(57)【要約】【課題】半導体に給電するための電極の接合性および電極の信頼性を向上させることを目的とする。【解決手段】半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１７０、透明導電層１７０、透明導電層１７０上に形成されるｐ電極３００、ｎ型半導体層１４０上に形成されるｎ電極４００を備える。ｐ電極３００は、Ａｕを含む金属材料で構成され、外部に露出するように設けられるｐ側第２金属層３３２と、Ａｕを含むとともにｐ側第２金属層３３２よりも硬度が高い金属材料で構成され、ｐ側第２金属層３３２よりも透明導電層１７０に近い側に、ｐ側第２金属層３３２に沿って設けられるｐ側第１金属層３３１とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有する第１半導体層と、
通電により発光し、前記第１半導体層上に積層される発光層と、
第２の導電型を有し、前記発光層上に積層される第２半導体層と、
導電性を備え、前記第２半導体層上に積層される導電層と、
Ａｕを含む金属材料で構成され、前記導電層上に積層される第１金属層と、
Ａｕを含むとともに前記第１金属層よりも硬度が低い金属材料で構成され、当該第１金属層に接する面とは反対側の面が外部に露出するように、当該第１金属層上に積層される第２金属層と
を含む半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１金属層および前記第２金属層は、構成元素が同一な金属材料から構成され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】
前記第１金属層および前記第２金属層は、ともにＡｕ単体から構成され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】
前記第１金属層の厚さは、前記第２金属層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１半導体層は、電子をキャリアとするＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、
前記第２半導体層は、正孔をキャリアとするＩＩＩ族窒化物半導体で構成されること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記導電層は、前記発光層から出射される光に対する透過性を有するとともに前記第２半導体層上に積層される透明導電層からなることを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記透明導電層と前記第１金属層との間には、当該第１金属層よりも硬度が高い金属材料で構成される第３金属層が積層されていることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
通電により発光する発光層を含む積層半導体に対して給電するための電極構造であって、
Ａｕを含む金属材料で構成され、外部に露出するように設けられる外側金属層と、
Ａｕを含むとともに前記外側金属層よりも硬度が高い金属材料で構成され、当該外側金属層よりも前記発光層に近い側に、当該外側金属層に沿って設けられる内側金属層と
を備える電極構造。
【請求項９】
前記外側金属層と前記内側金属層とは、組成が等しい金属材料で構成されることを特徴とする請求項８記載の電極構造。
【請求項１０】
前記外側金属層と前記内側金属層とは、ともにＡｕ単体から構成されることを特徴とする請求項９記載の電極構造。
【請求項１１】
前記外側金属層の厚さは、前記内側金属層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項記載の電極構造。
【請求項１２】
第１の導電型を有する第１半導体層と、通電により発光し、当該第１半導体層上に積層される発光層と、第２の導電型を有し、当該発光層上に積層される第２半導体層と、導電性を備え、当該第２半導体層上に積層される導電層と、Ａｕを含む金属材料で構成され、当該導電層上に積層される第１金属層と、Ａｕを含むとともに当該第１金属層よりも硬度が低い金属材料で構成され、当該第１金属層に接する面とは反対側の面が外部に露出するように、当該第１金属層上に積層される第２金属層とを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前記第２金属層にボンディングされるボンディングワイヤと、
前記ボンディングワイヤを介して前記半導体発光素子に給電する給電部材と
を備える発光装置。
【請求項１３】
前記第１金属層および前記第２金属層は、ともにＡｕ単体から構成され、当該第１金属層の厚さは、当該第２金属層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
【請求項１４】
前記半導体発光素子は、導電性を備え、前記第１半導体層上に積層される他の導電層と、Ａｕを含む金属材料で構成され、当該他の導電層上に積層される他の第１金属層と、Ａｕを含むとともに当該他の第１金属層よりも硬度が低い金属材料で構成され、当該他の第１金属層に接する面とは反対側の面が外部に露出するように、当該他の第１金属層上に積層される他の第２金属層とを有し、
前記半導体発光素子の前記他の第２金属層にボンディングされる他のボンディングワイヤと、
前記他のボンディングワイヤを介して前記半導体発光素子に給電する他の給電部材と
をさらに備えることを特徴とする請求項１２または１３記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、電極構造および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やＩＩ−ＩＶ族化合物半導体等の化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が順に積層された積層半導体層を有する半導体発光素子が広く用いられている。
近年、短波長発光素子用の半導体材料として、ＧａＮ系化合物半導体が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物などからなる基板上に、有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
【０００３】
このようなＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、通常、基板上に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層からなるＬＥＤ構造を有する積層半導体層を形成し、最上部のｐ型半導体層に透明導電層およびボンディング用のパッド電極を形成する一方、ｐ型半導体層および発光層の一部をエッチング等によって除去して露出させたｎ型半導体層にボンディング用のパッド電極を形成する。
【０００４】
従来技術として、透明導電層上のパッド電極およびｎ型半導体層上のパッド電極の最上層を、Ａｕで構成することが記載されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１００５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、一般に、このような半導体発光素子を組み込んだ発光装置等を製造する場合には、各パッド電極は、公知のワイヤボンダを用いてワイヤボンディングされる。ワイヤボンディングにおいては、各電極パッドに所定の圧力をかけることで、Ａｕ等からなるボンディングワイヤを電極パッドの最上層に接続する。ワイヤボンディングの際、この圧力が電極パッドの下層や電極パッドが積層される透明導電層等に伝わり、電極パッドの剥がれや透明導電層等の割れが生じることがあった。
【０００７】
本発明は、半導体に給電するための電極の接合性および電極の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、下記［１］〜［１４］に係る発明が提供される。
［１］第１の導電型を有する第１半導体層と、
通電により発光し、第１半導体層上に積層される発光層と、
第２の導電型を有し、発光層上に積層される第２半導体層と、
導電性を備え、第２半導体層上に積層される導電層と、
Ａｕを含む金属材料で構成され、導電層上に積層される第１金属層と、
Ａｕを含むとともに第１金属層よりも硬度が低い金属材料で構成され、第１金属層に接する面とは反対側の面が外部に露出するように、第１金属層上に積層される第２金属層と
を含む半導体発光素子。
［２］第１金属層および第２金属層は、構成元素が同一な金属材料から構成されることを特徴とする［１］記載の半導体発光素子。
［３］第１金属層および第２金属層は、ともにＡｕ単体から構成されることを特徴とする［１］または［２］記載の半導体発光素子。
［４］第１金属層の厚さは、第２金属層の厚さよりも厚いことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか記載の半導体発光素子。
［５］第１半導体層は、電子をキャリアとするＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、
第２半導体層は、正孔をキャリアとするＩＩＩ族窒化物半導体で構成されることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれか記載の半導体発光素子。
［６］導電層は、発光層から出射される光に対する透過性を有するとともに第２半導体層上に積層される透明導電層からなることを特徴とする［５］記載の半導体発光素子。
［７］透明導電層と第１金属層との間には、第１金属層よりも硬度が高い金属材料で構成される第３金属層が積層されていることを特徴とする［６］記載の半導体発光素子。
【０００９】
［８］通電により発光する発光層を含む積層半導体に対して給電するための電極構造であって、
Ａｕを含む金属材料で構成され、外部に露出するように設けられる外側金属層と、
Ａｕを含むとともに外側金属層よりも硬度が高い金属材料で構成され、外側金属層よりも発光層に近い側に、外側金属層に沿って設けられる内側金属層と
を備える電極構造。
［９］外側金属層と内側金属層とは、組成が等しい金属材料で構成されることを特徴とする［８］記載の電極構造。
［１０］外側金属層と内側金属層とは、ともにＡｕ単体から構成されることを特徴とする［９］記載の電極構造。
［１１］外側金属層の厚さは、内側金属層の厚さよりも薄いことを特徴とする［８］乃至［１０］のいずれか記載の電極構造。
【００１０】
［１２］第１の導電型を有する第１半導体層と、通電により発光し、第１半導体層上に積層される発光層と、第２の導電型を有し、発光層上に積層される第２半導体層と、導電性を備え、第２半導体層上に積層される導電層と、Ａｕを含む金属材料で構成され、導電層上に積層される第１金属層と、Ａｕを含むとともに第１金属層よりも硬度が低い金属材料で構成され、第１金属層に接する面とは反対側の面が外部に露出するように、第１金属層上に積層される第２金属層とを有する半導体発光素子と、
半導体発光素子の第２金属層にボンディングされるボンディングワイヤと、
ボンディングワイヤを介して半導体発光素子に給電する給電部材と
を備える発光装置。
［１３］第１金属層および第２金属層は、ともにＡｕ単体から構成され、第１金属層の厚さは、第２金属層の厚さよりも厚いことを特徴とする［１２］記載の発光装置。
［１４］半導体発光素子は、導電性を備え、第１半導体層上に積層される他の導電層と、Ａｕを含む金属材料で構成され、他の導電層上に積層される他の第１金属層と、Ａｕを含むとともに他の第１金属層よりも硬度が低い金属材料で構成され、他の第１金属層に接する面とは反対側の面が外部に露出するように、他の第１金属層上に積層される他の第２金属層とを有し、
半導体発光素子の他の第２金属層にボンディングされる他のボンディングワイヤと、
他のボンディングワイヤを介して半導体発光素子に給電する他の給電部材と
をさらに備えることを特徴とする［１２］または［１３］記載の発光装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体に給電するための電極の接合性および電極の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態が適用される半導体発光素子の平面模式図の一例である。
【図２】本実施の形態が適用される半導体発光素子の断面図の一例である。
【図３】半導体発光素子の製造方法の一例である。
【図４】本実施の形態の半導体発光素子を適用した発光装置の断面図の一例である。
【図５】比較例１〜３におけるｐ電極の断面ＳＴＥＭ写真である。
【図６】実施例１〜９および比較例１〜４におけるｐ側ボンディング層の構成、ｐ側ボンディング層の製造条件、および、ｐ側ボンディング層の厚さを示した図である。
【図７】実施例１および比較例１〜４におけるｐ電極の上面の顕微鏡写真の一例である。
【図８】実施例１〜９および比較例１〜４におけるｐ側第１金属層とｐ側第２金属層の成膜条件と、表面目視検査、ＡＦＭ評価およびワイヤボンディング評価との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明における実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の半導体発光素子等の寸法とは異なっている場合がある。
【００１４】
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の上面模式図の一例であり、図２は、図１に示す半導体発光素子１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
（半導体発光素子）
本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とをさらに備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。
【００１５】
さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０上に積層される透明導電層１７０と、この透明導電層１７０の一部に積層されるｐ電極３００とをさらに備える。
【００１６】
さらにまた、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ａ上の一部に積層されるｎ電極４００をさらに有している。
【００１７】
そして、半導体発光素子１は、透明導電層１７０のうちｐ電極３００が取り付けられていない領域およびｐ電極３００のうち一部（後述するｐ側接続面３３３）を除く領域と、半導体層露出面１４０ａのうちｎ電極４００が取り付けられていない領域およびｎ電極４００のうち一部（後述するｎ側接続面４３３）を除く領域とを覆うように積層される保護層１８０をさらに備えている。なお、保護層１８０は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の壁面も覆っている。
【００１８】
また、ｐ電極３００は、透明導電層１７０に積層されるｐ側接合層３１０と、ｐ側接合層３１０に積層されるｐ側バリア層３２０と、ｐ側バリア層３２０に積層されるとともに、その一部が保護層１８０によって覆われないことにより外部に露出するｐ側接続面３３３を形成するｐ側ボンディング層３３０と、ｐ側ボンディング層３３０のうちｐ側接続面３３３を除いた部位に積層されるとともに、ｐ側ボンディング層３３０とは反対側の面には保護層１８０が積層されるｐ側密着層３４０とを備えている。そして、ｐ側ボンディング層３３０は、ｐ側バリア層３２０に積層されるｐ側第１金属層３３１と、ｐ側第１金属層３３１に積層されるとともに、一部にｐ側密着層３４０が積層されることによってｐ側接続面３３３が形成されるｐ側第２金属層３３２とを有している。
【００１９】
一方、ｎ電極４００は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ａに積層されるｎ側接合層４１０と、ｎ側接合層４１０に積層されるｎ側バリア層４２０と、ｎ側バリア層４２０に積層されるとともに、その一部が保護層１８０によって覆われないことにより外部に露出するｎ側接続面４３３を形成するｎ側ボンディング層４３０と、ｎ側ボンディング層４３０のうちｎ側接続面４３３を除いた部位に積層されるとともに、ｎ側ボンディング層４３０とは反対側の面には保護層１８０が積層されるｎ側密着層４４０とを備えている。そして、ｎ側ボンディング層４３０は、ｎ側バリア層４２０に積層されるｎ側第１金属層４３１と、ｎ側第１金属層４３１に積層されるとともに、一部にｎ側密着層４４０が積層されることによってｎ側接続面４３３が形成されるｎ側第２金属層４３２とを有している。
【００２０】
この半導体発光素子１においては、ｐ電極３００におけるｐ側ボンディング層３３０を正極とし、ｎ電極４００におけるｎ側ボンディング層４３０を負極とし、ｐ側ボンディング層３３０とｎ側ボンディング層４３０とを介してｐ電極３００からｎ電極４００に向かう電流を流すことで、発光層１５０を発光させるようになっている。
なお、本実施の形態の半導体発光素子１は、発光層１５０から発光した光をｐ電極３００およびｎ電極４００が形成される側から取り出す、フェイスアップ型の半導体発光素子である。
【００２１】
次に、半導体発光素子１の各構成要素について、より詳細に説明する。
＜基板＞
基板１１０としては、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン等からなる基板を用いることができる。
また、上記基板の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
【００２２】
＜積層半導体層＞
積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図２に示すように、基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層がこの順で積層されて構成されている。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとするものである。これに対し、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとするものである。
また、積層半導体層１００は、上述したｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０に加え、さらに下地層１３０、中間層１２０を含めて呼んでもよい。
なお、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
【００２３】
＜中間層＞
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、特にＣ面を主面とするサファイアで基板１１０を構成した場合には、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にｃ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明においては、中間層１２０の形成を行うことが好ましいが、必ずしも行わなくても良い。
【００２４】
中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１μｍ〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
【００２５】
＜下地層＞
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の厚さは０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この厚さ以上にした方が、結晶性の良好な下地層１３０を得やすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０には不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
【００２６】
＜ｎ型半導体層＞
第１半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層（図示せず）とｎクラッド層（図示せず）とから構成されるのが好ましい。なお、ｎコンタクト層はｎクラッド層を兼ねることも可能である。また、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
【００２７】
ｎコンタクト層は、ｎ電極４００を設けるための層である。
ｎコンタクト層としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層にはｎ型不純物がドープされていることが好ましい。ｎ型不純物を１×１０17／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは１×１０18／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、ｎ電極４００との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００２８】
ｎコンタクト層の厚さは、０．５μｍ〜５μｍとされることが好ましく、１μｍ〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層の厚さが上記範囲にあると、発光層１５０等の結晶性が良好に維持される。
【００２９】
ｎコンタクト層と発光層１５０との間には、ｎクラッド層を設けることが好ましい。ｎクラッド層は、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。
ｎクラッド層はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ｎクラッド層をＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。なお、本明細書では、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。
【００３０】
ｎクラッド層のｎ型不純物濃度は１×１０17／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3、が好ましく、より好ましくは１×１０18／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3である。不純物濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
ｎクラッド層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．００５μｍ〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５μｍ〜０．１μｍである。
【００３１】
なお、ｎクラッド層を、超格子構造を含む層とする場合には、１０ｎｍ以下の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、ｎ側第１層と組成が異なるとともに１０ｎｍ以下の厚さを有するＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであってもよい。
また、ｎクラッド層は、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、この場合には、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造であることが好ましい。
【００３２】
＜発光層＞
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
量子井戸構造の井戸層としては、Ｇａ１−ｙＩｎｙＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。また、多重量子井戸構造の発光層１５０を用いる場合は、上記Ｇａ１−ｙＩｎｙＮを井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層とする。井戸層および障壁層には、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
【００３３】
＜ｐ型半導体層＞
第２半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０は、ｐクラッド層（図示せず）とｐコンタクト層（図示せず）とから構成されるのが好ましい。なお、ｐコンタクト層はｐクラッド層を兼ねることも可能である。
ｐクラッド層は、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。
ｐクラッド層としては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、例えばＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）を用いることができる。ｐクラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。
【００３４】
ｐクラッド層のｐ型不純物濃度は、１×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐ型不純物濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層は、上述したｎクラッド層と同様に超格子構造としてもよく、この場合には、組成比が異なるＡｌＧａＮと他のＡｌＧａＮとの交互構造または組成が異なるＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
ｐクラッド層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３５】
ｐコンタクト層は、透明導電層１７０を介してｐ電極３００を設けるための層である。
ｐコンタクト層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐ電極３００との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐコンタクト層のｐ型不純物濃度は、１×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは５×１０19／ｃｍ3〜５×１０20／ｃｍ3である。ｐ型不純物濃度が上記範囲であると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持が可能となる点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、好ましくはＭｇが挙げられる。
【００３６】
ｐコンタクト層の厚さは、特に限定されないが、０．０１μｍ〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５μｍ〜０．２μｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの厚さが上記範囲にあると、発光出力の点で好ましい。
【００３７】
＜透明導電層＞
図２に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には透明導電層１７０が積層されている。なお、本明細書中、透明導電層１７０を単に導電層と記述することがある。
図１に示すように、半導体発光素子１を平面視したときに、透明導電層１７０（図１参照）は、ｎ電極２６０を形成するためにエッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面のほぼ全面を覆うように形成されている。しかし、このような形状に限定されるわけでなく、透明導電層１７０を、隙間を開けた格子状や樹形状に形成してもよい。なお、透明導電層１７０の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００３８】
透明導電層１７０は、ｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、本実施の形態の半導体発光素子１では、発光層１５０からの光をｐ電極３００が形成された側に取り出すことから、透明導電層１７０は発光層１５０から出射される光に対する透過性に優れたものであることが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透明導電層１７０は優れた導電性を有したものであることが好ましい。
【００３９】
以上のことから、透明導電層１７０を構成する材料としては、少なくともＩｎを含む導電性の酸化物からなる透光性の導電性材料を用いることが好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ2Ｏ3−ＣｅＯ2））等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などの不純物が添加されていてもかまわない。
【００４０】
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、透明導電層１７０を形成できる。また、透明導電層１７０を形成した後に、透明導電層１７０の透明化を目的とした熱アニールを施す場合もある。
【００４１】
本実施の形態において、透明導電層１７０は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶を含む透明材料（例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等）を好ましく使用することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯを透明導電層１７０として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。透明導電層１７０の厚さは、特に制限されないが、例えば１０〜５００ｎｍの範囲であればよい。
【００４２】
＜保護層＞
保護層１８０は、半導体発光素子１の内部への水分等の進入を抑制するために設けられている。また、本実施の形態では、発光層１５０からの光を、保護層１８０を介して取り出すことから、保護層１８０は発光層１５０から出射される光に対する透過性に優れたものであることが望ましい。そこで、本実施の形態では、保護層１８０をＳｉＯ2で構成している。ただし、保護層１８０を構成する材料についてはこれに限られるものではなく、ＳｉＯ2に代えて、ＴｉＯ2  、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ等を用いることができる。
【００４３】
＜ｐ電極＞
次に、ｐ電極３００の構成について詳細に説明する。ｐ電極３００は、上述したように、ｐ側接合層３１０、ｐ側バリア層３２０、ｐ側ボンディング層３３０（ｐ側第１金属層３３１およびｐ側第２金属層３３２）、およびｐ側密着層３４０を備えている。このｐ電極３００は、所謂ボンディングパッドを兼ねており、外部に露出するｐ側接続面３３３に図示しないボンディングワイヤが接続されるようになっている。
【００４４】
図２に示す例では、透明導電層１７０の平坦面上にｐ電極３００を設けているが、透明導電層１７０に凹部を設け、この凹部の底面上にｐ電極を設けるようにしてもかまわない。なお、ｐ電極３００は、透明導電層１７０上であれば、どこへでも形成することができる。例えば、ｎ電極４００から遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心となる位置に形成してもよい。しかし、あまりにもｎ電極４００に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にボンディングワイヤ間、ボンディングボール間でショートを生じてしまうため好ましくない。
また、この例では、図１に示すように平面視したときに、ｐ電極３００が円形状を呈するようになっているが、このような形状に限定されるわけではなく、例えば、多角形状など任意の形状を選択することができる。
【００４５】
＜ｐ側接合層＞
ｐ側接合層３１０は、透明導電層１７０に対するｐ側バリア層３２０の接合強度を高め、且つ、透明導電層１７０とｐ側バリア層３２０とのオーミックコンタクトを確保するために、透明導電層１７０とｐ側バリア層３２０との間に設けられる。
【００４６】
ｐ側接合層３１０は、基本的に導電性を有する材料から適宜選択して差し支えないが、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素からなるものが好ましい。特に、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属を用いることによって、透明導電層１７０に対するｐ側バリア層３２０の接合強度を格段に高めることができる。また、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ等の弁作用金属からなる群から選ばれる少なくとも一種の元素からなるものは、外部の空気や水分に対する耐食性が高く、好ましい。
【００４７】
また、図２に示すように、ｐ側接合層３１０は、端面部（周辺部とも言う）が中央部より薄くなっており、当該中央部の厚さは、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲より選択することが望ましい。ｐ側接合層３１０の厚みが１ｎｍ未満であると、透明導電層１７０に対するｐ側バリア層３２０の接合強度を高める効果が十分に得られない場合がある。また、ｐ側接合層３１０の厚みが１００ｎｍを超えると、ｐ側接合層３１０としての機能には変化が無いのにも関わらず、ｐ側接合層３１０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
【００４８】
＜ｐ側バリア層＞
第３金属層の一例としてのｐ側バリア層３２０は、ｐ側接合層３１０を形成する元素のマイグレーションを抑制する作用、および、ｐ側ボンディング層３３０を形成する元素（この例では後述するＡｕ）のマイグレーションを抑制する作用を有する。さらに、ｐ側バリア層３２０は、ｐ電極３００全体の強度を強化する役割を有している。このため、比較的強固な金属材料を使用することが好ましく、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂのうちの何れかまたはこれら金属の何れかを含む合金からなるものから選ぶことができる。なかでも、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔおよびこれらの金属の少なくとも一種を含む合金は、電極用の材料として一般的であり、入手のし易さ、取り扱いの容易さなどの点から優れており、特にＰｔがよい。
また、図２に示すように、ｐ側バリア層３２０は、端面部（周辺部とも言う）が中央部より薄くなっており、当該中央部の厚さは、２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択することすることが望ましい。ｐ側バリア層３２０が２０ｎｍよりも薄いとマイグレーション抑制の効果が得にくくなる。一方、ｐ側バリア層３２０を５００ｎｍより厚くしても特に利点は生じず、工程時間の長時間化と材料の無駄を生じるのみである。更に望ましいｐ側バリア層３２０の厚さは、５０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００４９】
さらに、ｐ側バリア層３２０は、ｐ側接合層３１０に密着していることが好ましい。ｐ電極３００全体が充分な強度を得るためには、ｐ側バリア層３２０がｐ側接合層３１０を介して透明導電層１７０に強固に接合されていることが必要である。最低限、一般的な方法でボンディングパッドにボンディングワイヤを接続する工程で剥離しない程度の強度が好ましい。
【００５０】
＜ｐ側ボンディング層＞
ｐ側ボンディング層３３０は、ボンディングワイヤを接続するために設けられる。図２に示すように、本実施の形態におけるｐ側ボンディング層３３０は、透明導電層１７０側から順に、ｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２とが積層された積層体からなる。
ｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２とは、それぞれＡｕまたはＡｕを含む合金からなる。ｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２とが、ともにＡｕを含むことにより、互いに密着性よく接合することが可能になる。
ｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２とは、Ａｕを含み、互いに構成元素が同一な金属材料で構成されることが、密着性および生産性の観点から好ましい。さらに、ｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２とは、Ａｕを含み、互いに構成元素が同一、且つ、それぞれの元素の構成比率が等しいことがより好ましい。特に、ｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２とが、ともにＡｕ単体から構成されることがより好ましい。
【００５１】
＜ｐ側第１金属層＞
第１金属層または内側金属層の一例としてのｐ側第１金属層３３１は、ｐ側バリア層３２０に対するｐ側ボンディング層３３０の接合強度を高めるとともに、ボンディングワイヤをｐ側接続面３３３に接続した際に生じる衝撃がｐ側バリア層３２０側へ伝わるのを抑制するために、ｐ側バリア層３２０とｐ側第２金属層３３２との間に設けられる。
ｐ側第１金属層３３１は、ｐ側第２金属層３３２よりも高い硬度を有する。さらにｐ側第１金属層３３１は、スパッタで成膜され、柱状結晶構造を有するものがより好ましい。
ｐ側第１金属層３３１は、図２に示すように、例えば、端面部（周辺部とも言う）が中央部より薄くなっており、当該中央部の厚さは、１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲より選択することすることが望ましい。ｐ側第１金属層３３１が１００ｎｍよりも薄いとボンディング時の機械的ダメージが透明導電層１７０に影響を及ぼしやすくなり、好ましくない。一方、ｐ側第１金属層３３１を２０００ｎｍより厚くすると、生産時間が長くなり結果的にコストアップとなる。
【００５２】
＜ｐ側第２金属層＞
第２金属層または外側金属層の一例としてのｐ側第２金属層３３２は、ｐ側第１金属層３３１よりも低い硬度を有する。これにより、ｐ側第２金属層３３２がｐ側第１金属層３３１よりも高い硬度を有する場合と比較して、ｐ側第２金属層３２２に形成されるｐ側接続面３３３に対して加える力を小さくしても、ｐ側接続面３３３に対して給電用の外部端子材料（例えば、ボンディングワイヤ）を接続することが可能になる。
したがって、ボンディングに伴ってｐ側バリア層３２０、ｐ側接合層３１０および透明導電層１７０に伝わる力をより小さくすることができ、ボンディングに伴う透明導電層１７０の割れや、ｐ側接合層３１０およびｐ側バリア層３２０等の剥がれが生じるのをより抑制することが可能になる。
ここで、ｐ側第１金属層３３１およびｐ側第２金属層３３２の硬度は、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope；ＡＦＭ）のナノインデンテーション測定によって得られる。ナノインデンテーション測定では、金属に対して荷重をかけて針を押し込み、針の先にかける荷重と金属への押し込み量の違いで硬さを判定する。針の形状や設置状態等によって得られる値が変化するため、硬さの評価は、絶対値ではなく相対値による評価になる。
【００５３】
ｐ側第２金属層３３２は、上述したように、ＡｕまたはＡｕを含む合金からなり、特にＡｕ単体からなることがより好ましい。ボンディングワイヤとしては、電気伝導性、延性および耐食性等に優れたＡｕが用いられることが多い。したがって、Ａｕからなるボンディングワイヤとの密着性がよいＡｕ単体をｐ側第２金属層３３２として用いることで、ｐ側第２金属層３３２をボンディングワイヤとの密着性により優れたものとすることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、ｐ側第２金属層３３２は、ｐ側第１金属層３３１を覆うように、ｐ側第１金属層３３１の上面および上面から透明導電層１７０に向かって傾斜する傾斜面に沿って積層されるが、これに限られない。すなわち、ｐ側第２金属層３３２は、ｐ側接続面３３３を形成して給電用の外部端子材料が接続できるように、少なくともｐ側第１金属層３３１の上面に沿って積層されていれば足りる。
【００５５】
また、ｐ側第２金属層３３２の上面であるｐ側接続面３３３の面積としては、できるだけ大きいほうがボンディング作業がしやすいものの、あまりに大きいと、フェイスアップ型の半導体発光素子１の場合には、発光の取り出しの妨げになる。例えば、ｐ側接続面３３３がチップ面の面積の半分を超えるような面積を覆っては、発光の取り出しの妨げとなり、出力が著しく低下する。逆に、ｐ側接続面３３３の面積が小さすぎるとボンディング作業がしにくくなり、製品の収率を低下させる恐れがある。
したがって、ｐ側接続面３３３の面積は、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、具体的には、直径１００μｍ程度の円形状とすることが一般的である。
【００５６】
また、ｐ側第２金属層３３２は、図２に示すように、端面部（周辺部とも言う）が中央部より薄くなっており、当該中央部の厚さは、ｐ側第１金属層３３１の厚さよりも薄いことが好ましい。例えば、ｐ側第２金属層３３２の当該中央部の厚さは、２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択することすることが望ましい。ｐ側第２金属層３３２が２０ｎｍよりも薄いと、小さな荷重でｐ側接続面３３３に対してボンディングワイヤ等を接続することが困難になる。この場合、ボンディングワイヤを確実に接続する為には、大きな荷重をかける必要があるが、ボンディング時に透明導電層１７０に機械的ダメージを与えてしまい、好ましくない。一方、ｐ側第２金属層３３２を５００ｎｍより厚くすると、生産時間が長くなりコストアップとなる。更に望ましいｐ側第２金属層３３２の厚さは、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
なお、ｐ側第２金属層３３２は、例えば、スパッタや蒸着等によって形成することができる。
【００５７】
一般に、ｐ側ボンディング層３３０の表面の平滑性が低下すると、ボンディング時にかける荷重を大きくしないと、ボンディングワイヤをボンディングすることが困難になる。一方、ｐ側ボンディング層３３０における表面の硬度が低いほど、ボンディングの際にＡｕ層の表面にかける荷重を小さくすることができる。
したがって、ｐ側第１金属層３３１として結晶粒が規則的で表面が平滑なＡｕ層を用い、ｐ側第２金属層３３２として、結晶粒がランダム成長し、ｐ側第１金属層３３１よりも硬度が低いＡｕ層を用いるとともに、ｐ側第２金属層３３２の厚さをｐ側第１金属層３３１の厚さよりも薄くすることが好ましい。これにより、ｐ側第２金属層３３２としてランダムな塊状のＡｕ層を用いた場合であっても、ｐ側ボンディング層３３０の表面における平滑性が低下するのを抑えることができ、ｐ側ボンディング層３３０に対して小さな荷重で確実にボンディングワイヤをボンディングすることが可能になる。
【００５８】
したがって、ｐ側第１金属層３３１は、スパッタ法を用いて形成され、規則的な柱状の積層構造をもち、表面が平滑なＡｕ層であることが望ましい。
ｐ側第２金属層３３２は、スパッタもしくは蒸着を用いて形成され、ｐ側第１金属層３３１よりも硬度が低く、規則的でないランダムな塊状のＡｕ層であることが望ましい。さらに、ｐ側第２金属層３３２は、ｐ側第１金属層３３１よりも厚さが薄いことが望ましい。
また、ｐ側第２金属層３３２は、蒸着で成膜するよりもスパッタで成膜することがより望ましい。ｐ側第２金属層３３２をスパッタで成膜する場合、ｐ側第１金属層３３１をスパッタで形成した後に、同一のチャンバを用いてｐ側第２金属層３３２を連続成膜することができ、生産性の観点で有利である。
なお、ｐ側第１金属層３３１およびｐ側第２金属層３３２を成膜する方法については、後で詳細に述べる。
【００５９】
＜ｐ側密着層＞
ｐ側密着層３４０は、保護層１８０に対するｐ側ボンディング層３３０の接合強度を高めるために、ｐ側ボンディング層３３０と保護層１８０との間に積層される。
本実施の形態のように、ｐ側ボンディング層３３０がＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されるとともに、保護層１８０がＳｉＯ2で構成される場合において、両者の間に形成されるｐ側密着層３４０はＴａで構成することが好ましい。なお、Ｔａに代えて、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗでｐ側密着層３４０を構成してもよい。
【００６０】
以上、ｐ側接合層３１０、ｐ側バリア層３２０、ｐ側ボンディング層３３０（ｐ側第１金属層３３１、ｐ側第２金属層３３２）およびｐ側密着層３４０により、ｐ電極３００が構成される。
【００６１】
＜ｎ電極＞
続いて、ｎ電極４００の構成について説明する。ｎ電極４００は、上述したように、ｎ側接合層４１０、ｎ側バリア層４２０、ｎ側ボンディング層（ｎ側第１金属層４３１およびｎ側第２金属層４３２）、およびｎ側密着層４４０を備えている。このｎ電極４００は、所謂ボンディングパッドを兼ねており、外部に露出するｎ側接続面４３３に図示しないボンディングワイヤが接続されるようになっている。
【００６２】
なお、この例では、図１に示すように平面視したときに、ｎ電極４００がかまぼこ形状を呈するようになっているが、上述したｐ電極３００と同様、例えば、円形状や多角形状など任意の形状を選択することができる。
【００６３】
本実施の形態では、ｎ電極４００は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ａ上に形成される点を除き、ｐ電極３００と同じ構成を有している。したがって、ｎ側接合層４１０はｐ側接合層３１０と、ｎ側バリア層４２０はｐ側バリア層３２０と、ｎ側ボンディング層４３０を構成するｎ側第１金属層４３１はｐ側第１金属層３３１と、ｎ側第２金属層４３２はｐ側第２金属層３３２と、ｎ側密着層４４０はｐ側密着層３４０と、それぞれ同じ材料で構成されている。
【００６４】
なお、本実施の形態では、ｐ側第１金属層３３１はｐ側バリア層３２０上に積層され、ｎ側第１金属層４３１はｎ側バリア層４２０上に積層されているが、例えば、ｐ側バリア層３２０とｐ側第１金属層３３１との間に他の導電層が形成されていてもよく、同様に、ｎ側バリア層４２０とｎ側第１金属層４３１との間に他の導電層が形成されていてもよい。
また、本実施の形態では、ｐ電極３００とｎ電極４００とを同じ構成としたが、ｐ電極３００およびｎ電極４００のうち一方が上述した構成を有し、他方が異なる構成を有していてもよい。
さらに、本実施の形態では、フェイスアップ型の半導体発光素子１について説明したが、これに限られず、例えば、本発明をフリップチップ型の半導体発光素子に適用することもできる。
【００６５】
（半導体発光素子の製造方法）
次に、図１および図２に示す半導体発光素子１の製造方法の一例について説明する。図３は、半導体発光素子１の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図３に示すように、本実施の形態における半導体発光素子１の製造方法は、基板１１０上に、発光層１５０を含む積層半導体層１００を積層するとともに、積層半導体層１００の一部を切り欠いて半導体層露出面１４０ａを形成する積層半導体層形成工程（ステップ１）と、積層半導体層１００上に透明導電層を形成する透明導電層形成工程（ステップ２）と、透明導電層１７０上にｐ電極３００を形成し且つ半導体層露出面１４０ａ上にｎ電極４００を形成する電極形成工程（ステップ３）と、保護層１８０を形成する保護層形成工程（ステップ４）とを有している。
【００６６】
上述したステップ３の電極形成工程は、透明導電層１７０上の一部にｐ側接合層３１０を形成するとともに半導体層露出面１４０ａ凹にｎ側接合層４１０を形成する接合層形成工程（ステップ３ａ）と、ｐ側接合層３１０上にｐ側バリア層３２０を形成するとともにｎ側接合層４１０上にｎ側バリア層４２０を形成するバリア層形成工程（ステップ３ｂ）と、ｐ側バリア層３２０上にｐ側第１金属層３３１を形成するとともにｎ側バリア層４２０上にｎ側第１金属層４３１を形成する第１金属層形成工程（ステップ３ｃ）と、ｐ側第１金属層３３１上にｐ側第２金属層３３２を形成するとともにｎ側第１金属層４３１上にｎ側第２金属層４３２を形成する第２金属層形成工程（ステップ３ｄ）と、ｐ側第２金属層３３２上にｐ側接続面３３３を除いてｐ側密着層３４０を形成するとともにｎ側第２金属層４３２上にｎ側接続面４３３を除いてｎ側密着層４４０を形成する密着層形成工程（ステップ３ｅ）とを有している。
【００６７】
さらに、本実施の形態が適用される半導体発光素子１の製造方法は、必要に応じて、ステップ３ｅの密着層形成工程の後、得られた半導体発光素子１に熱処理を施すアニール工程をさらに有している場合がある。
【００６８】
以下、上述した各ステップの工程について、順に説明する。
なお、以下の説明においては、ｐ側接合層３１０およびｎ側接合層４１０を単に接合層と称し、ｐ側バリア層３２０およびｎ側バリア層４２０を単にバリア層と称し、ｐ側ボンディング層３３０およびｎ側ボンディング層４３０を単にボンディング層と称し、ｐ側密着層３４０およびｎ側密着層４４０を単に密着層と称することがある。また、ｐ側第１金属層３３１およびｎ側第１金属層４３１を単に第１金属層と称し、ｐ側第２金属層３３２およびｎ側第２金属層４３２を単に第２金属層と称することがある。
【００６９】
＜積層半導体層形成工程＞
ステップ１の積層半導体層形成工程について説明する。
積層半導体層形成工程では、まず、サファイア基板等の基板１１０を用意し、前処理を施す。前処理としては、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に基板１１０を配置し、基板１１０の表面をスパッタするなどの方法によって行うことができる。前処理に引き続いて、基板１１０上にスパッタ法にて中間層１２０を形成する。
なお、中間層１２０は、上述したスパッタ法だけでなく、ＭＯＣＶＤ法で形成することもできる。
【００７０】
続いて、中間層１２０の形成後、中間層１２０が形成された基板１１０の上面に、単結晶の下地層１３０を形成する。下地層１３０は、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。
【００７１】
下地層１３０の形成後、ｎコンタクト層及びｎクラッド層を積層してｎ型半導体層１４０を形成する。ｎコンタクト層およびｎクラッド層は、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。
【００７２】
ｎ型半導体層１４０の形成後、ｎ型半導体層１５０の上面に、発光層１５０を形成する。発光層１５０を形成する方法としては、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれ方法でもよいが、特にＭＯＣＶＤ法で形成するのが好ましい。具体的には、障壁層と井戸層とを交互に繰り返して積層し、且つ、ｎ型半導体層１４０側およびｐ型半導体層１６０側に障壁層が配置される順番で積層すればよい。
【００７３】
発光層１５０の形成後、ｐクラッド層とｐコンタクト層とを順次積層してｐ型半導体層１６０を形成する。ｐクラッド層およびｐコンタクト層は、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。
【００７４】
続いて、透明導電層１７０の形成に先立ち、公知のフォトリソグラフィーの手法によってパターニングして、所定の領域の積層半導体層１００の一部をエッチングしてｎ型半導体層１４０のコンタクト層の一部を露出させ、半導体層露出面１４０ａを形成する。
【００７５】
＜透明導電層形成工程＞
次に、ステップ２の透明導電層形成工程について説明する。
透明導電層形成工程では、マスク等で半導体層露出面１４０ａをカバーして、エッチング除去せずに残したｐ型半導体層１６０上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて透明導電層１７０を形成させる。なお、ｐ型半導体層１６０上に先に透明導電層１７０を形成した後、所定の領域から透明導電層１７０の一部と共に積層半導体層１００の一部もエッチングで除去し、半導体層露出面１４０ａを形成するようにしてもかまわない。
【００７６】
＜電極形成工程＞
続いて、ステップ３の電極形成工程について説明する。本実施の形態では、ｐ電極３００の形成とｎ電極４００の形成とを同時に行っている。
電極形成工程は、ステップ３ａの接合層形成工程と、ステップ３ｂのバリア層形成工程と、ステップ３ｃの第１金属層形成工程と、ステップ３ｄの第２金属層形成工程と、ステップ３ｅの密着層形成工程とからなる。
【００７７】
＜接合層形成工程＞
接合層形成工程では、まず、透明導電層１７０においてｐ電極３００を形成する領域に対応する部位、および、半導体層露出面１４０ａにおいてｎ電極４００を形成する領域に対応する部位に開口部を設けたマスクを形成する。
続いて、スパッタ法により、開口部から露出した透明導電層１７０上にｐ側接合層３１０を形成し、半導体層露出面１４０ａ上にｎ側接合層４１０を形成する。このとき、スパッタ条件を制御したスパッタ法を用いることにより、スパッタ材料によらず、カバレッジ性を高くしてｐ側接合層３１０およびｎ側接合層４１０を成膜することができる。本実施の形態では、スパッタターゲットとしてＴａターゲットを用い、Ａｒガス雰囲気下においてスパッタを行っている。
【００７８】
＜バリア層形成工程＞
続いて、スパッタ法により、ｐ側接合層３１０上にｐ側バリア層３２０を形成するとともに、ｎ側接合層４１０上にｎ側バリア層４２０を形成する。このとき、スパッタ条件を制御したスパッタ法を用いることにより、スパッタ材料によらず、カバレッジ性を高くして、ｐ側バリア層３２０およびｎ側バリア層４２０を成膜することができる。本実施の形態では、スパッタターゲットとしてＰｔターゲットを用い、Ａｒガス雰囲気下においてスパッタを行っている。
【００７９】
＜第１金属層形成工程＞
続いて、ｐ側第１金属層３３１およびｎ側第１金属層４３１を形成する。
本実施の形態では、ｐ側第１金属層３３１およびｎ側第１金属層４３１と、ｐ側第２金属層３３２およびｎ側第２金属層４３２とをＡｕで形成する。したがって、第１金属層形成工程と第２金属層形成工程とで、１つのスパッタターゲットを共通して用いることができる。すなわち、第１金属層形成工程と第２金属層形成工程とでは、スパッタターゲットを切り替える必要はなく、連続的に処理することが可能になる。
【００８０】
第１金属層形成工程では、ｐ側バリア層３２０上にｐ側第１金属層３３１を形成するとともに、ｎ側バリア層４２０上にｎ側第１金属層４３１を形成する。本実施の形態では、スパッタターゲットとしてＡｕターゲットを用い、Ａｒガス雰囲気下においてスパッタを行っている。
また、第１金属層形成工程において、スパッタ装置のチャンバ内におけるガス圧は、第１圧力になるように設定される。
【００８１】
＜第２金属層形成工程＞
続いて、ｐ側第１金属層３３１上にｐ側第２金属層３３２を形成するとともに、ｎ側第１金属層４３１上にｎ側第２金属層４３２を形成する。
上述したように、本実施の形態では、第２金属層形成工程において、第１金属層形成工程で用いられたＡｕターゲットをスパッタターゲットとして連続して用い、第１金属層形成工程と同様にＡｒガス雰囲気下においてスパッタを行っている。
【００８２】
第２金属層形成工程においては、第１金属層形成工程とはスパッタ条件を異ならせて、スパッタを行う。本実施の形態では、スパッタ装置のチャンバ内におけるガス圧が、第１圧力よりも高い第２圧力になるようにスパッタ条件を異ならせている。
これにより、ｐ側第２金属層３３２は、ｐ側第１金属層３３１と比較して硬度が低く形成され、ｎ側第２金属層４３２は、ｎ側第１金属層４３１と比較して硬度が低く形成されることになる。
【００８３】
ここで、本実施の形態では、第２金属層形成工程において、ｐ側第２金属層３３２をｐ側第１金属層３３１よりも薄く形成し、ｎ側第２金属層４３２をｎ側第１金属層４３１よりも薄く形成する。
第２金属層形成工程では、第１金属層形成工程と比較して、スパッタ装置のチャンバ内のガス圧を高くしているため、第１金属層形成工程よりもＡｕを積層する速度が遅くなる。したがって、ｐ側第２金属層３３２をｐ側第１金属層３３１よりも薄く形成し、ｎ側第２金属層４３２をｎ側第１金属層４３１よりも薄く形成することで、ｐ側第２金属層３３２をｐ側第１金属層３３１よりも厚く形成し、ｎ側第２金属層４３２をｎ側第１金属層４３１よりも厚く形成する場合と比較して、生産性を高めることができる。
【００８４】
なお、本実施の形態においては、第１金属層形成工程と第２金属層形成工程とで、スパッタ装置におけるチャンバ内のガス圧を異ならせたが、スパッタ条件を異ならせる方法はこれに限られない。例えば、スパッタ時における基板１１０の加熱温度、印加する電圧の大きさ等のスパッタ条件を、第１金属層形成工程と第２金属層形成工程とで異ならせることで、第２金属層の硬度が第１金属層の硬度よりも低くなるように、第１金属層および第２金属層を形成してもよい。
【００８５】
＜密着層形成工程＞
続いて、スパッタ法などの公知の方法を用いて、ｐ側第２金属層３３２上にｐ側密着層３４０を形成するとともに、ｎ側第２金属層４３２上にｎ側密着層４４０を形成する。スパッタ法によってｐ側密着層３４０およびｎ側密着層４４０を形成する場合には、スパッタターゲットとしてＴａターゲットを用い、Ａｒガス雰囲気下においてスパッタを行うようにすればよい。
【００８６】
＜保護層形成工程＞
続いてステップ４の保護層形成工程について説明する。
保護層形成工程では、透明導電層１７０の形成部、ｐ電極３００およびｎ電極４００、および半導体層露出面１４０ａに、ＳｉＯ２からなる保護層１８０をスパッタ法により形成する。
続いて、マスクによってｐ側接続面３３３およびｎ側接続面４３３の形成対象部位以外をカバーして、これらの部位の保護層１８０および密着層（ｐ側密着層３４０、ｎ側密着層４４０）をエッチングして、ｐ側第２金属層３３２およびｎ側第２金属層４３２の一部をそれぞれ露出させる。これにより、ｐ側接続面３３３を除くｐ側第２金属層３３２がｐ側密着層３４０および保護層１８０で覆われ、ｐ側密着層３４０の中央部にｐ側接続面３３３が露出した状態になるとともに、ｎ側接続面４３３を除くｎ側第２金属層４３２がｎ側密着層４４０および保護層１８０で覆われ、ｎ側密着層４４０の中央部にｎ側接続面４３３が露出した状態となる。
【００８７】
＜熱アニール工程＞
そして、このようにして得られた半導体発光素子１を、例えば窒素などの還元雰囲気下において、１５０℃以上６００℃以下、より好ましくは２００℃以上５００℃以下でアニール処理する。この熱アニール工程は、ｐ側接合層３１０を介した透明導電層１７０とｐ側バリア層３２０との密着性、および、ｎ側接合層４１０を介した半導体層露出面１４０ａとｎ側バリア層４２０との密着性を高めるために行われる。
また、熱アニール工程を行うことで、ｐ側接続面３３３およびｎ側接続面４３３の表面粗さを小さくすることができる。これにより、熱アニール工程を実行しない場合と比較して、ｐ側接続面３３３およびｎ側接続面４３３に対してボンディングワイヤを低荷重でボンディングすることが可能になる。
なお、熱アニール工程は、密着層形成工程を実行した後、保護層形成工程を実行する前に行ってもよい。
以上により、半導体発光素子１が得られる。
【００８８】
図４は、本実施の形態の半導体発光素子１を適用した発光装置の断面図の一例である。図４に示すように、発光装置５は、砲弾型であり、本実施の形態の半導体発光素子１が実装されたものである。なお、発光装置５は、例えば、半導体発光素子１と蛍光体とを組み合わせて成るものであり、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。また、半導体発光素子１と蛍光体とを組み合わせることによって発光色を変える技術が知られているが、このような技術を発光装置５にも何ら制限なく採用することが可能である。
【００８９】
図４に示すように、発光装置５は、半導体発光素子１のｐ電極３００にｐ側ボンディングワイヤ５１を介して接続されたｐ側フレーム５３と、半導体発光素子１のｎ電極４００にｎ側ボンディングワイヤ５２を介して接続されたｎ側フレーム５４と、半導体発光素子１の周辺を取り囲んで形成された透明な樹脂からなるモールド５５とを備えている。
【００９０】
発光装置５は、ｐ側ボンディングワイヤ５１との優れた密着性を有するｐ電極３００と、ｎ側ボンディングワイヤ５２との優れた密着性を有するｎ電極４００とを有する本実施の形態の半導体発光素子１を備えたものである。したがって、発光装置５は、耐久性に優れ、歩留まり良く製造できる優れたものとなる。
【００９１】
図２および図４に示すように、本実施の形態の半導体発光素子１を発光装置５に適用するには、半導体発光素子１の基板１１０側を基台となるｐ側フレーム５３にダイボンドした後、ｐ電極３００におけるｐ側ボンディング層３３０のｐ側第２金属層３３２に形成されたｐ側接続面３３３に、Ａｕからなるボンディングボールを介してＡｕからなるｐ側ボンディングワイヤ５１を接続する。このとき、ｐ側接続面３３３およびｐ側ボンディングワイヤ５１に対して熱、荷重および超音波を加えることでボンディングを行う。同様に、ｎ電極４００におけるｎ側ボンディング層４３０のｎ側第２金属層４３２に形成されたｎ側接続面４３３に、同じくＡｕからなるボンディングボールを介してＡｕからなるｎ側ボンディングワイヤ５２を接続する。
なお、使用されるｐ側ボンディングワイヤ５１、ｎ側ボンディングワイヤ５２の直径は１０〜３０μｍ程度である。
【００９２】
図２に示すように、本実施の形態では、ｐ側接続面３３３と対向する側から半導体発光素子１を見た場合に、ｐ側第２金属層３３２、ｐ側第１金属層３３１、ｐ側バリア層３２０、ｐ側接合層３１０および透明導電層１７０が順に重なった構造を有している。したがって、ｐ側ボンディングワイヤ５１をｐ側接続面３３３に接続する際に、ｐ側接続面３３３に対して上方から加えられた力は、ｐ側第２金属層３３２、ｐ側第１金属層３３１、ｐ側バリア層３２０およびｐ側接合層３１０を介して、透明導電層１７０へ伝えられる。
【００９３】
本実施の形態では、ｐ側第２金属層３３２がｐ側第１金属層３３１よりも低い硬度を有しているため、ｐ側第２金属層３３２がｐ側第１金属層３３１よりも高い硬度を有している場合と比較して、ボンディングの際にｐ側接続面３３３に対して加える力を小さくしても、ｐ側ボンディングワイヤ５１を接続することが可能になる。したがって、ボンディングに伴ってｐ側バリア層３２０、ｐ側接合層３１０および透明導電層１７０に伝わる力をより小さくすることができ、ボンディングに伴う透明導電層１７０の割れや、ｐ側接合層３１０およびｐ側バリア層３２０等の剥がれが生じるのをより抑制することが可能になる。
【００９４】
同様に、本実施の形態では、ｎ側第２金属層４３２がｎ側第１金属層４３１よりも低い硬度を有しているため、ｎ側第２金属層４３２がｎ側第１金属層４３１よりも高い硬度を有している場合と比較して、ボンディングの際にｎ側接続面４３３に対して加える力を小さくしても、ｎ側ボンディングワイヤ５２を接続することが可能になる。したがって、ボンディングに伴ってｎ側バリア層４２０、ｎ側接合層４１０およびｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ａに伝わる力を小さくすることができ、ボンディングに伴うｎ側接合層４１０およびｎ側バリア層４２０等の剥がれが生じるのを抑制することが可能になる。
【００９５】
［実施の形態２］
なお、上述した実施の形態１の第１金属層形成工程および第２金属層形成工程においては、ともにスパッタ法を用い、第１金属層形成工程と第２金属層形成工程とでスパッタ条件を変えることで、第１金属層および第１金属層よりも硬度が低い第２金属層を形成した。しかし、第１金属層形成工程および第２金属層形成工程を実行する方法としては、これに限られない。
例えば、第１金属層形成工程と第２金属層形成工程とで、異なる手法を用いることにより、第１金属層および第１金属層よりも硬度が低い第２金属層を形成することができる。例として、以下の方法が挙げられる。
【００９６】
＜第１金属層形成工程＞
第１金属層形成工程では、スパッタターゲットとしてＡｕターゲットを用い、Ａｒガス雰囲気下においてスパッタを行い、ｐ側バリア層３２０上にｐ側第１金属層３３１を形成するとともに、ｎ側バリア層４２０上にｎ側第１金属層４３１を形成する。
【００９７】
＜第２金属層形成工程＞
続いて、第２金属層形成工程では、Ａｕを蒸発材料とした蒸着法を用いて、ｐ側第１金属層３３１上にｐ側第２金属層３３２を形成するとともに、ｎ側第１金属層４３１上にｎ側第２金属層４３２を形成する。
【００９８】
一般に、スパッタ法と比較して、蒸着法では、積層される金属層の硬度が低くなる。したがって、第１金属層をスパッタで形成し、第２金属層を蒸着法で形成することにより、第２金属層の硬度を第１金属層の硬度よりも低く形成することが可能になる。
以上のように、例えば、第１金属層形成工程においてスパッタ法を用い、第２金属層形成工程において蒸着法を用いることにより、第１金属層よりも硬度が低い第２金属層を形成することができる。
【００９９】
［実施の形態３］
また、実施の形態１および実施の形態２では、ｐ電極３００のｐ側ボンディング層３３０をｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２とからなる二層構造にし、ｎ電極４００のｎ側ボンディング層４３０をｎ側第１金属層４３１とｎ側第２金属層４３２とからなる二層構造としたが、本発明のｐ側ボンディング層３３０およびｎ側ボンディング層４３０の構成はこれに限られない。以下、本発明の実施の形態３について説明する。
【０１００】
実施の形態３における半導体発光素子１は、ｐ電極３００におけるｐ側ボンディング層３３０およびｎ電極４００におけるｎ側ボンディング層４３０の構成を除き、図１および図２に示す半導体発光素子１と同様の構成を有する。
実施の形態３の半導体発光素子１におけるｐ電極３００のｐ側ボンディング層３３０は、ＡｕまたはＡｕを含む合金からなり、連続した一層の金属層で構成される。具体的には、ｐ側ボンディング層３３０は、ｐ側バリア層３２０に接する側から外部に露出する上面に向かって、硬度が徐々に低くなるように形成されている。
【０１０１】
したがって、ｐ側ボンディング層３３０における上面は、ｐ側ボンディング層３３０におけるｐ側バリア層３２０に接する側よりも硬度が低くなっている。これにより、ボンディングワイヤとｐ側ボンディング層３３０との密着性を優れたものにすることが可能になる。
また、ｐ側ボンディング層３３０のうちｐ側バリア層３２０に接する側は、ｐ側ボンディング層３３０における上面側よりも硬度が高くなっている。これにより、ｐ側バリア層３２０に対するｐ側ボンディング層３３０の接合強度を高めることが可能になる。
【０１０２】
次に、本実施の形態における半導体発光素子１の製造方法の一例について説明する。
本実施の形態における半導体発光素子１は、電極形成工程（ステップ３）における第１金属層形成工程（ステップ３ｃ）および第２金属層形成工程（ステップ３ｄ）を除いて、上述した実施の形態における半導体発光素子１の製造方法と同様の方法で製造することができる。すなわち、本実施の形態では、第１金属層形成工程（ステップ３ｃ）と第２金属層形成工程（ステップ３ｄ）とを一連としたボンディング層形成工程として実行することで、上記のようなｐ側ボンディング層３３０およびｎ側ボンディング層４３０を形成している。以下、本実施の形態における半導体発光素子１のボンディング層形成工程について説明する。
【０１０３】
本実施の形態におけるボンディング層形成工程では、スパッタ条件を徐々に変化させながらスパッタを行うことにより、ｐ側バリア層３２０上にｐ側ボンディング層３３０を形成し、ｎ側バリア層上にｎ側ボンディング層４３０を形成する。スパッタターゲットとしてはＡｕターゲットを用い、Ａｒガス雰囲気下においてスパッタを行う。
本実施の形態においては、ボンディング層形成工程において、スパッタ装置におけるチャンバ内のガス圧を徐々に上昇させながらスパッタを行うことでボンディング層を形成する。これにより、ｐ側ボンディング層３３０は、ｐ側バリア層３２０に接する側から外部に露出する上面に向かって硬度が徐々に低くなるように形成され、ｎ側ボンディング層４３０は、ｎ側バリア層４２０に接する側から外部に露出する上面に向かって硬度が徐々に低くなるように形成される。
【０１０４】
ここで、本実施の形態においては、ボンディング層形成工程において、スパッタ条件としてスパッタ装置におけるチャンバ内のガス圧を徐々に変化させたが、スパッタ条件を変化させる方法はこれに限られない。例えば、スパッタ時における基板１１０の加熱温度や印加する電圧の大きさ等の条件を徐々に変化させることで、ボンディング層を、バリア層に接する側から外部に露出する上面に向かって硬度が徐々に低くなるように形成してもよい。
【０１０５】
なお、実施の形態１〜３においては、ｐ側ボンディング層３３０をｐ側バリア層３２０上に形成したが、例えば、ｐ側ボンディング層３３０とｐ側バリア層３２０との間に他の導電層等が形成されていてもよい。同様に、ｎ側ボンディング層４３０をｎ側バリア層４２０上に形成したが、例えば、ｎ側ボンディング層４３０とｎ側バリア層４２０との間に他の導電層等が形成されていてもよい。
また、実施の形態１〜３では、第１の導電型が電子をキャリアとするｎ型であり、第２の導電型が正孔をキャリアとするｐ型である場合を例として説明を行ったが、これに限られない。すなわち、第１の導電型が正孔をキャリアとするｐ型であり、第２の導電型が電子をキャリアとするｎ型であってもよい。
【０１０６】
さらに、実施の形態１〜３においては、積層半導体層１００としてＩＩＩ族窒化物半導体からなる層を例として挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限られない。本発明は、例えば、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、あらゆる化合物半導体に対して適用することができる。
【実施例】
【０１０７】
次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されるものではない。
本発明者は、ｐ側ボンディング層３３０の構成と、ｐ側第１金属層３３１およびｐ側第２金属層３３２の製造条件とを異ならせて半導体発光素子１の製造を行い、ｐ電極３００の評価を行った。
【０１０８】
＜半導体発光素子の作製＞
（実施例１）
以下に示すようにして、窒化ガリウム系化合物半導体を備えた発光素子部を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製した。
まず、図２に示すように、Ｃ面を主面としたサファイア単結晶からなる基板１１０上に、ＡｌＮからなる中間層１２０を介してアンドープＧａＮからなる厚さ４μｍの下地層１３０を形成した。次に、Ｓｉドープ（濃度１×１０１９／ｃｍ３）ＧａＮからなる厚さ２μｍのｎコンタクト層、Ｓｉドープ（濃度１×１０１８／ｃｍ３）Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる厚さ１２．５ｎｍのｎクラッド層（ｎコンタクト層およびｎクラッド層によりｎ型半導体層１４０が構成される。）を形成した後、ＧａＮからなる厚さ１６ｎｍの障壁層とＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる厚さ２．５ｎｍの井戸層を交互に５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１５０を形成した。続いて、Ｍｇドープ（濃度１×１０２０／ｃｍ３）Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる厚さ２．５ｎｍのｐクラッド層およびＭｇドープ（濃度８×１０１９／ｃｍ３）ＧａＮからなる厚さ０．１５μｍのｐコンタクト層（ｐクラッド層およびｐコンタクト層によりｐ型半導体層１６０が構成される。）を順次積層して、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるエピタキシャル層を形成した。
なお、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。但し、ＡｌＮからなる中間層１２０の積層はスパッタ法により行なった。
【０１０９】
次に、透明導電層１７０の形成に先立ち、公知のフォトリソグラフィーの手法によってパターニングして、所定の領域の積層半導体層１００の一部をエッチングしてｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層の一部を露出させ、半導体層露出面１４０ａを形成した。
次に、エピタキシャル層のｐコンタクト層、ｎコンタクト層上の所定の位置に公知のフォトリソグラフィー法を用いて、ＩＺＯからなる透明導電層１７０を形成した。
【０１１０】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用い、透明導電層１７０上に、Ｔａ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔａ層構造よりなるｐ電極３００を形成するとともに、ｎコンタクト層が露出した半導体層露出面１４０ａの上に、Ｔａ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔａ層構造よりなるｎ電極４００を形成した。
具体的には、Ａｒ雰囲気下でスパッタ法により、Ｔａ４０ｎｍからなるｐ側接合層３１０を透明導電層１７０上に形成するとともに、Ｔａ４０ｎｍからなるｎ側接合層４１０を半導体層露出面１４０ａ上に形成した。次に、Ａｒ雰囲気下でスパッタ法により、Ｐｔ１００ｎｍからなるｐ側バリア層３２０をｐ側接合層３１０上に形成するとともに、Ｐｔ１００ｎｍからなるｎ側バリア層４２０をｎ側接合層４１０上に形成した。
【０１１１】
次に、ガス圧を０．３ＰａとしたＡｒ雰囲気下でスパッタ法により、Ａｕ１０００ｎｍからなるｐ側第１金属層３３１をｐ側バリア層３２０上に形成するとともに、ｎ側第１金属層４３１をｎ側バリア層４２０上に形成した。
続いて、Ａｒのガス圧を  ２．３Ｐａに変更し、スパッタ法により、Ａｕ１００ｎｍからなるｐ側第２金属層３３２をｐ側第１金属層３３１上に形成するとともに、Ａｕ１００ｎｍからなるｎ側第２金属層４３２をｎ側第１金属層４３１上に形成した。
さらに続いて、Ａｒ雰囲気下でスパッタにより、Ｔａ１０ｎｍからなるｐ側密着層３４０をｐ側第２金属層３３２上に形成するとともに、Ｔａ１０ｎｍからなるｎ側密着層４４０をｎ側第２金属層４３２上に形成した。
【０１１２】
次に、保護層１８０を形成した後、公知のフォトリソグラフィーの手法によってｐ側接続面３３３およびｎ側接続面４３３の形成対象部位以外をレジストでカバーして、これらの部位の保護層１８０および密着層（ｐ側密着層３４０、ｎ側密着層４４０）をエッチングして、ｐ側第２金属層３３２およびｎ側第２金属層４３２の一部をそれぞれ露出させた。
【０１１３】
次に、基板裏面をラッピングおよびポリッシングすることで、サファイア単結晶の基板１１０を薄板化した後、分割しＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（半導体発光素子１）を得た。
実施例１において得られた半導体発光素子１のＬＥＤ特性は、電圧Ｖｆが３．１３Ｖのとき、発光波長が４５３ｎｍであり、発光出力が１８．２ｍＷであった。
【０１１４】
（実施例２〜９、比較例１〜４）
次に、ｐ電極３００を構成するｐ側第１金属層３３１およびｐ側第２金属層３３２の成膜条件を異ならせて、半導体発光素子１の製造を行った。
図６は、実施例１〜９および比較例１〜４におけるｐ側ボンディング層３３０の構成と、ｐ側第１金属層３３１およびｐ側第２金属層３３２の成膜条件（金属、成膜方法、スパッタ時のＡｒガス圧および膜厚）とを示したものである。実施例１〜９および比較例１〜４においては、ｐ側ボンディング層３３０の膜厚（ｐ側第１金属層３３１の膜厚とｐ側第２金属層３３２の膜厚とを合わせた厚さ）が、１１００ｎｍとなるように、ｐ側ボンディング層３３０を成膜した。
【０１１５】
また、比較例１〜４では、ｐ側ボンディング層３３０を構成するｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２のうち、ｐ側第１金属層３３１のみを成膜し、ｐ側第２金属層３３２は成膜しない条件となっている。すなわち、比較例１〜４のｐ側ボンディング層３３０はＡｕ層が単層構成となっている。
一方、実施例１〜９のｐ側ボンディング層３３０は、比較例１と同様の成膜条件で形成したｐ側第１金属層３３１上に、比較例１とは異なる成膜条件で形成したｐ側第２金属層３３２が重なった二層構成となっている。特に、実施例１および実施例５では、比較例１と同様の成膜条件で形成したｐ側第１金属層３３１上に、比較例２と同様の成膜条件で形成したｐ側第２金属層３３２が重なった構成を有している。同様に、実施例４および実施例８では、比較例１と同様の成膜条件で形成したｐ側第１金属層３３１上に、比較例３と同様の成膜条件で形成したｐ側第２金属層３３２が重なった構成を有している。さらに、実施例９では、比較例１と同様の成膜条件で形成したｐ側第１金属層３３１上に、比較例４と同様の成膜条件で形成したｐ側第２金属層３３２が重なった構成を有している。
【０１１６】
図５は、比較例１〜３におけるｐ電極３００の断面走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope;ＳＴＥＭ）写真である。図５（ａ）は、比較例１におけるｐ電極３００のＳＴＥＭ写真であり、（ｂ）は、比較例２におけるｐ電極３００のＳＴＥＭ写真であり、（ｃ）は、比較例３におけるｐ電極３００のＳＴＥＭ写真である。
【０１１７】
図５（ａ）のＡｕ層（ｐ側第１金属層３３１）には、幅３００〜５００ｎｍ程度の柱状結晶が形成されていることが観測された。また、図５（ｂ）および図５（ｃ）のＡｕ層と比較して、図５（ａ）のＡｕ層表面は平坦である。
一方、図５（ｂ）には、図５（ａ）のような柱状結晶は現れず、大きさが１００〜３００ｎｍ程度の結晶粒が形成されていることが観測された。また、この結晶粒は、規則的に形成されておらず、ランダムな塊状に形成されている。そして、図５(ｂ)のＡｕ層の表面は、このランダムな塊状の結晶粒の構造を反映し、図５（ａ）のＡｕ層と比較して平滑性が低く、凹凸の大きな形状になっている。
【０１１８】
ここで、スパッタによりＡｕ層を形成する場合、スパッタ装置のチャンバ内のガス圧が高くなるほど、Ａｕ層を形成する結晶の配向性が低下する。したがって、スパッタ装置のチャンバ内のガス圧が低い比較例１の場合には、図５（ａ）のＡｕ層のように、結晶の配向がそろった柱状の構造が観察された。一方、比較例１よりもガス圧が高い比較例２の場合には、図５（ｂ）のＡｕ層のように、配向が異なる複数の結晶粒がランダムに積層された塊状の構造が観察された。
また、一般に、スパッタによりＡｕ層を形成する場合、スパッタ装置のチャンバ内のガス圧が高くなるほど、Ａｕ層を形成する結晶粒の大きさが小さくなる。
したがって、スパッタによりＡｕ層を形成する場合、スパッタ装置のチャンバ内のガス圧を高くすると、結晶の配向性が低下するのに伴い、配向が異なる結晶粒がランダムに積層され、Ａｕ層の表面の平滑性が低下する。チャンバ内のガス圧をさらに高くし、ガス圧がある一定の値よりも高くなると、Ａｕ層を形成する結晶粒の大きさが小さくなるのに伴い、Ａｕ層の表面の平滑性が向上する。なお、Ａｕ層表面の平滑性は、後述するＡＦＭによるラフネス測定により評価することができる。
【０１１９】
また、図５(ｃ)のＡｕ層は、図５（ａ）および図５（ｂ）のＡｕ層と比較して、結晶粒の大きさが大きく形成されていることが観測された。また、この結晶粒は、規則的に形成されておらず、ランダムな塊状で表れている。そして、図５(ｃ)のＡｕ層の表面は、このランダムな塊状の結晶粒の構造を反映し、図５（ａ）のＡｕ層と比較して凹凸の大きな形状になっている。
【０１２０】
以上より、実施例１〜９におけるｐ側ボンディング層３３０は、柱状結晶の積層構造からなるｐ側第１金属層３３１上に、ランダムな塊状の結晶の積層構造からなるｐ側第２金属層３３２が積層された構造を有しているといえる。
【０１２１】
＜半導体発光素子におけるｐ電極の評価方法＞
続いて、実施例１〜９および比較例１〜４において得られた半導体発光素子におけるｐ電極３００の評価を行った。ｐ電極３００の評価は、表面目視検査、ＡＦＭ評価およびワイヤボンディング評価により行った。初めに、それぞれの評価方法について説明する。
【０１２２】
まず、ｐ電極３００の表面目視検査について説明する。
表面目視検査は、ｐ電極３００の上面顕微鏡写真を基に行った。
図７は、実施例１および比較例１〜４におけるｐ電極３００の上面の顕微鏡写真の一例である。図７（ａ）は、実施例１のｐ電極３００であり、（ｂ）は、比較例１のｐ電極３００であり、（ｃ）は、比較例２のｐ電極３００であり、（ｄ）は、比較例３のｐ電極３００であり、（ｅ）は、比較例４のｐ電極３００である。
【０１２３】
図７において、実施例１と、比較例２、比較例３および比較例４とを比較すると、比較例２、比較例３および比較例４では、実施例１と比べて、ｐ電極３００の上面に輝点が多く生じている一方、実施例１では、比較例２、比較例３および比較例４と比べて、ｐ電極３００の上面にほとんど輝点が生じていないことが分かった。この輝点は、ｐ電極３００の上面に生じる凹凸に起因するものである。したがって、実施例においては、比較例２、比較例３および比較例４と比較して、ｐ電極３００の上面に凹凸が生じるのを抑制できることが確認された。
【０１２４】
一方、図７において、実施例１と比較例１とを比較すると、ともにｐ電極３００の上面に輝点がほとんど生じていないことが分かった。したがって、実施例１においては、ｐ側第１金属層３３１上にｐ側第１金属層よりも硬度が低いｐ側第２金属層３３２を積層した場合であっても、比較例１と同程度にｐ電極３００上面に凹凸が生じるのを抑制できることが確認された。
【０１２５】
ｐ電極３００の表面目視検査は、ｐ電極３００の上面顕微鏡写真を基に、ｐ電極３００の上面に生じた輝点の程度によって評価を行った。具体的には、図７（ａ）に示す実施例１および図７（ｂ）に示す比較例１を○、図７（ｃ）に示す比較例２および図７（ｄ）に示す比較例３を△、図７（ｅ）に示す比較例４を×と評価した。なお、○および△は、凹凸の程度が許容できる範囲内にあると評価されるものであり、×は、凹凸の程度が許容できる範囲外であると評価されるものである。同様の方法により、実施例２〜９についても評価を行った。
【０１２６】
続いて、ＡＦＭによるナノインデンテーション測定および表面粗さ測定（ラフネス測定）について説明する。
ナノインデンテーション測定では、荷重６０μＮをかけてｐ電極３００の上面（ｐ側接続面３３３）に対して針を押し込んだ場合に形成される凹みの深さを測定した。なお、凹みの深さが大きい方ほど、硬度が低いことを示す。
ラフネス測定では、タッピングモードという探針を高周波数で強制振動させ、試料表面を走査し、振動振幅の増減によって表面の凹凸形状を三次元的に計測するモードで実施した。そして、得られた三次元画像から平均表面粗さＲａ（ｎｍ）をラフネス値として測定した。
【０１２７】
次に、ワイヤボンディング評価について説明する。
ワイヤボンディング評価では、半導体発光素子１のｐ電極３００におけるｐ側接続面３３３に対してボンディングワイヤをボンディングし、ｐ電極３００とボンディングワイヤとの密着性およびｐ電極３００と透明導電層１７０との密着性の評価を行った。
評価は、実施例１〜９および比較例１〜４のそれぞれについて、２００００個の半導体発光素子１に対して、超音波出力、印加時間を一定として、荷重を３０ｇ重とした条件でワイヤボンディングを行い、ｐ電極３００が透明導電層１７０から剥がれる電極ハガレおよびボンディングワイヤがｐ電極３００から剥がれる不着不良がどれだけ発生するかを調べることにより行った。なお、ワイヤボンディング条件の設定においては、超音波、印加時間を一定として荷重を６０ｇ重としたときに各条件で１００個中１個以上電極ハガレが発生したので、半分の荷重の３０ｇ重に設定したところ、いずれの条件でも電極ハガレは発生しなかった。
【０１２８】
＜半導体発光素子におけるｐ電極の評価結果＞
続いて評価結果について述べる。
図８は、実施例１〜９および比較例１〜４におけるｐ側第１金属層３３１とｐ側第２金属層３３２の成膜条件と、表面目視検査、ＡＦＭ評価およびワイヤボンディング評価との関係を示したものである。
【０１２９】
表面目視検査の結果より、実施例１〜８では、ｐ電極３００の表面に輝点がほとんど見られず、実施例９でもわずかに見られる程度であった。一方、比較例４では、実施例１〜９と比較してｐ電極３００の表面に多くの輝点が見られた。
したがって、実施例１〜９では、比較例４と比較して、ｐ電極３００の凹凸が少なく外観が良好であることが分かった。
【０１３０】
また、ワイヤボンディング評価の結果より、実施例１〜９では、不着不良率が０％であり、良好な結果が得られた。
一方、比較例１〜３では、不着不良率が１．７〜２．５％であった。
実施例１〜９および比較例１のナノインデンテーション測定における凹み深さを比較すると、ワイヤボンディング評価で良好な結果が得られた実施例１〜９では７５〜１１２ｎｍであり、比較例１では３７ｎｍであった。これにより、実施例１〜９では、ｐ側ボンディング層３３０の硬度が比較例１と比較して低く、比較例１と比較してワイヤと電極表面の密着性が良好であることが分かった。
【０１３１】
実施例１〜９と比較例２および比較例３とにおけるラフネス測定の結果を比較すると、ワイヤボンディング評価で良好な結果が得られた実施例１〜９では、ラフネスが２．６〜３．５ｎｍであり、比較例２では７．１ｎｍ、比較例３では４．５ｎｍであった。これにより、実施例１〜９では、比較例２および比較例３と比較してｐ側ボンディング層３３０の表面の平滑性が良好であり、比較例２および比較例３と比較してワイヤと電極表面の密着性が良好であることが分かった。
【０１３２】
以上より、実施例１〜９のようにｐ側ボンディング層３３０をｐ側第１金属層３３１とｐ側第１金属層３３１よりも硬度が低いｐ側第２金属層３３２との二層構造とすることにより、ｐ側ボンディング層３３０の表面の凹凸が少なく外観が良好で、且つ、ｐ側ボンディング層の表面が軟らかくボンディングワイヤとの密着性が良好なｐ電極３００を得られることが確認された。
【符号の説明】
【０１３３】
１…半導体発光素子、５…発光装置、１００…積層半導体層、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明導電層、１８０…保護層、３００…ｐ電極、３１０…ｐ側接合層、３２０…ｐ側バリア層、３３０…ｐ側ボンディング層、３３１…ｐ側第１金属層、３３２…ｐ側第２金属層、３４０…ｐ側密着層、４００…ｎ電極、４１０…ｎ側接合層、４２０…ｎ側バリア層、４３０…ｎ側ボンディング層、４３１…ｎ側第１金属層、４３２…ｎ側第２金属層、４４０…ｎ側密着層
【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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