出し効率が良好となっており、さらに、発光層で生じる光に対する反射率が電極金属膜よりも高い反射金属膜が、少なくとも該第一導電型層の一部を除去することにより形成された平坦化領域上に形成されて、その上方に配置された該電極金属膜への該光の入射を妨げているので、該電極金属膜の光吸収に基づく損失が低減されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図２】図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子に含まれる電極金属膜のみを表示する上面図である。
【図３】平坦化領域を形成する方法を説明するための工程断面図である。
【図４】平坦化領域を形成する方法を説明するための工程断面図である。
【図５】好適な実施形態における、発光層の上面に対する反射金属膜の正射影と電極金属膜の正射影との関係を説明するための図である。
【図６】実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の断面図である。
【図７】反射金属膜の断面図である。
【図８】実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の断面図である。
【図９】実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の断面図である。
【図１０】実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の構造を図１に示す。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、透光性基板１１０上に積層されたＧａＮ系半導体膜を有している。このＧａＮ系半導体膜は、透光性基板１１０側からｎ型導電層１２１、発光層１２２およびｐ型導電層１２３が順次積層された積層部１２０を含んでいる。積層部１２０の最上部に設けられたｐ型導電層１２３の上面には、粗化領域１２３Ａと、該ｐ型導電層１２３の一部が除去されることにより形成された平坦化領域１２３Ｂとが設けられている。図１（ａ）では平坦化領域１２３Ｂの外縁を破線で表示している。粗化領域１２３Ａにおいては、図１中の拡大図に示すように、断面がＶ字型を呈するピットがｐ型導電層１２３の表面に高密度に形成されている。
【００１４】
積層部１２０上には、ｐ型導電層１２３の平坦化領域１２３Ｂに形成された反射金属膜１３０を挟んで、ＴＣＯ膜からなる透光性電極１４０が形成されている。そして、該透光性電極１４０上の一部には電極金属膜１５０が、該透光性電極１４０を挟んで反射金属膜１３０と対向するように形成されている。反射金属膜１３０は、平坦化領域１２３Ｂ上に形成されているので、その裏面は比較的平坦である。反射金属膜１３０は電極金属膜１５０よりも発光層１２２で生じる光に対する反射率が高くなるように、その材料が選択されている。反射金属膜１３０と電極金属膜１５０とが対向するよう配置されているので、反射金属膜１３０によって、発光層１２２で生じる光の電極金属膜１５０の裏面への入射が効果的に防止されている。
【００１５】
積層部１２０に隣接して、ｎ型導電層１２１の露出面であるｎ側電極形成面１２１Ａが設けられている。このｎ側電極形成面１２１Ａ上にはｎ側電極１６０が形成されている。ｎ側電極１６０は金属膜のみからなるものであってもよいし、ｎ型導電層１２１とオーミック接触するＴＣＯ膜とその上に積層された金属膜とからなる積層体であってもよい。ＧａＮ系ＬＥＤ素子では注入電流の増加とともに発光効率が減少する現象（ドループ現象）が不可避的に生じることを考慮すると、ｎ側電極形成面１２１Ａの面積をｎ側電極１６０の形成に必要な最小限度に抑えて、発光構造が含まれる部位である積層部１２０の面積をできるだけ大きくすることが好ましい。
【００１６】
素子の周縁領域には、ｎ側電極形成面１２１Ａと連続するｎ型導電層１２１の露出面である溝底１２１Ｂが、積層部１２０を取り囲むように設けられている。この溝底１２１Ｂは、ウェハサイズの基板を用いてＧａＮ系半導体素子１００を製造する過程で、素子分離
のためにＧａＮ系半導体膜に形成された溝の底面にあたる。ｎ側電極形成面１２１Ａと溝底１２１Ｂとが連続する構成は必須ではなく、これらは離れていてもよい。
【００１７】
図２は電極金属膜１５０のみを抜き出して表示した上面図である。電極金属膜１５０は、ボンディングパッド部１５１と、該ボンディングパッド部から延びる延長部１５２とを有している。ボンディングパッド部１５１は、ボンディングワイヤあるいは導電性接合材を接合するための部位である。導電性接合材が使用されるのはフリップチップ実装の場合であり、ハンダ、銀ペースト、金属バンプなどが導電性接合材の具体例として挙げられる。延長部１５２は電流を発光層１２２に平行な方向に効率よく広げるために設けられており、発光層１２２で生じる光をできるだけ吸収または遮蔽しないように、細長い形状とされている。図１（ａ）に示すように、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００では、ｎ側電極１６０もボンディングパッド部と延長部とを有している。電極金属膜１５０やｎ側電極１６０に設けるボンディングパッド部の平面形状は矩形に限定されるものではなく、円形、楕円形などであってもよい。
【００１８】
電極金属膜および／またはｎ側電極にボンディングパッド部と延長部を設ける構成は、サイズの大きなＧａＮ系ＬＥＤ素子において特に有用である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子の形状およびサイズ、ならびにボンディングパッド部の配置に応じて、ひとつのボンディングパッド部から延びる延長部の数は１本にすることもできるし、３本以上とすることもできる。また、延長部が途中で枝分かれする構成や、異なるボンディングパッド部から延びる延長部同士が繋がっている構成なども、適宜採用することができる。なお電極金属膜およびｎ側電極のいずれも、ボンディングパッド部を有することが必須であるが、延長部を有することは必須ではない。
【００１９】
ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は次に説明する手順により製造することができる。    
まず、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長に使用可能なウェハサイズ（例えば、直径２インチ）の透光性基板１１０を準備する。例えば、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ２）、ＬＡＯ（ＬａＡｌＯ３）などからなる単結晶基板が使用可能である。サファイア基板は好ましい透光性基板のひとつであるが、中でも、ＧａＮ系半導体を成長させるべき表面に、光散乱を発生させるための凸部または凹部がエッチング加工により形成されたＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）は、特に好適である。そのＰＳＳの中でも特に好適なのは、凸部が円錐状または半球状に形成されたものである。
【００２０】
次に、準備した透光性基板１１０上に、気相エピタキシャル成長法によってｎ型導電層１２１、発光層１２２、ｐ型導電層１２３を順次成長させる。エピタキシャル成長法としては、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、スパッタリング法、反応性スパッタ法、その他の公知の方法を適宜用いることができる。サファイア基板のようにＧａＮ系半導体との格子定数差の大きな透光性基板を用いる場合には、透光性基板１１０上にバッファ層を形成してからｎ型導電層１２１を成長させる。
【００２１】
ＧａＮ系半導体にｎ型導電性またはｐ型導電性を付与するために添加することのできる不純物の種類については、公知技術を参照することができる。ｎ型導電層１２１は、好ましくは、Ｓｉ（ケイ素）を３×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３の濃度で添加したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）で、２〜６μｍの厚さに形成する。発光層１２２は、好ましくは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ）井戸層とＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）障壁層とを交互に積層した多重量子井戸層とする。井戸層および障壁層のそれぞれに添加することのできる不純物の種類および濃度については、公知技術を参照することができる。ｐ型導電層１２３は、好ましくは、Ｍｇ（マグネシウム）を５×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３の濃度で添加したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）で、０．３〜２μ
ｍの厚さに形成する。ｐ型導電層の膜厚が小さ過ぎる場合、その上面を粗化しても十分な光散乱作用を発生させることができないので注意を要する。
【００２２】
透光性基板１１０とｎ型導電層１２１の間、ｎ型導電層１２１と発光層１２２の間、発光層１２２とｐ型導電層１２３の間には、公知技術を参照して、様々な機能を有するＧａＮ系半導体層を挿入することができる。例えば、欠陥低減層、歪緩和層、キャリアブロック層などである。挿入するＧａＮ系半導体層は、超格子のように多層構造を有するものであってもよい。
【００２３】
ｐ型導電層１２３の上面を粗化する方法は特に限定されない。ＭＯＶＰＥ法を用いる場合、ｐ型導電層１２３の成長温度を７００〜９００℃とすることによって、上面にピットを発生させることができる。好ましくは深さ０．３μｍ以上、より好ましくは深さ０．４μｍ以上のピットが形成されるように、ｐ型導電層１２３の膜厚および成長条件を設定する。ピットの発生には貫通転位が関与していることから、ｐ型導電層１２３の上面に好ましいサイズのピットを高密度に発生させるためには、貫通転位が約１０８／ｃｍ３の密度で生じるよう、サファイア基板のようなＧａＮ系半導体との間にある程度の格子定数差を有する透光性基板を用いることが好ましい。ＧａＮ基板のような窒化物半導体基板を用いる場合には、基板とｐ型導電層の間に、貫通転位密度を増加させる機能を有する層を設けることが好ましい。かかる機能を有する層については、特許文献２を参照することができる。
１０００℃以上の成長温度で上面が平坦となるようにｐ型導電層１２３を形成した後、ナノマスクを用いたエッチングによって該上面を粗化することもできる。かかる技術については公知文献を適宜参照することができる。
【００２４】
次に、ｐ型導電層１２３からその表層部の一部をドライエッチングによって除去することにより、その上面に平坦化領域１２３Ｂを形成する。この工程では、前述のエッチバック法を用いる。具体的には、まず、図３（ａ）に示すようにｐ型導電層１２３の粗化された上面全体に保護膜Ｐを形成する。保護膜Ｐは、金属あるいはＳｉＯ２のような酸化物で形成することができる。次に、通常のフォトリソグラフィ技法を用いて、図３（ｂ）に示すように、形成すべき平坦化領域の形状に応じた開口部を保護膜Ｐに形成する。開口部形成後、図３（ｃ）に示すように、起伏を平坦に埋め込むマスク層Ｑでウェハ上面を覆う。マスク層Ｑはフォトレジストを用いて形成することができる。
【００２５】
次に、マスク層Ｑの上からウェハをドライエッチする。このとき、保護膜Ｐのエッチング速度がマスク層Ｑのエッチング速度よりも小さくなるように、かつ、マスク層ＱとＧａＮ系半導体（ｐ型導電層１２３）のエッチング速度が同等となるように、ドライエッチング条件を設定する。かかる条件を用いると、図４（ｄ）に示すように、保護膜Ｐが形成された領域では、保護膜Ｐが露出したところでエッチングが止まる。一方、保護膜Ｐに開口部が形成された領域では、マスク層Ｑとｐ型導電層１２３とが同じ速度でエッチングされる結果、図４（ｅ）に示すように、マスク層Ｑが完全に除去された時点で、ｐ型導電層１２３の露出面が平坦となる。その後、図４（ｆ）に示すように、適当なエッチャントを用いて保護膜Ｐを除去する。以上の手順により、平坦化領域１２３Ｂを所望の平面形状に形成することができる。
【００２６】
平坦化領域１２３Ｂの形成後、該平坦化領域上に反射金属膜１３０を形成する。反射金属膜１３０の厚さは、５０ｎｍ〜１μｍとすることができる。反射金属膜１３０は平坦化領域１２３Ｂからはみ出さないように形成することが重要である。反射金属膜１３０が粗化領域１２３Ａ上にはみ出した場合、そのはみ出した部分では、その反射面の平滑性の悪化によって反射率が著しく低下するためである。
【００２７】
反射金属膜１３０は、その裏面側（ｐ型導電層１２３側）に入射する光を反射させる反射面を、発光層１２２で生じる光に対する反射率の高い金属で形成する。ＧａＮ系ＬＥＤ素子の典型的な発光波長は３６０〜５００ｎｍであることから、好ましい金属としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）などが例示される。中でも特に好ましいのはＡｌとＡｇである。Ａｌからなる反射面は、Ａｌ単体を用いて形成することができる他、耐熱性その他を改善するために、Ｔｉ、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃｕ（銅）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒなどの元素を添加したＡｌ合金を用いて形成することができる。Ａｇからなる反射面は、Ａｇ単体を用いて形成することができる他、耐熱性、化学的安定性その他の改善やマイグレーション防止のために、Ｃｕ、Ａｕ（金）、Ｐｄ、Ｎｄ、Ｓｉ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｚｎ（亜鉛）、Ｇａ（ガリウム）、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｙ（イットリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）などの元素を添加したＡｇ合金を用いて形成することができる。
【００２８】
反射金属膜１３０の形成後、該反射金属膜を間に挟んで、ｐ型導電層１２３上の略全面を覆う透光性電極１４０を形成する。透光性電極１４０の材料には、ＩＴＯ、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの酸化インジウムベースのＴＣＯ、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）などの酸化亜鉛ベースのＴＣＯ、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）などの酸化錫ベースのＴＣＯを好ましく用いることができる。透光性電極１４０の形成方法に限定はなく、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法など、公知の方法を適宜用いることができる。気相法を用いる場合は、平坦面上に成膜した場合の膜厚が０．１〜０．５μｍ、好ましくは０．１５〜０．２５μｍとなるように、成膜条件およびデポジション時間を設定することができる。粗化面上に気相法で形成されるＴＣＯ膜は、厚さの不均一性が大きくなる傾向がある。
【００２９】
透光性電極１４１は、サブトラクティブな方法とアディティブな方法（リフトオフ法）のいずれによってパターニングしてもよい。パターニングの前または後に熱処理を行うことによって、透光性電極１４１の電気特性、接触抵抗、透明性などが改善される場合がある。メカニズムは明らかでないが、透光性電極１４１をＩＴＯで形成する場合には、窒素雰囲気中、５００〜６００℃（好ましくは５４０〜５８０℃）で１０〜２０分間の熱処理を行うことにより、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の出力を改善することができる。
【００３０】
透光性電極１４０の形成後、電極金属膜１５０を形成する。電極金属膜１５０の厚さは、０．２〜２μｍとすることができる。電極金属膜１５０は、透光性電極１４０と接する部分を、ＴＣＯに対する密着性の良好な金属で形成することが好ましい。かかる金属としては、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ｚｒ（ジルコニウム）などの単体や、これらの金属元素を含む合金が例示される。Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、ＷおよびＺｒは、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００が発する３６０〜５００ｎｍという波長の光に対する反射率が低いが、反射金属膜１４０によって電極金属膜１５０の裏面への該光の入射が妨げられているので、これらの金属を電極金属膜１５０に用いることに起因する発光効率の低下は小さい。電極金属膜１５０の表層部分はＡｕ、Ｐｔなどで形成できる他、ボンディングに使用されることが予定されているハンダに成分として含まれる金属を用いて形成することができる。
【００３１】
反射金属膜１３０および電極金属膜１５０の平面形状と面積は同一としてもよいが、その場合、製造工程で両者の平面配置が僅かにずれただけで、反射金属膜１３０の効果が著しく低下する。そこで、図５に示すように、発光層１２２の上面に対する反射金属膜１３０の正射影が、電極金属膜１５０の正射影を包含するように、反射金属膜１３０の面積を電極金属膜１４２よりもやや大きくすることが望ましい。例えば、反射金属膜１３０の面
積を電極金属膜１５０の面積の１２０〜１５０％とすることができる。
【００３２】
次に、ＧａＮ系半導体膜からドライエッチングによってｐ型導電層１２３および発光層１２２を部分的に除去することにより、ｎ側電極形成面１２１Ａを形成する。この工程で前述のエッチバック法を用いることにより、ｎ側電極形成面１２１Ａの全域を平坦面とすることができる。エッチバック法を用いない場合、ｎ側電極形成面１２１Ａは、ｐ型導電層の粗化領域１２３Ａと類似した表面形状を呈することになる。
【００３３】
ｎ側電極形成面１２１Ａ上に設けるｎ側電極１６０は、少なくともｎ型導電層１２１に接する部分を、ｎ型ＧａＮ系半導体と良好なオーミック接触を形成する材料で形成する。かかる材料として、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）もしくはＶ（バナジウム）の単体、または、これらから選ばれる１種以上の金属を含む合金が挙げられる。中でも、３５０〜５００ｎｍの波長域における反射率が高いことから、ＡｌおよびＡｌ合金は特に好ましい材料である。Ａｌ合金としては、Ｔｉ、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃｕ（銅）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒなどの添加元素を含むものが例示される。ｎ側電極１３０は、ｎ型導電層１２１に接する部分にＴＣＯ膜、すなわち、酸化インジウム、ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化亜鉛、ＡＺＯ、ＧＺＯ、酸化錫、ＦＴＯなどからなる透光性膜を有していてもよい。
【００３４】
ｎ側電極１３０の表層部分は金属で形成する。ボンディングワイヤとして多用されるＡｕワイヤのボンダビリティを高くするには、ｎ側電極１３０の表層部分をＡｕで形成することが好ましい。該表層部分をＡｕ、Ｐｔのような酸化し難い金属で形成した場合には、ハンダによる濡れ性が良好となる。該表層部分は、ボンディングに使用されることが予定されているハンダに成分として含まれる金属を用いて形成してもよい。該表層部分に用ける金属層と、その下方に設ける金属層との間には、これらの層の間で所望しない合金化反応が生じることのないように、高融点金属からなるバリア層を設けることができる。
【００３５】
通常は、ウェハを分断してＧａＮ系ＬＥＤ素子１００をチップ（ダイともいう）にするダイシング工程の前に、ウェハ上の各素子を電気的に分離させる。具体的には、各ＬＥＤ素子が有する積層部１２０が電気的に孤立するように、エッチングによってＧａＮ系半導体膜にｎ型導電層１２１に達する素子分離溝を形成する。ダイシング工程ではこの素子分離溝の位置でウェハを分割するので、結果として、チップ化されたＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、周縁部にこの素子分離溝の底部であった溝底１２１Ｂを有することになる。素子分離溝の形成工程は、ｎ側電極形成面１２１Ａを形成する工程と同時であってもよいし、別途の工程であってもよい。好適例では、ｎ側電極形成面１２１Ａはエッチバック法を用いて平坦に形成し、素子分離溝は溝底１２１Ｂが粗面となるように別途工程で形成することができる。溝底１２１Ｂを粗面とすることにより、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の光取出し効率が改善される。
【００３６】
ダイシング工程の前に、素子分離工程で露出した発光層１２２の端面や、薄いＴＣＯ膜からなる透光性電極１４０の表面を保護するために、電極金属膜１５０およびｎ側電極１６０の表面を除くウェハの表面を覆うパッシベーション膜を形成することが好ましい。パッシベーション膜は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）、スピンオングラスなどで形成することができる。
【００３７】
ダイシング工程では、ウェハを分断する前に、透光性基板１１０の裏面にグラインディング加工またはラッピング加工を行い、その膜厚を低減させてもよい。ＬＥＤチップはダイシングブレードを備えたダイサーを用いてウェハから切り出してもよいし、あるいは、
ダイヤモンペンでウェハ表面にスクライブ線を形成し、このスクライブ線を起点にしてウェハを割ってチップにしてもよい。スクライブ線の代わりに、レーザ加工によりウェハ表面に形成した溝、あるいは、ウェハ内部に形成した改質領域を起点として、ウェハを割ることも可能である。
【００３８】
上記の手順で得たＧａＮ系ＬＥＤ素子１００を実装するときには、ＬＥＤチップを固定すべき部材に対し、当該ＬＥＤチップが透光性基板１１０側の面を向けるように固定してもよいし、その反対に、ＬＥＤチップを固定すべき部材に対し、当該ＬＥＤチップがＧａＮ系半導体膜側の面を向けるように固定してもよい（フリップチップ実装）。フリップチップ実装する場合には、固定用部材にＬＥＤチップを固定した後で、レーザリフトオフ技法を用いてＧａＮ系半導体膜から透光性基板１１０を分離させることができる。
【００３９】
以上に説明したＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の製造手順は一例であり、いくつかの工程については順序を入れ換えることができる。例えば、ｎ側電極形成面１２１Ａを形成する工程は、平坦化領域１２３Ｂを形成する工程の前に行っても構わない。また、ｎ側電極１６０の最下層をＴＣＯ膜で形成する場合、このＴＣＯ膜と透光性電極１４０とは同一の材料を用いて、同時に形成することができる。あるいは、電極金属膜１５０と、ｎ側電極１６０に含まれる金属層とを、同一の材料を用いて同時に形成することができる。
【００４０】
次に、変形例について説明する。
一例では、図６に示すように、反射金属膜１３０とｐ型導電層１２３との間に誘電体反射膜１７０を設けることができる。金属表面での反射に伴う損失は一般に誘電体ミラーの反射損失よりも大きいので、できるだけ多くの光を反射金属膜１３０に到達する前に誘電体反射膜１７０によって反射させることが望ましい。
【００４１】
誘電体反射膜１７０の一例は、ｐ型導電層１２３との界面で全反射を発生させる低屈折率膜である。この低屈折率膜はｐ型導電層１２３よりも低い屈折率を有する誘電体、例えば、フッ化マグネシウム、フッ化リチウムのような金属フッ化物、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、スピネル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムのような金属酸化物、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、スピンオングラスのようなガラス系材料を用いて形成することができる。好ましくは、低屈折率膜の膜厚は垂直入射光に対して高反射条件が成立するように、すなわち、発光層１２２で生じる光の波長の（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）となるように設定する。
【００４２】
誘電体反射膜１７０の他の一例は、ブラッグ反射膜である。この反射膜はＤＢＲ、誘電体多層膜ミラーなどとも呼ばれるものであり、特定波長の垂直入射光を１００％に近い反射率で反射させることができる。よく知られているように、多層膜を構成する各層の膜厚を適切に設計することによって、上記特定波長を発光層１２２で生じる光の波長に合わせることが可能である。誘電体反射膜１７０を、ｐ型導電性層１２３の直上に形成される低屈折率膜と、その上に積層されるブラッグ反射膜とから構成することもできる。この場合、大きな入射角で入射する光は低屈折率膜による全反射を受け、小さな入射角で入射する光はブラッグ反射膜で反射されることになる。
【００４３】
誘電体反射膜１７０には、ｐ型導電層１２３と反射金属膜１３０との間を確実に絶縁する働きもある。ｐ型導電層１２３と反射金属膜１３０との間を確実に絶縁することにより、反射金属膜１３０の直下における発光層１２２での発光を確実に抑制することができる。反射金属膜１３０の直下で生じる光は、他の領域で生じる光と比べて反射金属膜１３０による遮蔽または吸収を強く受けることから、これを発生させないようにした方がＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の発光効率を高めるうえで好ましいのである。
【００４４】
反射金属膜１３０と透光性電極１４０との間で所望しない化学反応が生じ、そのために反射金属膜１３０の反射率が低下することを防ぐために、図３に示すように、反射金属膜１３０を反射面形成層１３１およびバリア層１３２を含む積層膜とすることができる。ここで、反射面形成層１３１は、好ましくはＡｌ、Ａｇなどで形成される。バリア層１３２は反射面形成層１３１に対して透光性電極１４０側に形成される層であり、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｚｒなどの単体や合金を用いて形成することができる。同様の目的のために、反射金属膜１３０と透光性電極１４０との間に、シリカなどの不活性な酸化物からなる薄膜を挿入することもできる。
【００４５】
前述のように、電極金属膜１５０はボンディングパッド部を有する。該部位にボンディングワイヤが接合される際に与えられる強いストレスに耐え得るように、電極金属膜１５０はｐ型導電層１２３に対し強固に固定されていなくてはならない。また、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００がフリップチップ実装される場合には、電極金属膜１５０に対して、導電材であると同時に機械的保持部材である接合材（例えば、ハンダ）が接合されるので、やはり、ｐ型導電層１２３と電極金属膜１５０との間の結合は強固でなくてはならない。
【００４６】
そこで、一例では、図８に示すように、反射金属膜１３０上の透光性電極１４０に貫通孔を設け、この貫通孔を通して反射金属膜１３０と電極金属膜１５０とを直に接合させる。それによって、ｐ型導電層１２３と電極金属膜１５０との間に存在する異種材料間の界面の数が減少するので、両者間の結合強度が改善される。
図９に示す例では、エッチバック法を用いることによって、ｎ型導電層１２１に平坦化露出面１２１Ｂを形成し、その上に反射金属膜１３０と電極金属膜１５０とが、透光性電極１４０を挟んで対向する構造を形成している。誘電体反射膜１７０が平坦化露出面１２１Ｂ上から積層部１２０の端面上に連続するように形成されており、それによって、平坦化露出面１２１Ｂに臨むｎ型導電層１２１および発光層１２２の端面と、透光性電極１４０との間が絶縁されている。この構造によれば、反射金属膜１３０の下方に発光層１２２が存在しないために、発光効率が改善される。
【００４７】
図１０に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子２００では、ｐ型導電層２２３、発光層２２２およびｎ型導電層２２１が順次積層された積層部２２０を含むＧａＮ系半導体膜が、ｎ型導電層２２１の発光層２２２側とは反対側の表面に、粗化領域２２１Ａと平坦化領域２２１Ｂとを有している。そして、積層部２２０上には、ｎ型導電層２２１の平坦化領域２２１Ｂに形成された反射金属膜２３０を挟んで、ＴＣＯ膜からなる透光性電極２４０が形成されている。そして、該透光性電極膜２４０上の一部には電極金属膜２５０が、該透光性電極２４０を挟んで反射金属膜２３０と対向するように形成されている。反射金属膜２３０は、平坦化領域２２１Ｂ上に形成されているので、その裏面は比較的平坦である。反射金属膜２３０は電極金属膜２５０よりも発光層２２２で生じる光に対する反射率が高くなるように、その材料が選択されている。反射金属膜２３０と電極金属膜２５０とが対向するよう配置されているので、反射金属膜２３０によって、発光層２２２で生じる光の電極金属膜２５０の裏面への入射が効果的に防止されている。
【符号の説明】
【００４８】
１００  ＧａＮ系ＬＥＤ素子
１１０ 透光性基板
１２０  積層体
１２１  ｎ型導電層
１２１Ａ  ｎ側電極形成面
１２１Ｂ  溝底
１２２  発光層
１２３  ｐ型導電層
１３０  ｎ側電極
１３１  反射面形成層
１３２  バリア層
１４０  透光性電極
１５０  電極金属膜
１５１  ボンディングパッド部
１５２  延長部
１６０  ｎ側電極
１７０  誘電体反射膜
Ｐ  保護膜
Ｑ  マスク層
【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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【図１０】
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