(57)【要約】【課題】メタル電極に設けられた延伸部の表面を覆う絶縁膜の剥離が抑制された半導体素子を提供する。【解決手段】半導体からなる活性層に積層されたｎ型またはｐ型の半導体層と、該半導体層の上に配置され接続部および延伸部を有するメタル電極と、該メタル電極の該延伸部の上面および側面を少なくとも覆う絶縁膜と、を備え、該延伸部はメタル多層膜で形成され、該メタル多層膜は少なくとも２層の第１メタル層と、該第１メタル層と交互に積層された第２メタル層とを含み、かつ、その最上層は該第２メタル層のひとつであり、該メタル多層膜に含まれる該最上層の第２メタル層以外の第２メタル層の各々の端面が該延伸部の側面に露出して該絶縁膜と接しており、該第２メタル層を構成する第２メタル材料は該第１メタル層を構成する第１メタル材料よりも導電率は低いが該第１メタル材料よりも該絶縁膜との密着強度に優れている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体からなる活性層に積層されたｎ型またはｐ型の半導体層と、該半導体層の上に配置され接続部および延伸部を有するメタル電極と、該メタル電極の該延伸部の上面および側面を少なくとも覆う絶縁膜と、を備え、
該延伸部はメタル多層膜で形成され、
該メタル多層膜は少なくとも２層の第１メタル層と、該第１メタル層と交互に積層された第２メタル層とを含み、かつ、その最上層は該第２メタル層のひとつであり、
該メタル多層膜に含まれる該最上層の第２メタル層以外の第２メタル層の各々の端面が該延伸部の側面に露出して該絶縁膜と接しており、
該第２メタル層を構成する第２メタル材料は該第１メタル層を構成する第１メタル材料よりも導電率は低いが該第１メタル材料よりも該絶縁膜との密着強度に優れている、半導体発光素子。
【請求項２】
前記メタル多層膜においては、前記第１メタル層の各々の層厚が０．５μｍ以下、かつ、前記第１メタル層の総層厚が１．０μｍ以上である、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記メタル電極の前記延伸部と前記半導体層との間に挟まれたＴＣＯ膜を有する、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１メタル層の材料がＡｕ、ＡｇまたはＣｕである、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１メタル層の材料がＡｕであり、前記第２メタル層の材料がＮｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＷから選ばれる一以上の金属を含む、請求項４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、半導体発光素子に関し、とりわけ、メタル電極に接続部と延伸部とを設けた半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近紫外〜青色波長の光を発する半導体発光素子は、典型的には、サファイア基板の上に、窒化物半導体（ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ）からなるｎ型層、活性層およびｐ型層をこの順に積層した構造を有する。ｐ型層の上には、電流を活性層に平行な方向（層の厚さ方向に直交する方向）に拡げるために透明電極が配置され、該透明電極の上に電極パッドとしてｐ側メタル電極が配置される。また、部分的に露出するｎ型半導体層の上に、オーミック電極と電極パッドを兼用するｎ側メタル電極が配置される（特許文献１）。
【０００３】
透明電極の材料には、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)のような透明導電性酸化物（ＴＣＯ：TransparentConductive Oxide）を採用することが一般的である。ＴＣＯで形成された透明電極に対するシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜の密着性は比較的良好である。
【０００４】
素子を大型化すると透明電極だけでは電流を活性層に平行な方向に十分拡げることが困難となる。そこで、透明電極の機能を補助する目的で、ｐ側のメタル電極に接続部（電極パッドとして使用される部分）に加えて延伸部を設けた構造が提案され、採用されている（特許文献２〜６）。延伸部はライン状、櫛状、ネット状など、種々の形状に形成される。ライン状の延伸部は、腕（アーム）あるいは指（フィンガー）に喩えられる場合がある。このようなメタル電極の構造は、比較的小さなサイズの発光素子に適用すると、大電流を印加したときの順方向電圧の上昇が抑えられるという効果が得られる。ｎ側のメタル電極にも、同様の理由で、接続部と延伸部とを設けた構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５０３０１号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４９３０号公報
【特許文献３】特表２００３−５２４２９５号公報
【特許文献４】特開２００１−３４５４８０号公報
【特許文献５】特開２００４−２２１５２９号公報
【特許文献６】特開２００４−５６１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電極パッドとして使用されるメタル電極の表層部には、しばしば、Ａｕ（金）の厚膜が設けられる。ボンディングワイヤとして一般的に使用されているＡｕワイヤのボンダビリティが良好になるからである。表層がＡｕの厚膜であるメタル電極は、また、汎用のハンダ材料であるＡｕ−Ｓｎ合金との接合性も良好である。
【０００７】
Ａｕは最も高い導電率を有するメタル材料のひとつであるから、接続部と延伸部を設けたメタル電極において、延伸部も接続部と同様に表層部をＡｕ厚膜とすることは、活性層に平行な方向に電流を拡げる目的にとっては有用である。しかし、短絡の防止その他の目的のために延伸部の表面はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜で覆うべきであるところ、Ａｕに対してはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜が強く密着しないという問題がある。
【０００８】
更に、延伸部は、抵抗値を小さくする必要がある一方、光取り出し効率を低下させないためには、幅をできる限り狭くしなければならない。これらの２つの要求を満たすためには、延伸部に十分な厚さを持たせればよいといえる。しかし、延伸部の表層をＡｕで形成する場合、その厚さを増大させることは、絶縁膜が延伸部から剥がれる可能性を高め、発光素子の信頼性を低下させる。
【０００９】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、メタル電極に設けられた延伸部の表面を覆う絶縁膜の剥離が抑制された半導体発光素子を提供することを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る半導体発光素子は、半導体からなる活性層に積層されたｎ型またはｐ型の半導体層と、該半導体層の上に配置され接続部および延伸部を有するメタル電極と、該メタル電極の該延伸部の上面および側面を少なくとも覆う絶縁膜と、を備え、該延伸部はメタル多層膜で形成され、該メタル多層膜は少なくとも２層の第１メタル層と、該第１メタル層と交互に積層された第２メタル層とを含み、かつ、その最上層は該第２メタル層のひとつであり、該メタル多層膜に含まれる該最上層の第２メタル層以外の第２メタル層の各々の端面が該延伸部の側面に露出して該絶縁膜と接しており、該第２メタル層を構成する第２メタル材料は該第１メタル層を構成する第１メタル材料よりも導電率は低いが該第１メタル材料よりも該絶縁膜との密着強度に優れている。
【００１１】
前記メタル多層膜においては、前記第１メタル層の各々の層厚が０．５μｍ以下、かつ、前記第１メタル層の総層厚が１．０μｍ以上であってもよい。
【００１２】
前記半導体発光素子は、前記メタル電極の前記延伸部と前記半導体層との間に挟まれたＴＣＯ膜を有していてもよい。
【００１３】
前記第１メタル層の材料はＡｕ、ＡｇまたはＣｕであることが好ましい。
【００１４】
前記半導体発光素子においては、前記第１メタル層の材料がＡｕであり、前記第２メタル層の材料がＮｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＷから選ばれる一以上の金属を含んでもよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記実施形態に係る半導体発光素子は、メタル電極に設けられた延伸部の表面を覆う絶縁膜の剥離が抑制されているので、信頼性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好適な実施形態の半導体発光素子の平面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’線で切断した半導体発光素子の部分的な断面図。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ’線で切断した半導体発光素子の部分的な断面図。
【図４】図１におけるＣ−Ｃ’線で切断した半導体発光素子の部分的な断面図。
【図５】変形例を示す部分的な断面図。
【図６】他の変形例を示す部分的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適な実施形態の半導体発光素子１００の平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ’線で切断した半導体発光素子１００の部分的な断面図である。図３は、図１におけるＢ−Ｂ’線で切断した半導体発光素子１００の部分的な断面図である。図４は、図１におけるＣ−Ｃ’線で切断した半導体発光素子１００の部分的な断面図である。
【００１９】
図２に示すように、半導体発光素子１００は、サファイア基板１０の上に、窒化物半導体からなるｎ型層２０、活性層３０およびｐ型層４０を含む半導体積層体ＳＴを有する。ｐ型層４０の上には透明電極５０が配置され、その透明電極５０の一部上にはｐ側メタル電極６００が配置されている。透明電極５０はＴＣＯで形成されている。一部露出するｎ型層２０の表面には、オーミック電極と電極パッドを兼用するｎ側メタル電極７０が配置されている。
【００２０】
ｐ側メタル電極６００は、１つの接続部６１０および２つの延伸部６２０を有している。接続部６１０は電極パッドとして使用される部分である。つまり、半導体発光素子１００を実装するときには、ボンディングワイヤ、ハンダ、メタルバンプのような電流伝送部材が、接続部６１０の表面に接合される。延伸部６２０は、電流伝送部材から接続部６１０に流れる電流を、活性層３０に平行な方向（層厚方向に直交する方向）に拡げる目的で設けられている。
【００２１】
図２〜４に示すように半導体発光素子１００は、その表面を保護するための絶縁膜８０を備えている（図１では図示を省略している）。絶縁膜８０は、ｐ側メタル電極の接続部６１０の側面ＳＳ１と、延伸部６２０の上面ＴＳおよび側面ＳＳ２とを覆っている。絶縁膜８０はまた、透明電極５０の上面や、半導体積層体ＳＴの側面などを覆っている。絶縁膜８０には、ｐ側メタル電極６００の接続部６１０の上面と、ｎ側メタル電極７０の上面とが露出されるように、開口部が設けられている。
【００２２】
絶縁膜８０の材料には、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、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素のような、金属の酸化物または窒化物が用いられる。好ましい材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素および酸窒化ケイ素が挙げられる。
【００２３】
ｐ側メタル電極６００は多層膜構造を有しており、透明電極５０側から順に第２メタル層６１２ｃ、第１メタル層６１１ｃ、第２メタル層６１２ｂ、第１メタル層６１１ｂ、第２メタル層６１２ａを有している。接続部６１０では、更に第２メタル層６１２ａの上に第１メタル層６１１ａが積層されている。延伸部６２０では第２メタル層６１２ａが最上層である。
【００２４】
第１メタル層６１１の材料はＡｕである。一方、第２メタル層６１２の材料は、Ａｕよりも導電率は低いが、絶縁膜８０との密着強度がＡｕよりも高いメタル材料、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＷ合金などである。第２メタル層６１２の材料はＡｌであってもよいが、Ａｌは耐熱性が低いため、半導体発光素子１００が放熱の十分でない環境で使用される場合には適さない。
【００２５】
接続部６１０の側面ＳＳ１には、第２メタル層６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃのそれぞれの端面が露出し、絶縁膜８０に接している。また、延伸部６２０では一番上の第２メタル層６１２ａが表層として露出しているとともに、他の２つの第２メタル層６１２ｂおよび６１２ｃの各端面が該延伸部の側面ＳＳ２に露出し、絶縁膜８０に接している。このように、ｐ側メタル電極６００の表面のところどころに露出した第２メタル層６１２が絶縁膜８０を繋ぎ止める働きをするので、ｐ側メタル電極６００からの絶縁膜８０の剥離が抑制される。
【００２６】
延伸部６２０に含まれる２つの第１メタル層６１１ｂおよび６１１ｃを厚くすると、ｐ側メタル電極６００の側面ＳＳ１およびＳＳ２に露出する、第２メタル層６１２ａ、６１２ｂおよび６１２ｃの端面間の間隔が広くなるために、絶縁膜８０の剥離抑制効果が低くなる傾向が生じる。したがって、第１メタル層６１１ｂおよび６１１ｃの各々の厚さは、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下である。第１メタル層６１１ｂおよび６１１ｃの厚さは異なっていてもよいが、好ましくは、同じか、または略同じ厚さ（一方の厚さが他方の厚さの２／３〜３／２）とする。第１メタル層６１１ｂおよび６１１ｃの厚さが同じであると、電極６００の側面ＳＳ１に露出する第２メタル層６１２ａ、６１２ｂおよび６１２ｃの端面が等間隔となるので、絶縁膜８０の剥離を好ましく防止することができる。
【００２７】
延伸部６２０に含まれる２つの第１メタル層６１１ｂおよび６１１ｃの厚さの合計（第１メタル層の総層厚）が１．０μｍ未満では、電流を活性層３０に平行な方向に拡げる効果が小さいことから、この総層厚は好ましくは１．０μｍ以上、より好ましくは１．５μｍ以上、特に好ましくは２μｍ以上である。通常、この総層厚を１０μｍより大きくする必要はない。延伸部６２０に含まれる第１メタル層６１１の層数を調整することにより、第１メタル層６１１の各々の厚さと総層厚の両方を上記の好ましい範囲内とすることができる。
【００２８】
接続部６１０にのみ最上層として含まれる、Ａｕからなる第１メタル層６１１ａの厚さは、例えば０．１μｍ〜１０μｍであり、好ましくは０．２μｍ〜１．０μｍである。
【００２９】
３つの第２メタル層６１２ａ、６１２ｂおよび６１２ｃの材料は異なっていてもよいが、使用する材料の種類が増加すると製造コストが上昇することから、好ましくは同一とする。第２メタル層６１２ａ、６１２ｂおよび６１２ｃのそれぞれの厚さは、０．０１μｍ〜１．０μｍとすることができ、好ましくは０．１〜０．５μｍである。第２メタル層６１２ａ、６１２ｂおよび６１２ｃの厚さの合計（第２メタル層の総層厚）は、延伸部６２０における第１メタル層の総層厚の１％〜１００％とすることができ、好ましくは１０％〜５０％である。
【００３０】
第１メタル層６１１および第２メタル層６１２の各々の形成方法に特に限定はなく、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法など、公知の方法を適宜用いることができる。ｐ側メタル電極６００のパターニングはリフトオフ法により行うことが好ましい。第１メタル層６１１と第２メタル層６１２を含む積層膜を一括してパターニングすることができる他、第１メタル層６１１および第２メタル層６１２の各々を個別にリフトオフ法を用いてパターニングしてもよい。接続部６１０の直径は例えば６０μｍ〜１２０μｍであり、好ましくは８０μｍ〜１００μｍである。延伸部６２０の幅（ストライプ幅）は例えば３μｍ〜３０μｍであり、好ましくは５μｍ〜２０μｍ、特に好ましくは７μｍ〜１５μｍである。
【００３１】
接続部６１０と延伸部６２０に共通する第１メタル層６１１ｂおよび６１１ｃの材料には、Ａｕよりも高い導電率を有するＡｇやＣｕを用いてもよい。Ａｌを用いることもできるが、Ａｌは耐熱性が低いため、耐熱性が低いため、半導体発光素子１００が放熱の十分でない環境で使用される場合には適さない。
【００３２】
第２メタル層６１２の材料を選択するにあたっては、ガラス板などの表面に絶縁膜８０と同じ材料で形成した薄膜を下地層とし、該下地層上に形成した第１メタル層６１１と同じメタル材料からなる薄膜の剥離強度と、第２メタル層６１２の候補メタル材料からなる薄膜の剥離強度とを比較して、絶縁膜８０との密着強度の優劣を評価することができる。
【００３３】
保護膜８０がｐ側メタル電極６００の接続部６１０の側面ＳＳ１を覆う構成は必須ではない。接続部６１０の側面ＳＳ１は露出していてもよい。すなわち、保護膜８０に設ける開口部の内側に接続部６１０全体が収まるように構成してもよい。この場合、延伸部６２０の一番上の層である第２メタル層６１０ａの厚さは５ｎｍ以下まで薄くすることができる。
【００３４】
ｐ側メタル電極６００の接続部６１０の直下の領域から透明電極５０の一部または全部を取り除くことができる。すなわち、該接続部６１０はその一部または全部がｐ型層４０に接していてもよい。また、該接続部６１０の直下には、ｐ型層４０と透明電極５０との間に挿入される電流ブロック層を設けることができる。該電流ブロック層は絶縁膜８０の材料として例示した金属の酸化物または窒化物を用いて形成することができる。該電流ブロック層を設けるとともに、該電流ブロック層と該接続部６１０の間に挟まれる透明電極５０の一部を取り除くことができる。
【００３５】
図５は、変形例を示す図であり、図１におけるＢ−Ｂ’線で切断した発光素子１００の部分的な断面図である。この変形例では、接続部６１０から一番上の第２メタル層６１２ａを取り除き、その表面にＡｕからなる第１メタル層６１１ｂを露出させている。半導体発光素子１００を実装するときには、この第１メタル層６１１ｂの露出面にボンディングワイヤ等を接合することから、この第１メタル層６１１ｂの厚さは好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．２μｍ以上とする。
【００３６】
図６は、他の変形例を示す図であり、図１におけるＢ−Ｂ’線で切断した発光素子１００の部分的な断面図である。この変形例では、接続部６１０から第２メタル層６１２ａ、第１メタル層６１１ｂおよび第２メタル層６１２ｂを取り除き、その表面にＡｕからなる第１メタル層６１１ｃを露出させている。半導体発光素子１００を実装するときには、この第１メタル層６１１ｃの露出面にボンディングワイヤ等を接合することから、この第１メタル層６１１ｃの厚さは好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．２μｍ以上とする。
【００３７】
上記の半導体発光素子１００が有するｐ側メタル電極６００の構造は、ｎ側メタル電極が接続部と延伸部とを有する半導体発光素子における、該ｎ側メタル電極の構造にも好ましく適用しうる。その場合、少なくとも延伸部に含まれる一番下の第２メタル層を、当該ｎ側メタル電極を形成するｎ型半導体層（ｎ型コンタクト層）とオーミック接触するメタル材料で形成するか、あるいは、該第２メタル層と該ｎ型コンタクト層との間に、該ｎ型コンタクト層とオーミック接触するメタル膜またはＴＣＯ膜を挿入する。
【００３８】
以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、本発明は本明細書に明示的に記載された実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  半導体発光素子
１０  サファイア基板
２０  窒化物半導体からなるｎ型層
３０  窒化物半導体からなる活性層
４０  窒化物半導体からなるｐ型層
５０  透明電極
６００  ｐ側メタル電極
６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃ  第１メタル層
６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃ  第２メタル層
７０  ｎ側メタル電極
８０  絶縁膜
【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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