(57)【要約】【課題】  高品質の半導体発光素子を提供する。【解決手段】  半導体層と、半導体層の第１の面上に形成された第１の電極と、半導体層の第１の面とは反対の第２の面上に形成された第２の電極とを有し、第２の電極は、半導体層の接触面との接触抵抗率が相対的に低いρ３である第３の電極、及び、半導体層の接触面との接触抵抗率が相対的に高いρ４である第４の電極を備え、ρ４／ρ３が３〜３０である半導体発光素子を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層の第１の面上に形成された第１の電極と、
前記半導体層の前記第１の面とは反対の第２の面上に形成された第２の電極と
を有し、
前記第２の電極は、前記半導体層の接触面との接触抵抗率が相対的に低いρ３である第３の電極、及び、前記半導体層の接触面との接触抵抗率が相対的に高いρ４である第４の電極を備え、ρ４／ρ３が３〜３０である半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２の電極は素子面内の全面に形成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ρ３は、閾値５×１０−３Ωｃｍ２を基準として相対的に小さい値であり、前記ρ４は、前記閾値を基準として相対的に大きい値である請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ρ３は、３×１０−３Ωｃｍ２以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第３の電極と前記半導体層との接触面積の、前記第４の電極と前記半導体層との接触面積に対する比は、前記第１の電極からの距離が大きくなるにつれ大きくなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第３の電極と前記半導体層との総接触面積は、素子面内の全面の面積の１０％以上である請求項１〜５のいずれか１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、半導体発光素子、殊に電極に特徴を有する半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子において、ほぼ全面に電極構造を配した場合、ｐ側とｎ側の電極が最も近接する領域に電流が集中しやすく、素子全面に電流を拡散させて面内均一な発光を得ることが難しい。そこで、両電極が近接する領域の電極面積を小さくし、両電極が離れる領域ほど電極面積を大きくとることで、電流の拡散を図り、面内均一な発光を得る工夫がなされている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１には、ｎ側電極からの距離に比例して表面側のｐ側電極の面積を大きくすることで、電流拡散効果を実現した半導体発光素子の発明が開示されている。実施例１においては、各々離間した複数の長方形型ｐ側電極を用い、ｎ側電極からの距離に比例してその面積を変えている。このような電極構造においては、導電性被膜などで覆うことにより、各ｐ側電極を電気的に接続する必要がある。実施例２においては、ｎ側電極に近づくほどｐ側電極を細線化することでｐ側電極の面積を変えている。細線化した部分では、ｐ側電極自身の線抵抗が増大する。
【０００４】
特許文献２には、表面側電極からの距離に比例して裏面側電極の面積を大きくすることで、電流拡散効果を実現した半導体発光素子の発明が開示されている。各裏面側電極は、絶縁層によって分離されており、接合層を備えた支持基板と、裏面とを貼り合わせることで、各裏面側電極が電気的に接合される。裏面から活性層までの厚さに対応して、個々の電極の位置や大きさ（直径）を適切に設計することで、素子面内での均一な電流拡散を実現することができる。
【０００５】
特許文献１及び２記載の発明においては、電極面積が全面電極の場合に比べて減少している分だけ、コンタクト抵抗Ｒｃが高くなる。電極部以外は、非接触もしくは絶縁層の介在によりコンタクトには寄与しないため、特に大電流を流す際に駆動電圧Ｖｆが大きくなるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１及び２記載の発明においては、活性層での均一な電流分布を実現するためには、各電極間距離に対応して横方向に電流拡散可能な厚さをもった導電層が、電極と活性層との間に必要となる。しかし、特許文献１記載の実施例において、ｐ−ＧａＮ層の膜厚を極端に厚くすることは、出力の劣化や、成膜が長時間化するという観点から困難である。そのため各電極の直下のみが優先的に発光し、発光の面内不均一が生じて、素子全体としての発光効率が低下してしまうことになる。一方、特許文献２記載の発明は、導電性基板上に成膜された素子に適用される場合であれば問題はないが、高出力実現のため、絶縁性のサファイア基板上での成長が必要となるＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）ベースの素子に適用する場合には、同様の問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２９６０４１号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高品質の半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によると、半導体層と、前記半導体層の第１の面上に形成された第１の電極と、前記半導体層の前記第１の面とは反対の第２の面上に形成された第２の電極とを有し、前記第２の電極は、前記半導体層の接触面との接触抵抗率が相対的に低いρ３である第３の電極、及び、前記半導体層の接触面との接触抵抗率が相対的に高いρ４である第４の電極を備え、ρ４／ρ３が３〜３０である半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高品質の半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例による半導体発光素子を示す概略的な断面図と、実施例による半導体発光素子の電極パターンを示す概略的な平面図を対応させて示す図である。
【図２】図２は、実施例による半導体発光素子の好ましい電極パターンの一例を示す概略的な平面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、実験結果の一部を示すグラフであり、図３Ｃは、第１及び第２の比較例による半導体発光素子のｎ側電極の形状を示す概略的な平面図である。
【図４】図４は、ｐ側電極の接触抵抗率を全面均一にして作製した複数の半導体発光素子について、接触抵抗率、駆動電圧Ｖｆの増大、及び電流拡散（素子面内発光の均一性）の関係についてまとめた表である。
【図５】図５は、変形例による半導体発光素子の電極パターンを示す概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、実施例による半導体発光素子を示す概略的な断面図と、実施例による半導体発光素子の電極パターンを示す概略的な平面図を対応させて示した。本図を参照して、実施例による半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００１３】
まず、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を成長可能な成長基板、たとえばＣ面サファイア基板を準備し、ＭＯＣＶＤ法を用いて、成長基板上にＡｌｘＩｎｙＧａｚＮからなるｎ型半導体層２、活性層３、ｐ型半導体層４がこの順に積層された半導体層を結晶成長させる。
【００１４】
具体的には、サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置に投入し、水素雰囲気中で１０００℃、１０分の加熱を行う（サーマルクリーニング）。次に、約５００℃で、ＴＭＧ１０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３３．３ＬＭを３分間供給して低温バッファ層（ＧａＮ層）を形成する（図示しない）。続いて、１０００℃まで昇温して３０秒間保持することにより、低温バッファ層を結晶化させ、そのままの温度でＴＭＧ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３４．４ＬＭを２０分間供給し、下地ＧａＮ層を約１μｍに形成する（図示しない）。その後、１０００℃で、ＴＭＧ４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３４．４ＬＭ、ＳｉＨ４２．７×１０−９μｍｏｌ／ｍｉｎを約６０分間供給し、ｎ−ＧａＮ層であるｎ型半導体層２を、約４μｍ成長させる。
【００１５】
活性層３には、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる多重量子井戸構造を採用した。実施例においては、ＩｎＧａＮ／ＧａＮを１周期として、５周期成長を行った。約７００℃でＴＭＧ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３４．４ＬＭを３３秒間供給し、膜厚約２．２ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層、ＴＭＧ３．６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３４．４ＬＭを３２０秒間供給し、膜厚約１５ｎｍのＧａＮ障壁層の成長を５周期分繰り返す。
【００１６】
８７０℃まで昇温し、ＴＭＧ８．１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ７．５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３４．４ＬＭ、ＣＰ２Ｍｇ２．９×１０−７μｍｏｌ／ｍｉｎを５分間供給し、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層（図示しない）を、約４０ｎｍに成長させる。引き続きそのままの温度で、ＴＭＧ１８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３４．４ＬＭ、ＣＰ２Ｍｇ２．９×１０−７μｍｏｌ／ｍｉｎを７分間供給し、ｐ−ＧａＮ層であるｐ型半導体層４を約１００ｎｍに成長させる。
【００１７】
次に、主に活性層３へ電流を注入するためのｐ−ＧａＮ層４コンタクトに寄与し、ｐ−ＧａＮ層４の接触面との間で相対的に低い接触抵抗率ρ５を有する、第１のｐ側電極５を形成する。
【００１８】
ｐ−ＧａＮ層４上全面に電極材料を成膜した後、フォトリソグラフィ技術で所望のフォトレジストパターンを形成し、電極材料の一部をエッチングしてからフォトレジストを除去することで、第１のｐ側電極５を形成する。実施例においては、第１のｐ側電極５として、膜厚１００Å〜４００ÅのＩＴＯ膜、もしくは、Ｎｉ１０Å以下／Ａｇ１５００Å以上／Ｎｉ２０Å以下のＡｇ層を含む積層構造を蒸着した後、上述のエッチングを行うことで所望の形状とした。
【００１９】
成膜方法には、電子ビーム蒸着やスパッタ法といったドライプロセス、もしくは、メッキのようなウェットプロセスなど、既存の成膜手法を用いることができる。それらを組み合わせて用いてもよい。実施例においては、ＩＴＯはスパッタ法により、Ｎｉ／Ａｇ／Ｎｉは電子ビーム蒸着法により成膜した。また、ＩＴＯのエッチング液としては、市販のＩＴＯエッチング溶液を用い、Ａｇのエッチング液としては、硝酸を含む混酸溶液を用いた。
【００２０】
第１のｐ側電極５の他の形成方法として、フォトリソグラフィ技術で所望のフォトレジストパターンを形成し、その後全面に電極材料を成膜後、フォトレジストパターンを除去してもよい（リフトオフ法）。しかしながらこの方法では、第１のｐ側電極５とｐ型半導体層（ｐ−ＧａＮ層）４の接触面に、一度フォトレジストを形成することになり、接触抵抗率への悪影響が懸念されるため、エッチングを用いて形成することが好ましい。
【００２１】
第１のｐ側電極５は、低接触抵抗率を実現しやすく、後に、第２のｐ側電極６を成膜、熱処理した際に、第１のｐ側電極５と第２のｐ側電極６の境界で相互拡散して、境界周辺の接触抵抗が連続的に変化する可能性を有するＡｇ合金もしくはＡｇ積層構造で形成することが望ましい。
【００２２】
図１に示すように、第１のｐ側電極５の電極パターンは、ｎ側電極１（後述）からの距離が大きくなるほど、第１のｐ側電極５とｐ型半導体層（ｐ−ＧａＮ層）４の接触面積が大きくなるように設計される。接触面積の分布は、後述するような、ｎ側電極１からの距離と接触抵抗率比に対応した分布となっていればよい。図１には、半導体層２〜４の法線方向から見たとき、ｎ側電極１の配置される位置（ｎ側電極１の重心位置）を中心とする同心円状に、幅の等しい円環状の第１のｐ側電極５が形成される例を示した。第１のｐ側電極５は同心円の中心（ｎ側電極１の重心位置）から離れるにつれて、密に配置される。なお、第１のｐ側電極５のパターンはこれに限られない。たとえば、特許文献２に記載のある、異なるサイズの円形電極の配列であってもかまわない。
【００２３】
図２は、実施例による半導体発光素子の好ましい電極パターンの一例を示す概略的な平面図である。図２に示す例においては、第１のｐ側電極５を、個々に分離した直径２０μｍ以下の円形電極としている。そしてこの円形電極の密度分布により、後述する接触面積分布条件を満たすようにすることで、連続的な接触抵抗率分布に近い状態を実現する。図２に示す例においては、第１のｐ側電極５の直径と同等の長さの線分からなる正三角形を敷き詰めた構造を考え、ｎ側電極１からの距離ｄ１と、その位置にある第１のｐ側電極５相互間の距離ｄ５が反比例するように、一部の正三角形頂点位置を選択して第１のｐ側電極５を配置するよう設計した。
【００２４】
なお、図１に示した同心円状配置の場合も、第１のｐ側電極５がＧａＮに接触する円環の幅を２０μｍ以下として、連続的な接触抵抗率分布に近い状態を実現することが好ましい。
【００２５】
図１、図２に例を示したような第１のｐ側電極５のパターン形成を行った後、少なくともＯ２を含む雰囲気中において、４５０℃以上の温度で熱処理を実施する。これにより、第１のｐ側電極５で５×１０−４Ωｃｍ２程度の低接触抵抗が実現される。ＩＴＯを用いて第１のｐ側電極５を形成する場合は、この熱処理でＩＴＯが透明化される。Ｏ２を含む雰囲気中の熱処理条件としては、４５０℃程度の温度とすることが望ましく、４００℃以下の条件では、接触抵抗が極端に悪化する傾向が見られる。
【００２６】
続いて、主に反射に寄与し、ｐ−ＧａＮ層４の接触面との間で相対的に高い接触抵抗率ρ６を有する、第２のｐ側電極６を形成する。第１のｐ側電極５のパターンが形成された表面にフォトリソグラフィ技術で、所望の第２のｐ側電極６パターンを形成する。所望のパターンは、第１のｐ側電極５を形成する場合と同様に、エッチングやリフトオフ法を使用して形成可能である。後工程で形成するキャップ層によるマイグレーション防止を効果的に実現するため、第２のｐ側電極６は、パターン端部が順テーパー状となるように、リフトオフ法を用いて形成することが好ましい。また、第２のｐ側電極６の材料としては、特に反射率の高いＡｇを用いることが好ましい。なお、第２のｐ側電極６を構成する層のうち、反射に寄与する材料で形成される層は、広範囲における高反射率実現のため、素子面内全面に形成されるのが望ましい。
【００２７】
図１には、第１のｐ側電極５が形成されず、露出しているｐ型半導体層（ｐ−ＧａＮ層）４表面部分のみに、第１のｐ側電極５と同じ厚さの第２のｐ側電極６が形成されるパターンを形成して表面を平坦化し、更に、素子面内全面に第２のｐ側電極６を追加形成する、好ましい例を示した。
【００２８】
パターン形成後に、第２のｐ側電極６の適度な接触抵抗率実現のために、熱処理を実施する。第２のｐ側電極６をＡｇで形成した場合、少なくともＯ２を含む雰囲気中において、４００℃で熱処理を行う。第２のｐ側電極６の接触抵抗率ρ６と第１のｐ側電極５の接触抵抗率ρ５の比（接触抵抗率比）ρ６／ρ５が１０程度になるように形成することが好ましい。接触抵抗率比ρ６／ρ５の調整は、第２のｐ側電極６に対する熱処理温度、熱処理時間を調節することにより行うことができる。
【００２９】
第２のｐ側電極６を薄膜（膜厚５０Å以下）ＩＴＯ／反射金属で構成することも可能である。この場合は、第１のｐ側電極５に対する熱処理を実施せず、第２のｐ側電極６の薄膜ＩＴＯを成膜、パターン形成した後、第１のｐ側電極５に対する熱処理として説明した熱処理と同等の、たとえば４５０℃〜５５０℃程度での熱処理を行うことで、接触抵抗率比ρ６／ρ５を１０程度とすることが可能である。その後、反射金属として、たとえばＡｇ、Ａｌ、Ｒｈ、またはそれらの合金を成膜、パターニングして第２のｐ側電極６とすることができる。
【００３０】
第１、２のｐ側電極５、６を覆うようにｐ側電極材料のマイグレーションを防止するキャップ層（図示せず）を形成する。キャップ層には、ＴｉやＴｉＷなど、自身がマイグレーションしにくく、かつ、ｐ側電極材料のマイグレーションを防止することができる材料を用いる。キャップ層の所望パターンは、第１、２のｐ側電極５、６の場合と同様に、エッチングやリフトオフ法を用いて形成することができるが、キャップ層の材料は残渣なくエッチングすることが困難な材料系となるため、リフトオフ法で形成することが好ましい。成膜方法には、逆スパッタと呼ばれる試料表面のエッチング処理を装置中で実施でき、電子ビーム蒸着に比べて段差部分の被覆率がよいことから、スパッタ法を用いるのが望ましい。逆スパッタ条件は、熱処理により酸化している表面側Ａｇ膜厚分を除去できるよう選択する。実施例においては、Ａｒ雰囲気、０．５Ｐａ中、基板とターゲットの間の距離を１５０ｍｍとし、１５０Ｗで処理することにより、１００Å／ｍｉｎ程度のレートでＡｇがエッチングされた。なお、このエッチング分を見込んで、第２のｐ側電極６を構成するＡｇの膜厚は厚めに形成される。
【００３１】
続いて、これまで形成した成長基板上の積層構造を支持基板８に貼り合わせるための接合金属層７を形成する。接合金属層７は、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、メッキ法など既存の成膜手法を用いて形成することができる。これらの組み合わせで成膜してもよい。接合金属層７は、たとえば第１、第２のｐ側電極５、６側（半導体層２〜４側）から、拡散防止材料層と接合金属材料層とを積層して形成することができる。拡散防止材料層は、接合金属材料の第１、第２のｐ側電極５、６側（半導体層２〜４側）への拡散を防止する材料、たとえばＰｔで形成される。接合金属材料層は、たとえばＡｕ、ＡｕＳｎ、Ｃｕなどを用いて形成する。なお、キャップ層と接合金属層７との間に、ＴｉやＮｉなど密着性を向上させる材料で構成される層を形成してもよい。
【００３２】
接合金属層７を介して、積層構造を支持基板８と接合させる。支持基板８として、メタライズドＳｉ（表面にＡｕＳｎなどが形成されたＳｉ）や、メッキ法で形成されたＣｕ合金などを使用することができる。支持基板８は、成長基板もしくは半導体層２〜４と近い熱膨張係数や、高い熱伝導率を有することが望ましい。接合には共晶接合やメッキなどの手法を用いることが可能である。
【００３３】
支持基板８との接合後、成長基板の一部または全部を除去し、ｎ側電極１を形成するための開口部を設ける。具体的には、成長基板の表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状にパターニングする。次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置に投入し、凹部を形成したい領域を、ｎ型半導体層（ｎ−ＧａＮ層）２の一部が表出するまでエッチングする。
【００３４】
レーザリフトオフ法を用い、または半導体膜の形成途中に剥離用の犠牲層を挟み、機械的もしくは化学的手法により基板剥離を行うなど、既存の剥離方法で成長基板全部を剥離してもよい。実施例においては、レーザリフトオフ法を使用して、成長基板全部を剥離した。
【００３５】
成長基板の一部または全部が除去され、ｎ型半導体層（ｎ−ＧａＮ層）２が露出している表面に、たとえば円形電極であるｎ側電極１を形成する。実施例においては、ｎ側電極１パターンをリフトオフ法を用いて形成した。ｎ側電極１は、ｎ型半導体層２側から、Ｔｉ（１０Å）／Ａｌ（２０００Å）／Ｔｉ（１０００Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（２５０００Å）の積層構造とした。成膜は電子ビーム蒸着法で行った。
【００３６】
上述の工程で得られたウエハを、個々の半導体発光素子へと細分化した。たとえば、レーザスクライブ／ブレイキング、ポイントスクライブ／ブレイキング、ダイシング等が利用可能である。
【００３７】
以上説明した工程によって、図１に断面図を示す、実施例による半導体発光素子が製造される。実施例による半導体発光素子は、活性層３で発光した光をｎ側電極１側から取り出す構造の半導体発光素子であり、ｐ側電極（第１のｐ側電極５及び第２のｐ側電極６）に特徴を有する。以下、この特徴部分について詳述する。
【００３８】
駆動電圧Ｖｆを増大させずに、面内均一な発光分布を実現するには、ｎ側電極の直下で接触抵抗率が高く、ｎ側電極からの距離に反比例して、連続的に接触抵抗が低くなるような面内接触抵抗率分布を有するｐ側電極とすることが最も好ましい。しかし、微細な半導体発光素子内で、そうした連続的な接触抵抗率分布を実現することは極めて困難である。
【００３９】
そこで、実施例による半導体発光素子においては、相対的に低い接触抵抗率ρ５を有し、主にコンタクトに寄与する第１のｐ側電極５と、第１のｐ側電極５より適度に高い接触抵抗率ρ６を有し、主に反射に寄与する第２のｐ側電極６とを、ｎ側電極１からの距離が大きくなるにつれて、その位置における第１のｐ側電極５の、第２のｐ側電極６に対する面積比率（ｐ型半導体層４に接触する部分の面積比率）Ｓ５／Ｓ６が高くなるように配置して、たとえば擬似連続的な接触抵抗率分布を実現する。これにより、半導体発光素子の面内均一な電流分布が達成され、面内の発光分布特性が向上する。また、適度な接触抵抗率ρ６を有する第２のｐ側電極６は、活性層で発光され、光取り出し側とは異なる方向に進行する光を反射するだけではなく、活性層３へ電流を注入するためのｐ−ＧａＮ層４コンタクトにも寄与する。このため、たとえば全面が第１のｐ電極５である場合と比較しても駆動電圧Ｖｆの上昇を低く抑えることができる。このように実施例による半導体発光素子は、高品質の半導体発光素子である。
【００４０】
主にコンタクトに寄与する第１のｐ側電極５は、低い接触抵抗率ρ５とともに、活性層３で発光される波長の光に対し、高い光透過率または高い光反射率を備えることが望ましい。高い光透過率を備える場合、活性層３で発光された光は、第１のｐ側電極５を透過した後、第２のｐ側電極６で反射される。高い光反射率を備える場合は、活性層３で発光された光は、第１のｐ側電極５でも反射される。第１のｐ側電極５を形成する材料としては、高い光透過率と低い接触抵抗率とを具備するＩＴＯ、高い光反射率と低い接触抵抗率とを兼備するＡｇ合金（たとえばＡＰＣ）やＡｇ積層構造（たとえばＮｉ／Ａｇ）を選択することが好ましい。低接触抵抗率を実現するため、少なくともＯ２を含む雰囲気中において、４５０℃以上の温度で熱処理を行う。これにより、３×１０−３Ωｃｍ２以下、より好ましくは、１×１０−３Ωｃｍ２以下の低接触抵抗率を実現する。
【００４１】
一方で、主に反射に寄与する第２のｐ側電極６には、適度な接触抵抗率を実現することが可能で、かつ、光反射率の高いＡｇ、Ａｌ、Ｒｈ、及びそれらの合金を用いることが好ましい。たとえば、Ａｇを主材料として用いた第２のｐ側電極６を、ｐ型半導体層４及び第１のｐ側電極５と、支持基板８との間の領域に、素子の全面に形成することで、接触抵抗率分布の擬似連続性の実現を可能にするとともに、活性層３で発光された光をｐ側電極（第１、第２のｐ側電極５、６）において効果的に反射することができる。また、薄膜ＩＴＯのような高透過率の透明電極を、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈなどの反射金属材料と組み合わせて用い、ｐ側電極を第１のｐ側電極５／透明電極／反射層のような構成とすることも可能である。
【００４２】
本願発明者は、全面均一の接触抵抗率を有するｐ側電極をもつ半導体発光素子を複数作製して実験を繰り返すことにより、実施例による半導体発光素子のｐ側電極の好ましい条件を見出した。
【００４３】
図３Ａ及び図３Ｂは、実験結果の一部を示すグラフである。本願発明者は、まず、実施例による半導体発光素子のｐ側電極（第１のｐ側電極５及び第２のｐ側電極６）のかわりに、接触抵抗率を全面１×１０−３Ωｃｍ２以下としたｐ側電極を用いて半導体発光素子（第１の比較例による半導体発光素子）を作製した。ここでたとえばｐ側電極の接触抵抗率を全面１×１０−３Ωｃｍ２とした１ｍｍ□サイズ半導体発光素子に５００ｍＡの電流を投入した場合、接触抵抗成分による駆動電圧Ｖｆの上昇は５０ｍＶ程度と小さい。
【００４４】
図３Ａは、第１の比較例による半導体発光素子に電流を投入したときの発光分布測定結果により電流拡散状態を示すグラフである。グラフの横軸は発光強度を示し、縦軸は、図３Ｃの破線に沿う位置を示す。第１の比較例においては、ｎ側電極は図３Ｃに示すように目の字型に形成されており、電極パッドが２つ備わっている。電極パッドにＡｕ線をワイヤボンディングして３５０ｍＡの電流を投入した。グラフから、目の字型のｎ側電極近傍（たとえば位置Ａ）で、強い発光強度が測定されているのがわかる。一方、目の字によって区画される３つの矩形状領域の中央（たとえば位置Ｂ）においては、発光強度が弱い。そして位置Ａにおける発光強度と、位置Ｂにおける発光強度の差は大きい。すなわち、第１の比較例においては、素子面内で不均一な発光分布（電流分布）が見られ、目の字型のｎ側電極近傍に電流の集中が見られることがわかる。
【００４５】
本願発明者は、次に、実施例による半導体発光素子のｐ側電極のかわりに、接触抵抗率を全面１×１０−２Ωｃｍ２程度としたｐ側電極を用いて半導体発光素子（第２の比較例による半導体発光素子）を作製した。第１の比較例とは、ｐ側電極の接触抵抗率が異なっている。なお、第１、第２の比較例は、ｐ側電極部分が、全面均一な接触抵抗率を有するＩＴＯ／Ａｇ、またはＮｉ／Ａｇ層で構成されている。
【００４６】
図３Ｂは、第２の比較例による半導体発光素子に３５０ｍＡの電流を投入したときの発光分布測定結果により電流拡散状態を示すグラフである。縦軸及び横軸の示す意味は、図３Ａにおけるそれらに等しい。図３Ｂに示される発光強度分布は、図３Ａに示すそれとは異なり、ｎ側電極近傍（たとえば位置Ａ）と、目の字によって区画される３つの矩形状領域の中央（たとえば位置Ｂ）とにおける発光強度差が小さい。すなわち、第２の比較例においては、第１の比較例とは異なり、ほぼ全面均一な発光分布（電流分布）が得られている。しかし駆動電圧Ｖｆは、第１の比較例と比較して、＋０．３Ｖ程度とかなりの増大がみられた。
【００４７】
本願発明者は、更に、接触抵抗率を全面均一にし、その値を様々に変更して複数の半導体発光素子を作製した。そしてそれらの発光分布を調べたところ、接触抵抗率が１×１０−３〜３×１０−３Ωｃｍ２程度の素子では、図３Ａに示すような素子面内で不均一な発光分布がわずかながら存在した。接触抵抗率が１×１０−２Ωｃｍ２以上の素子では、図３Ｂに示すような、ほぼ面内均一な発光分布が得られた。
【００４８】
また、駆動電圧Ｖｆの上昇についても調べたところ、３５０ｍＡ投入時の駆動電圧Ｖｆは、接触抵抗率が全面１０−４Ωｃｍ２台の素子に対して、全面３×１０−３Ωｃｍ２程度の素子で約０．１Ｖ、１×１０−２Ωｃｍ２以上の素子では０．３Ｖ以上増大した。
【００４９】
図４は、ｐ側電極の接触抵抗率を全面均一にして作製した複数の半導体発光素子について、接触抵抗率、駆動電圧Ｖｆの増大、及び電流拡散（素子面内発光の均一性）の関係についてまとめた表である。表の上段は、ｐ側電極の接触抵抗率を単位「×１０−３Ωｃｍ２」で示し、中段は駆動電圧Ｖｆの増大分及びその評価、下段は電流拡散（素子面内発光の均一性）の評価を示す。駆動電圧Ｖｆの増大分の評価、及び、電流拡散（素子面内発光の均一性）の評価については、許容可能な範囲に丸印、許容困難な範囲にバツ印、その境界に三角印を付した。ここで、電流拡散（素子面内発光の均一性）の評価に関しては、具体的には、ｎ側電極直近の強い発光強度とｎ側電極から離れた領域の弱い発光強度の差δが、８％以下となる範囲に丸印、１２％以上となる範囲にバツ印、その中間領域に三角印を付してある。また、駆動電圧Ｖｆの増大分の評価は、接触抵抗成分による駆動電圧Ｖｆの上昇分が極めて小さい（約５ｍＶ）、接触抵抗率が１０−４Ωｃｍ２の駆動電圧を基準とした。
【００５０】
ｐ側電極の接触抵抗率が３×１０−２Ωｃｍ２程度（１×１０−１Ωｃｍ２未満）までの範囲内で高い場合、全面均一な発光分布が得られる一方、駆動電圧Ｖｆの増大幅が大きくなる。接触抵抗率が低い場合、駆動電圧Ｖｆの増大幅は小さいが、発光分布が面内不均一となる。許容可能と許容困難との間の閾値は、駆動電圧Ｖｆ増大の場合も電流拡散（素子面内発光の均一性）の場合も、ともに、５×１０−３Ωｃｍ２である。駆動電圧Ｖｆ増大については、５×１０−３Ωｃｍ２以下となる範囲で許容することができ、電流拡散（素子面内発光の均一性）については、５×１０−３Ωｃｍ２以上となる範囲で許容することができる、ということが可能である。
【００５１】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に示す結果から、たとえば多くの領域の接触抵抗率が１×１０−３〜３×１０−３Ωｃｍ２程度のｐ側電極をもつ半導体発光素子において、平面視上、ｎ側電極近傍のｐ側電極の接触抵抗率を部分的に１×１０−２Ωｃｍ２以上とすることで、すなわちｐ側電極を少なくとも接触抵抗率の相互に異なる２つの電極で構成し、それらの接触抵抗率の比を３以上とすることで、駆動電圧Ｖｆの上昇を抑制しつつ、素子面内において均一な発光を実現することができるであろう。実施例においては、第２のｐ側電極６の接触抵抗率ρ６と第１のｐ側電極５の接触抵抗率ρ５の接触抵抗率比ρ６／ρ５が３以上のときは、駆動電圧Ｖｆの上昇が抑制され、素子面内発光均一性を有する、高品質の半導体発光素子が実現されると思われる。ρ６／ρ５が３未満の場合には、第２のｐ側電極６による導通成分が多くなりすぎ、電流拡散の効果が十分に得られなくなる場合がある。
【００５２】
接触抵抗率ρ５が３×１０−３Ωｃｍ２程度の第１のｐ側電極５に、接触抵抗率ρ６がρ５より高い第２のｐ側電極６を組み合わせると、更に、駆動電圧Ｖｆが増大するという問題を生じるため、接触抵抗率ρ５は３×１０−３Ωｃｍ２以下とする。より好ましくは、駆動電圧Ｖｆ上昇分が４０ｍＶ以下まで小さくなると予想される１×１０−３Ωｃｍ２以下とする。更に、接触抵抗率比ρ６／ρ５は、３以上であり３０以下であることが好ましい。接触抵抗率ρ５が３×１０−３Ωｃｍ２よりも大きい、もしくは接触抵抗率比ρ６／ρ５が３０より大きい場合には、第２のｐ側電極６の接触抵抗成分による駆動電圧Ｖｆの上昇が顕著になる。ここで、図４に示す結果から、第１のｐ側電極５の接触抵抗率ρ５を閾値５×１０−３Ωｃｍ２以下とし、第２のｐ側電極６の接触抵抗率ρ６を閾値５×１０−３Ωｃｍ２以上として、接触抵抗率比ρ６／ρ５が３以上であり３０以下となるｐ側電極を作製することがより好ましい。
【００５３】
第２のｐ側電極６の適度な接触抵抗率は、膜厚１５００Å程度のＡｇを、少なくともＯ２を含む雰囲気中において、４００℃以下の温度で１分程度熱処理することなどによって実現される。
【００５４】
また、接触抵抗率の制御性や高反射率の観点から、第１のｐ側電極５と第２のｐ側電極６の組み合わせは、ＩＴＯとＡｇ、ＡＰＣとＡｇ、もしくは（Ｎｉ／Ａｇ）とＡｇであることが好ましい。
【００５５】
なお、第１のｐ側電極５と第２のｐ側電極６のｐ型半導体層（ｐ−ＧａＮ層）４に接触する部分の面積比率Ｓ５／Ｓ６は、たとえば「ｎ側電極１からの距離×接触抵抗率比ρ６／ρ５」に反比例し、その比例定数ａは、ｐ型半導体層（ｐ−ＧａＮ層）４の膜厚ｔと、シート抵抗ρｓΩ／ｃｍ２に対応する（ａ∝ρｓ／ｔ）ように設計する。これにより、素子面内に電流拡散する際の抵抗分と接触抵抗分のトータル抵抗成分を、素子面内でほぼ均一にして、面内均一な発光を実現することができる。
【００５６】
一方、第１のｐ側電極５と第２のｐ側電極６とは、素子面内での総接触面積比が、第１のｐ側電極５が素子全面の面積の１０％以上、好ましくは２０％以上を占めるように形成する。第１のｐ側電極５の接触面積が１０％より小さくなると、第１のｐ側電極５より接触抵抗率の高い第２のｐ側電極６の影響が大きくなり、駆動電圧Ｖｆが増大しやすい。
【００５７】
たとえば第１のｐ側電極５の接触抵抗率ρ５を１×１０−３Ωｃｍ２、第２のｐ側電極６の接触抵抗率ρ６を１×１０−２Ωｃｍ２、第１のｐ側電極５の接触面積を２０％として、３５０ｍＡ投入時の接触抵抗率による、駆動電圧Ｖｆの増大分を、３５０ｍＡ×Ｒｃより試算すると約０．１Ｖで、接触抵抗率３×１０−３Ωｃｍ２のｐ側電極を素子全面に配置した半導体発光素子（面内発光の不均一が存在する素子）と同程度に抑えることができるが、第１のｐ側電極５の接触面積を１０％未満まで減らした場合は、駆動電圧Ｖｆの増大分が０．２Ｖ程度まで大きくなる。ここで、コンタクト抵抗Ｒｃは、半導体発光素子全体での接触抵抗成分であり、１／Ｒｃ＝（第１のｐ側電極５が占める接触面積／ρ５）＋（第２のｐ側電極６が占める接触面積／ρ６）の関係がある。
【００５８】
なお、同様にして、第２のｐ側電極６の接触抵抗率ρ６が１０Ωｃｍ２以上である、絶縁体に近い材料の場合を試算しても、０．２Ｖ程度の駆動電圧Ｖｆ増大が推定される。
【００５９】
実施例による半導体発光素子は、たとえば特許文献１及び特許文献２に記載された半導体発光素子と比べた場合、適度な接触抵抗率をもつ第２のｐ側電極６を用いることで、電極面積が減少することによる駆動電圧Ｖｆの増大を抑止することができる。たとえば従来技術を用いた薄膜構造の半導体発光素子では、０．２Ｖ程度の駆動電圧Ｖｆ増大が見込まれるところ、実施例においては、一例として約０．１Ｖに抑えることが可能である。
【００６０】
また、従来は、絶縁層（もしくは非接触）とコンタクト層で接触抵抗比が極端に大きかったが、実施例では適度な接触抵抗比を有する２種の電極の組み合わせでｐ側電極を構成することにより、貼り合わせ構造のような薄膜構造半導体発光素子においても、面内で均一な発光分布が実現される。
【００６１】
図５は、変形例による半導体発光素子の電極パターンを示す概略的な平面図である。変形例による半導体発光素子においては、ｎ側電極１が目の字状に形成され、素子面内に引き回されている。ｎ側電極１が素子面内に引き回されている場合も、第１のｐ側電極５の配置は、直近のｎ側電極１からの距離と接触抵抗比に対応した接触面積分布とする。
【００６２】
図５に示す例においては、平面視上、ｎ側電極１の目の字によって区画される３つの矩形状領域内に、幅が２０μｍ以下である矩形の枠囲い形状の第１のｐ側電極５を複数形成する。この場合、ｎ側電極１の目の字によって区画される３つの矩形状領域の各々において、矩形状領域の中央に近づくにつれ、第１のｐ側電極５が密になるように（第１のｐ側電極５の接触面積比が大きくなるように）ｐ側電極を形成する。たとえば実施例と同様に、第１のｐ側電極５の、第２のｐ側電極６に対する面積比率（ｐ型半導体層４に接触する部分の面積比率）Ｓ５／Ｓ６は、「ｎ側電極１からの距離×接触抵抗率比ρ６／ρ５」に反比例し、その比例定数ａは、ｐ型半導体層４の膜厚ｔとシート抵抗ρｓΩ／ｃｍ２に対応する（ａ∝ρｓ／ｔ）ように設計する。より好ましくは、図２に示した例と同様に、直径が２０μｍ以下である円形の第１のｐ側電極５の直径と同等の長さの線分からなる正三角形を敷き詰めた構造を考え、最近接位置のｎ側電極１からの距離ｄ１と、その位置にある第１のｐ側電極５相互間の距離ｄ５が反比例するように、一部の正三角形頂点位置を選択して第１のｐ側電極５を配置するよう設計する。
【００６３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００６４】
たとえば実施例、変形例においては、接触抵抗率が相互に異なる第１のｐ側電極５と第２のｐ側電極６とでｐ側電極を構成したが、接触抵抗率の相互に異なる３以上の電極でｐ側電極を構成することができる。
【００６５】
また、実施例、変形例においては、閾値５×１０−３Ωｃｍ２を基準として、接触抵抗率の小さい第１のｐ側電極５と、接触抵抗率の大きい第２のｐ側電極６としたが、たとえば第１のｐ側電極５の接触抵抗率ρ５を１×１０−３Ωｃｍ２とし、第２のｐ側電極６の接触抵抗率ρ６を３×１０−３Ωｃｍ２としてもよい。この場合も、素子全面に接触抵抗率１×１０−３Ωｃｍ２のｐ側電極が配置される半導体発光素子や、素子全面に接触抵抗率３×１０−３Ωｃｍ２のｐ側電極が配置される半導体発光素子よりも、面内発光の均一性を向上させることができる。
【００６６】
なお、実施例、変形例による半導体発光素子は、素子面内の全面にｐ側電極（第１のｐ側電極５及び第２のｐ側電極６）が形成される半導体発光素子であるが、ここでいう全面とは、キャップ層（拡散防止層）等の付加的部分を除く。
【００６７】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
たとえば、貼り合わせ構造を有する薄膜半導体発光素子全般に利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１  ｎ側電極
２  ｎ型半導体層（ｎ−ＧａＮ層）
３  活性層
４  ｐ型半導体層（ｐ−ＧａＮ層）
５  第１のｐ側電極
６  第２のｐ側電極
７  接合金属層
８  支持基板
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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