(57)【要約】【課題】ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側電極を有し、素子内を流れる電流の経路を制御することにより発光効率を改善したＧａＮ系発光ダイオードを提供する。【解決手段】ＧａＮ系発光ダイオードは、ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である基板と、該基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなりｐｎ接合型の発光構造を含むエピ層と、該基板の裏面に形成されたｎ側電極と、該エピ層の上面に形成された透光性のｐ側オーミック電極と、該ｐ側オーミック電極上の一部に形成されたｐ側電極パッドとを有する。前記基板の裏面のうち前記ｎ側電極に覆われた領域には、ポリッシング仕上げされた領域である低接触抵抗領域と、ドライエッチング仕上げされた領域である高接触抵抗領域とが含まれ、前記基板の裏面への前記ｐ側電極パッドの正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれる。【選択図】図３
2013074071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である基板と、該基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなりｐｎ接合型の発光構造を含むエピ層と、該基板の裏面に形成されたｎ側電極と、該エピ層の上面に形成された透光性のｐ側オーミック電極と、該ｐ側オーミック電極上の一部に形成されたｐ側電極パッドとを有し、
前記基板の裏面のうち前記ｎ側電極に覆われた領域には、ポリッシング仕上げされた領域である低接触抵抗領域と、ドライエッチング仕上げされた領域である高接触抵抗領域とが含まれ、
前記基板の裏面への前記ｐ側電極パッドの正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれる、ＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項２】
前記ｐ側オーミック電極上に、前記ｐ側電極パッドに接続された補助電極が形成されており、前記基板の裏面への前記補助電極の正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれない、請求項１に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項３】
ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である基板と、該基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなりｐｎ接合型の発光構造を含むエピ層と、該基板の裏面に形成された透光性のｎ側オーミック電極と、該ｎ側オーミック電極上の一部に形成されたｎ側電極パッドと、該エピ層の上面に形成されたｐ側電極とを有し、
前記基板の裏面のうち前記ｎ側オーミック電極に覆われた領域には、ポリッシング仕上げされた領域である低接触抵抗領域と、ドライエッチング仕上げされた領域である高接触抵抗領域とが含まれ、
前記基板の裏面への前記ｎ側電極パッドの正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれる、ＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項４】
前記ｎ側オーミック電極上に、前記ｎ側電極パッドに接続された補助電極が形成されており、前記基板の裏面への前記補助電極の正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれない、請求項３に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項５】
ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である基板と、該基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなりｐｎ接合型の発光構造を含むエピ層と、該基板の裏面に部分的に形成されたｎ側電極と、該エピ層の上面に形成されたｐ側電極とを有し、
前記ｎ側電極は、パッド部と、該パッド部に接続された補助部とを有し、
基板の裏面のうち前記ｎ側電極に覆われた領域には、ポリッシング仕上げされた領域である低接触抵抗領域と、ドライエッチング仕上げされた領域である高接触抵抗領域とが含まれ、
前記基板の裏面への前記パッド部の正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれる、ＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項６】
前記基板の裏面への前記補助部の正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれない、請求項５に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項７】
前記基板のキャリア濃度が１０１７ｃｍ−３である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＧａＮ系半導体を用いて形成された発光構造を有するＧａＮ系発光ダイオードに関し、とりわけ、エピタキシャル成長により形成されたｐｎ接合型の発光構造をｍ面ＧａＮ基板上に有するＧａＮ系発光ダイオードに関する。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、窒化物半導体、窒化物系化合物半導体などとも呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させることにより形成されたｐｎ接合型の発光構造をｍ面ＧａＮ基板上に有する半導体発光素子が公知である（非特許文献１〜４）。
【０００３】
非特許文献１〜３に開示されているのは発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、いずれの素子においても、ｍ面ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長したｎ型のＳｉドープＧａＮ層にｎ側オーミック電極が形成されている。非特許文献４に開示されているのはレーザダイオード（ＬＤ）であり、この素子ではｍ面ＧａＮ基板の裏面にｎ側オーミック電極が形成されている。このレーザダイオードの閾値電流はＣＷ駆動時で３６ｍＡ、パルス駆動時で２８ｍＡであり、閾値電圧は約７〜８Ｖとなっている。
【０００４】
ＧａＮ基板上に発光構造を形成した発光素子においては、ＧａＮ基板の裏面に良好なｎ側オーミック電極を形成することが難しいといわれている（特許文献１〜６）。そこで、特許文献２に記載された方法では、ＧａＮ基板の裏面を粒径１０μｍ以上の研磨剤で研磨して粗くすることにより、該裏面上に形成するｎ側オーミック電極の接触抵抗の低減が図られている。また、特許文献３に記載された方法では、同じ目的のために、ＧａＮ基板の裏面をウェットエッチングまたはドライエッチングで粗くしている。一方、特許文献４によれば、ＧａＮ基板の厚さを落とすためにその裏面をグラインディング、ラッピングまたはポリッシングしたときにダメージ層が形成され、これが良好なオーミック電極の形成を阻害するとのことである。そこで、該特許文献４に記載の方法では、研磨加工後のＧａＮ基板の裏面をドライエッチングまたはウェットエッチングで削っている。しかし、特許文献５には、ウェットエッチングではこの目的は達成できなかったと記載されている。特許文献６に記載された方法では、ＧａＮ基板の裏面をドライエッチングして、機械研磨により発生した結晶欠陥を含む部分を削り取ることにより、ＧａＮ基板とｎ側オーミック電極との接触抵抗の低減が図られている。なお、これら特許文献１〜６に記載された知見や発明は、基本的にはｃ面ＧａＮ基板に関するものである。
【０００５】
金属ワイヤ、金属バンプまたはハンダのような給電部材が接合される部品として発光ダイオードに必須なのが、素子表面に金属材料を用いて形成される電極パッドである。電極パッドは光透過性を有さないので、発光構造を流れる電流が光取出し方向から見て電極パッドの影となる部位に集中する発光ダイオードは、発光効率の低いものとなる。なぜなら、この部位で発生する光は電極パッドによる遮蔽と吸収を受けるので、素子外部に効率的に取り出せないからである。そこで、電流がこの部位に集中しないように、電極パッドと発光構造の間に電流ブロック構造として高抵抗膜（絶縁膜）または高抵抗領域を設けて、素子内を流れる電流の経路を制御することが行われている（特許文献７〜９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３４０５７１号公報
【特許文献２】特開２００２−１６３１２号公報
【特許文献３】特開２００４−７１６５７号公報
【特許文献４】特開２００３−５１６１４号公報
【特許文献５】特開２００３−３４７６６０号公報
【特許文献６】特開２００４−６７１８号公報
【特許文献７】特開平１−１５１２７４号公報
【特許文献８】特開平７−１９３２７９号公報
【特許文献９】特開１０−２２９２１９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Kuniyoshi Okamoto et al., JapaneseJournal of Applied Physics, Vol. 45, No. 45, 2006, pp. L1197-L1199
【非特許文献２】Mathew C. Schmidt et al., JapaneseJournal of Applied Physics, Vol. 46, No. 7, 2007, pp. L126-L128
【非特許文献３】Shih-Pang Chang et al., Journal ofThe Electrochemical Society, 157 (5) H501-H503 (2010)
【非特許文献４】Kuniyoshi Okamoto et al., JapaneseJournal of Applied Physics, Vol. 46, No. 9, 2007, pp. L187-L189
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に低接触抵抗のｎ側電極を形成した発光ダイオードを得ることに成功するとともに、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に異なる処理を行うことによって、該裏面に形成する電極の接触抵抗を変化させ得ることを見出した。
【０００９】
本発明はこの知見に基づきなされたものであり、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に形成されたｎ側電極を有し、素子内を流れる電流の経路を制御することにより発光効率を改善したＧａＮ系発光ダイオード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】
本発明によれば以下のＧａＮ系発光ダイオードが提供される。
（１）ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である基板と、該基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなりｐｎ接合型の発光構造を含むエピ層と、該基板の裏面に形成されたｎ側電極と、該エピ層の上面に形成された透光性のｐ側オーミック電極と、該ｐ側オーミック電極上の一部に形成されたｐ側電極パッドとを有し、
前記基板の裏面のうち前記ｎ側電極に覆われた領域には、ポリッシング仕上げされた領域である低接触抵抗領域と、ドライエッチング仕上げされた領域である高接触抵抗領域とが含まれ、
前記基板の裏面への前記ｐ側電極パッドの正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれる、ＧａＮ系発光ダイオード。
（２）前記ｐ側オーミック電極上に、前記ｐ側電極パッドに接続された補助電極が形成されており、前記基板の裏面への前記補助電極の正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれない、前記（１）のＧａＮ系発光ダイオード。
（３）ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である基板と、該基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなりｐｎ接合型の発光構造を含むエピ層と、該基板の裏面に形成された透光性のｎ側オーミック電極と、該ｎ側オーミック電極上の一部に形成されたｎ側電極パッドと、該エピ層の上面に形成されたｐ側電極とを有し、
前記基板の裏面のうち前記ｎ側オーミック電極に覆われた領域には、ポリッシング仕上げされた領域である低接触抵抗領域と、ドライエッチング仕上げされた領域である高接触抵抗領域とが含まれ、
前記基板の裏面への前記ｎ側電極パッドの正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれる、ＧａＮ系発光ダイオード。
（４）前記ｎ側オーミック電極上に、前記ｎ側電極パッドに接続された補助電極が形成されており、前記基板の裏面への前記補助電極の正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれない、前記（３）のＧａＮ系発光ダイオード。
（５）ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である基板と、該基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなりｐｎ接合型の発光構造を含むエピ層と、該基板の裏面に部分的に形成されたｎ側電極と、該エピ層の上面に形成されたｐ側電極とを有し、
前記ｎ側電極は、パッド部と、該パッド部に接続された補助部とを有し、
基板の裏面のうち前記ｎ側電極に覆われた領域には、ポリッシング仕上げされた領域である低接触抵抗領域と、ドライエッチング仕上げされた領域である高接触抵抗領域とが含まれ、
前記基板の裏面への前記パッド部の正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれる、ＧａＮ系発光ダイオード。
（６）前記基板の裏面への前記補助部の正射影の全部または一部が前記高接触抵抗領域に含まれない、前記（５）のＧａＮ系発光ダイオード。
（７）前記基板のキャリア濃度が１０１７ｃｍ−３である、前記（１）〜（６）のいずれかのＧａＮ系発光ダイオード。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態に係る上記のＧａＮ系発光ダイオードでは、素子内を流れる電流の経路を制御することにより、ｎ側電極とｐ側電極の少なくともいずれかに含まれる電極パッドによる光の遮蔽または吸収を抑制することができる。また、素子内を流れる電流の経路を制御し、発光構造を流れる電流の密度を均一化することにより、ドループ現象による発光効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明者等が試作したＧａＮ系発光ダイオードの構造を示す模式図であり、図１（ａ）は上面図、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】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオードの構造を模式的に示す図面であり、図２（ａ）はエピ層側から見た平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオードの構造を模式的に示す図面であり、図３（ａ）はエピ層側から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオードの構造を模式的に示す図面であり、図４（ａ）はエピ層側から見た平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオードの構造を模式的に示す図面であり、図５（ａ）は基板側から見た平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオードの構造を模式的に示す図面であり、図６（ａ）は基板側から見た平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るＧａＮ発光ダイオードの構造を模式的に示す図面であり、図７（ａ）は基板側から見た平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態１）
実施形態１に係るＧａＮ系発光ダイオードの構造を図２に模式的に示す。ＧａＮ系発光ダイオード１００は基板１１０と、その上にエピタキシャル成長したＧａＮ系半導体からなるエピ層１２０とを有している。図２（ａ）はＧａＮ系発光ダイオード１００をエピ層１２０側から見た平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【００１４】
基板１１０はｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板である。エピ層１２０はｐｎ接合を構成するｎ型層１２１とｐ型層１２３を含んでいる。ダブルヘテロ構造が形成されるように、ｎ型層１２１とｐ型層１２３との間には活性層１２２が設けられている。基板１１０の裏面にはオーミック電極と電極パッドを兼用するｎ側電極Ｅ１００が設けられ、エピ層１２０上には、透光性電極であるｐ側オーミック電極Ｅ２０１が設けられている。ｎ側電極Ｅ１００と、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１上の一部に形成されたｐ側電極パッドＥ２０２とを通してエピ層１２０に順方向電圧を印加することにより、活性層１２２で発光が生じる。この光は、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１を透過してＧａＮ系発光ダイオードの外部に放出される。また、この光の一部は、基板１１０の端面およびエピ層１２０の端面からも放出される。
【００１５】
ｎ側電極Ｅ１００は好ましくは積層構造とされる。その場合、基板１１０と接触する部分はＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、ＩＴＯのような、ｎ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成する材料を用いて形成し、その他部分はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような導電性の高い金属を用いて形成する。
【００１６】
ｐ側オーミック電極Ｅ２０１は、ＩＴＯのような透明導電性酸化物（ＴＣＯ；Transparent Conductive Oxide）を用いて形成される。ｐ側オーミック電極Ｅ２０１は、ｐ型層１２３の上面の全体を覆うように形成することが好ましい。ｐ側電極パッドＥ２０２は金属を用いて形成され、好ましくは積層構造とされる。ｐ側電極パッドＥ２０２を積層構造とする場合、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１と接する部分はＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈのような、ＴＣＯとの密着性に優れた金属で形成し、その他の部分はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような導電性の高い金属を用いて形成する。ＴＣＯで形成されるｐ側オーミック電極Ｅ２０１の厚さは好ましくは０．１μｍ〜０．５μｍであり、金属で形成されるｐ側電極パッドＥ２０２の厚さは好ましくは０．５μｍ〜５μｍである。
【００１７】
ｎ側電極Ｅ１００は基板１１０の裏面を全面的に覆っている。その基板１１０の裏面には、ｎ側電極Ｅ１００との接触抵抗が相対的に低い低接触抵抗領域１１２ａと、該接触抵抗が相対的に高い高接触抵抗領域１１２ｂとが存在している。低接触抵抗領域１１２ａはポリッシング仕上げされている。すなわち、ｎ側電極Ｅ１００を形成する前に低接触抵抗領域１１２ａに行われた最後の加工（洗浄は含まない）は、ポリッシング加工である。一方、高接触抵抗領域１１２ｂはドライエッチング仕上げされている。すなわち、ｎ側電極Ｅ１００を形成する前に高接触抵抗領域１１２ｂに行われた最後の加工は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のようなドライエッチング加工である。
【００１８】
本発明者等が実験的に確認したところによれば、ｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板を、酸性のＣＭＰスラリーを用いて、０．５μｍ／ｈ以下という低いポリッシングレートでポリッシング加工することにより得られる表面（ｍ面）には、低接触抵抗の電極を形成することができる。一方、ポリッシング加工後に更にドライエッチング加工を施したｍ面ＧａＮ基板の表面に形成した電極は、より高い接触抵抗を示す。
【００１９】
高接触抵抗領域１１２ｂは、基板１１０の裏面へのｐ側電極パッドＥ２０２の正射影の少なくとも一部を含んでいればよいが、好ましくは全部を含むように形成する。この構成によって、基板１１０およびエピ層１２０の内部を流れる電流が、ｐ側電極パッドＥ２０２とｎ側電極Ｅ１００とを最短距離で結ぶ経路（図２（ｂ）中に矢印で示す経路）に集中することが防止される。その結果として、この領域に電流が集中した場合と比べて、活性層１２２で発生する光がｐ側電極パッドＥ２０２により受ける遮蔽および吸収が低減される。加えて、活性層１２２を横切って流れる電流の密度がより均一となるので、ドループ現象（ＧａＮ系発光ダイオードに特有の、電流密度が高くなるにつれて発光効率が低下する現象）による発光効率低下が抑制される。
【００２０】
（実施形態２）
実施形態２に係るＧａＮ系発光ダイオードの構造を図３に模式的に示す。図３では、実施形態１のＧａＮ系発光ダイオードと共通する構成要素については同一の符号を付している。図３（ａ）はＧａＮ系発光ダイオード１００をエピ層１２０側から見た平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【００２１】
図３に示すＧａＮ系発光ダイオード１００では、ｐ側電極パッドＥ２０２に４つの補助電極Ｅ２０３が接続されている。したがって、金属ワイヤなどからｐ側電極パッドＥ２０２に供給される電流は、ライン状の補助電極Ｅ２０３によって横方向（エピ層１２０の厚さ方向に直交する方向）に拡げられたうえ、ｐ側オーミック電極Ｅ２０１に流れることになる。
【００２２】
基板１１０の裏面のうち、ｎ側電極Ｅ１００に覆われた領域には、高接触抵抗領域１１２ｂがｐ側電極パッドＥ２０２の正射影の少なくとも一部、好ましくは全部を含むように形成されている。従って、基板１１０およびエピ層１２０の内部を流れる電流が、ｐ側電極パッドＥ２０２とｎ側電極Ｅ１００とを最短距離で結ぶ経路に集中することが防止される。更に、ｐ側電極パッドＥ２０２に補助電極Ｅ２０３が接続されているので、エピ層１２０内を流れる電流はｐ側電極パッドＥ２０２から横方向に十分に離れた領域まで広げられる。
【００２３】
図３のＧａＮ系発光ダイオード１００では、補助電極Ｅ２０３の基板１１０の裏面への正射影が高接触抵抗領域１１２ｂに含まれていない。従って、補助電極Ｅ２０３からは直下の方向にも電流が流れるが、補助電極Ｅ２０３はｐ側電極パッドＥ２０２と異なり細長く形成されているので、その直下で起こる発光に及ぼす影響（遮蔽および吸収）は比較的小さい。一実施形態では、補助電極Ｅ２０３の基板１１０の裏面への正射影の全部または一部を含むように、高接触抵抗領域１１２ｂを形成することもできる。
【００２４】
（実施形態３）
実施形態３に係るＧａＮ系発光ダイオードの構造を図４に模式的に示す。図４では、実施形態１のＧａＮ系発光ダイオードと共通する構成要素については同一の符号を付している。図４（ａ）はＧａＮ系発光ダイオード１００をエピ層１２０側から見た平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【００２５】
図４に示すＧａＮ系発光ダイオード１００では、エピ層１２０とｐ側オーミック電極Ｅ２０１との間の、ｐ側パッド電極Ｅ１００の直下の位置に、絶縁膜Ｚ１００が形成されている。基板１１０の裏面に設けられた高接触抵抗領域１１２ｂと絶縁膜Ｚ１００という２つの電流ブロック構造が設けられることにより、基板１１０およびエピ層１２０の内部を流れる電流がｐ側電極パッドＥ２０２とｎ側電極Ｅ１００とを最短距離で結ぶ経路に集中することが、効果的に防止される。
【００２６】
（実施形態４）
実施形態４に係るＧａＮ系発光ダイオードの構造を図５に模式的に示す。図５では、実施形態１のＧａＮ系発光ダイオードと共通する構成要素については同一の符号を付している。図５（ａ）はＧａＮ系発光ダイオード１００を基板１１０側から見た平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【００２７】
図５に示すＧａＮ系発光ダイオード１００では、基板１１０の裏面に透光性電極であるｎ側オーミック電極Ｅ１０１が設けられ、エピ層１２０上にオーミック電極と電極パッドを兼用するｐ側電極Ｅ２００が設けられている。ｎ側オーミック電極Ｅ１０１上の一部に形成されたｎ側電極パッドＥ１０２と、ｐ側電極Ｅ２００とを通してエピ層１２０に順方向電圧を印加することにより、活性層１２２で発光が生じる。この光は、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１を透過してＧａＮ系発光ダイオードの外部に放出される。また、この光の一部は、基板１１０の端面およびエピ層１２０の端面からも放出される。
【００２８】
ｎ側オーミック電極Ｅ１０１は、ＩＴＯのような透明導電性酸化物（ＴＣＯ；Transparent Conductive Oxide）を用いて形成される。ｎ側電極パッドＥ１０２は金属を用いて形成され、好ましくは積層構造とされる。ｎ側電極パッドＥ１０２を積層構造とする場合、ｎ側オーミック電極Ｅ２０１と接する部分はＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈのような、ＴＣＯとの密着性に優れた金属で形成し、その他の部分はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような導電性の高い金属を用いて形成する。ＴＣＯで形成されるｎ側オーミック電極Ｅ１０１の厚さは好ましくは０．１μｍ〜０．５μｍであり、金属で形成されるｎ側電極パッドＥ１０２の厚さは好ましくは０．５μｍ〜５μｍである。
【００２９】
ｐ側電極Ｅ２００は好ましくは積層構造とされる。その場合、ｐ型層１２３と接触する部分はＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｏ、ＩＴＯのような、ｐ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成する材料を用いて形成し、その他の部分はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような導電性の高い金属を用いて形成する。ｐ側電極Ｅ２００は、ｐ型層１２３の上面の全体を覆うように形成することが好ましい。
【００３０】
ｎ側オーミック電極Ｅ１０１は基板１１０の裏面を全面的に覆っている。その基板１１０の裏面には、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１との接触抵抗が相対的に低い低接触抵抗領域１１２ａと、該接触抵抗が相対的に高い高接触抵抗領域１１２ｂとが存在している。低接触抵抗領域１１２ａはポリッシング仕上げされた領域であり、高接触抵抗領域１１２ｂはドライエッチング仕上げされた領域である。
【００３１】
高接触抵抗領域１１２ｂはｎ側電極パッドＥ１０２の直下に設けられる。高接触抵抗領域１１２ｂは、基板１１０の裏面へのｎ側電極パッドＥ１０２の正射影の少なくとも一部を含んでいればよいが、好ましくは全部を含むように形成する。この構成によって、基板１１０およびエピ層１２０の内部を流れる電流が、ｐ側電極Ｅ２００とｎ側電極パッドＥ１０２とを最短距離で結ぶ経路（図６（ｂ）中に矢印で示す経路）に集中することが防止される。その結果として、この領域に電流が集中した場合と比べて、活性層１２２で発生する光がｎ側電極パッドＥ１０２により受ける遮蔽および吸収が低減される。加えて、活性層１２２を横切って流れる電流の密度がより均一となるので、ドループ現象（ＧａＮ系発光ダイオードに特有の、電流密度が高くなるにつれて発光効率が低下する現象）による発光効率低下が抑制される。
【００３２】
（実施形態５）
実施形態５に係るＧａＮ系発光ダイオードの構造を図６に模式的に示す。図６では、実施形態１のＧａＮ系発光ダイオードと共通する構成要素については同一の符号を付している。図６（ａ）はＧａＮ系発光ダイオード１００を基板１１０側から見た平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【００３３】
図６に示すＧａＮ系発光ダイオード１００では、ｎ側電極パッドＥ１０２に４つの補助電極Ｅ１０３が接続されている。したがって、金属ワイヤなどからｎ側電極パッドＥ１０２に供給される電流は、ライン状の補助電極Ｅ１０３によって横方向（基板層１１０の厚さ方向に直交する方向）に拡げられたうえ、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１に流れることになる。
【００３４】
基板１１０の裏面のうち、ｎ側オーミック電極Ｅ１０１に覆われた領域には、高接触抵抗領域１１２ｂがｎ側電極パッドＥ１０２の正射影の少なくとも一部、好ましくは全部を含むように形成されている。従って、基板１１０およびエピ層１２０の内部を流れる電流が、ｐ側電極Ｅ２００とｎ側電極パッドＥ１０２とを最短距離で結ぶ経路に集中することが防止される。更に、ｎ側電極パッドＥ１０２に補助電極Ｅ１０３が接続されているので、エピ層１２０内を流れる電流はｎ側電極パッドＥ１０２から横方向に十分に離れた領域まで広げられる。
【００３５】
図６のＧａＮ系発光ダイオード１００では、補助電極Ｅ１０３の基板１１０の裏面への正射影が高接触抵抗領域１１２ｂに含まれていない。従って、補助電極Ｅ１０３からは直下の方向にも電流が流れるが、補助電極Ｅ１０３はｎ側電極パッドＥ２０２と異なり細長く形成されているので、その直下で起こる発光に及ぼす影響（遮蔽および吸収）は比較的小さい。一実施形態では、補助電極Ｅ１０３の基板１１０の裏面への正射影の全部または一部を含むように、高接触抵抗領域１１２ｂを形成することもできる。
【００３６】
（実施形態６）
実施形態６に係るＧａＮ系発光ダイオードの構造を図７に模式的に示す。図７では、実施形態１のＧａＮ系発光ダイオードと共通する構成要素については同一の符号を付している。図７（ａ）はＧａＮ系発光ダイオード１００を基板１１０側から見た平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。
【００３７】
図７に示すＧａＮ系発光ダイオード１００では、ｎ側電極Ｅ１００はオーミック電極であるｎ側電極Ｅ１００が、基板１１０の裏面に直接形成されている。ｎ側電極Ｅ１００は、電極パッドを兼用するパッド部Ｅ１００ａと、該パッド部Ｅ１００ａに接続され、十文字パターン（枝分かれした線状パターンともいえる）を呈する補助部Ｅ１００ｂとを有している。
【００３８】
ｎ側電極Ｅ１００は、好ましくは、基板１１０と接触する部分をＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、ＩＴＯのような、ｎ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成する材料を用いて形成し、その他部分をＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのような、導電性の高い金属を用いて形成する。
【００３９】
基板１１０の裏面のうち、ｎ側電極Ｅ１００に覆われた領域には、高接触抵抗領域１１２ｂがｎ側電極のパッド部Ｅ１００ａの正射影の少なくとも一部、好ましくは全部を含むように形成されている。従って、ｎ側電極Ｅ１００から基板１１０に注入されるキャリア（電子）は、パッド部Ｅ１００ａから直接ではなく、補助部Ｅ１００ｂによって横方向に拡げられたうえで基板１１０に注入される。従って、高接触抵抗領域１１２ｂを設けない場合に比べて、エピ層１２０内の発光構造を流れる電流の密度が均一となる。なお、補助部Ｅ１００ｂからは直下の方向にも電流が流れるが、補助部Ｅ１００ｂはパッド部Ｅ１００ａと異なり細長く形成されているので、その直下で起こる発光に及ぼす影響（遮蔽および吸収）は小さい。
【００４０】
（実験結果）
本発明者によるＧａＮ系発光ダイオード（以下では単に「ＬＥＤ」ともいう）の試作および評価の結果を以下に記す。
１．試作したＬＥＤの基本構造
図１に、試作したＬＥＤの基本構造を模式的に示す。図１（ａ）は上面図、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１（ａ）に示すように、ＬＥＤ１の平面形状は矩形であり、サイズは３５０μｍ×３４０μｍである。
【００４１】
図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１は、基板１０の上にＧａＮ系半導体からなる半導体積層体２０を有している。基板１０はｍ面ＧａＮ基板であり、半導体積層体２０は該基板１０のおもて面１１上に配置されている。半導体積層体２０は基板１０側から順に、第１のアンドープＧａＮ層２１、Ｓｉドープされたｎ型ＧａＮコンタクト層２２、第２のアンドープＧａＮ層２３、Ｓｉドープされたｎ型ＧａＮクラッド層２４、ＭＱＷ活性層２５、Ｍｇドープされたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．9Ｎクラッド層２６、Ｍｇドープされたｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎコンタクト層２７を有している。
【００４２】
ＭＱＷ活性層２５は、交互に積層されたアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎバリア層とアンドープＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎウェル層とを有している。アンドープＩｎＧａＮバリア層の数は４層、アンドープＩｎＧａＮウェル層の数は３層であり、ゆえに、ＭＱＷ活性層２５の最下層と最上層はいずれもバリア層である。ウェル層の組成は発光ピーク波長が４４５〜４６５ｎｍの範囲内に入るように調整されたものである。
【００４３】
ＬＥＤ１は２つのｎ側電極と１つのｐ側電極を有している。ｎ側電極のひとつは第１のｎ側メタルパッドＥ１１であり、基板１０の裏面１２全体を覆うように設けられている。もうひとつは第２のｎ側メタルパッドＥ１２であり、半導体積層体２０を一部除去することにより露出したｎ型ＧａＮコンタクト層２２の表面上に形成されている。第１のｎ側メタルパッドＥ１１と第２のｎ側メタルパッドＥ１２は、どちらもオーミック電極を兼用している。ｐ側電極を構成するのは、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２７の上面に形成されたオーミック性の透光性電極Ｅ２１と、該透光性電極Ｅ２１上の一部に形成されたｐ側メタルパッドＥ２２である。ＭＱＷ活性層２５への電流印加は、第１のｎ側メタルパッドＥ１１とｐ側メタルパッドＥ２２を通して行うこともできるし、第２のｎ側メタルパッドＥ１２とｐ側メタルパッドＥ２２を通して行うこともできる。
【００４４】
第１のｎ側メタルパッドＥ１１は多層膜であり、基板１０側から順にＴｉＷ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を有している。第２のｎ側メタルパッドＥ１２も同様の積層構造を備える多層膜であり、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２側から順にＴｉＷ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を有している。透光性電極Ｅ２１はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜である。ｐ側メタルパッドＥ１２は第１のｎ側メタルパッドＥ１１および第２のｎ側メタルパッドＥ１２と同様の積層構造を備える多層膜であり、透光性電極Ｅ２１側から順にＴｉＷ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｐｔ層、Ａｕ層を有している。
２．ＬＥＤの試作
ＬＥＤ１を次の手順により作製した。
２−１．エピタキシャル成長
サイズが７ｍｍ（ｃ軸方向）×１５ｍｍ（ａ軸方向）×３３０μｍ（厚さ）、おもて面（半導体積層体を設ける側の主面）のオフ角が０±０．５°の範囲内で、ｎ型不純物としてＳｉが添加されたｎ型導電性のｍ面ＧａＮ基板を準備した。ホール測定により調べた該ｍ面ＧａＮ基板のキャリア濃度は１．３×１０１７ｃｍ−３であった。
【００４５】
このｍ面ＧａＮ基板のおもて面上に、常圧ＭＯＶＰＥ法を用いて複数のＧａＮ系半導体層をエピタキシャル成長させて半導体積層体を形成した。ＩＩＩ族原料にはＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）およびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｖ族原料にはアンモニア、Ｓｉ原料にはシラン、Ｍｇ原料にはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ）を用いた。
【００４６】
各層の成長温度および膜厚を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2013074071.tif 000003
【００４８】
ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＧａＮクラッド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層に添加した不純物の濃度は表２に示す通りである。
【００４９】
【表２】
2013074071.tif 000004
【００５０】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層に添加したＭｇの活性化は、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を所定時間成長させた後、ＭＯＶＰＥ装置の成長炉内で基板温度が室温まで降下する間に、該成長炉内に流す窒素ガスおよびアンモニアガスの流量を制御する方法を用いて行った。
２−２．ｐ側電極および第２のｎ側メタルパッドの形成
上記エピタキシャル成長により形成した半導体積層体の表面（ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の表面）に、電子ビーム蒸着法によりＩＴＯ膜を２１０ｎｍの厚さに形成した。続いて、フォトリソグラフィとエッチングの技法を用いて、このＩＴＯ膜を所定の形状にパターニングして、透光性電極を形成した。パターニング後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）加工により半導体積層体の一部を除去して、第２のｎ側メタルパッドを形成すべき部位にｎ型ＧａＮコンタクト層を露出させるとともに、メサ形成を行った。ＲＩＥ加工においては、エッチングガスとしてＣｌ２を用い、アンテナ／バイアスを１００Ｗ／２０Ｗ、チャンバー内圧力を０．５Ｐａと設定した。
【００５１】
ＲＩＥ加工に続いて、上記作製したＩＴＯ膜に対し、大気雰囲気中、５２０℃で２０分間の熱処理を施した。更に続けて、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置を用いて、このＩＴＯ膜に対し、窒素ガス雰囲気中、５００℃で１分間の熱処理を施した。
【００５２】
ＩＴＯ膜の熱処理後、リフトオフ法を用いて、第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを同時に所定のパターンに形成した。第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを構成するメタル多層膜に含まれる全ての層（ＴｉＷ層、Ａｕ層およびＰｔ層）は、スパッタリング法で形成した。ＴｉＷ膜を形成する際は、ターゲットにＴｉ含有量が１０ｗｔ％のＴｉ−Ｗターゲット、スパッタガスにＡｒ（アルゴン）を使用し、スパッタ条件はＲＦ電力８００Ｗ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、スパッタガス圧２．２×１０−1Ｐａとした。最下層であるＴｉＷ層とその直上に積層するＡｕ層の厚さは１０８ｎｍとし、それ以外のＰｔ層およびＡｕ層の厚さはいずれも８９ｎｍとした。
【００５３】
第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを形成した後、露出した半導体積層体の表面および透光性電極の表面に、ＳｉＯ２からなるパッシベーション膜を２３０ｎｍの厚さに形成した。
２−３．ｍ面ＧａＮ基板の裏面の加工
上記パッシベーション膜の形成後、ｍ面ＧａＮ基板の裏面に対し、以下に加工ａ〜加工ｄとして記す４通りの異なる加工を行った。
【００５４】
加工ａ：ｍ面ＧａＮ基板の裏面にラッピングおよびポリッシングをこの順に施すことにより、該基板の厚さを２００μｍに減じた。
【００５５】
ラッピング工程では、定法に従い、使用するダイヤモンド砥粒の粒径を段階的に小さくしていった。
【００５６】
ポリッシング工程では、酸性コロイダルシリカ（粒径７０〜１００ｎｍ）に酸を添加してｐＨを２未満に調整したＣＭＰスラリーを用い、ポリッシングレートが０．５μｍ／ｈとなるように荷重を調整し、ポリッシング加工時間は約１４時間とした。この条件でポリッシュされたｍ面ＧａＮ基板の表面は、ＡＦＭ（例えばDIGITAL INSTRUMENTS社製 DIMENSION 5000）を用いて測定される１０μｍ角の範囲の算術平均粗さＲａが０．１ｎｍ以下となる。
【００５７】
ポリッシングされた面（ｍ面ＧａＮ基板の裏面）は水で洗った後、更に室温のＩＰＡおよびアセトンを用いて洗浄し、乾燥後に５分間の紫外線オゾン洗浄（１１０℃、酸素流量５Ｌ／分）を施した。
【００５８】
加工ｂ：加工ａを行った後、更に、ＲＩＥによってｍ面ＧａＮ基板の裏面から表層部分を削り取った。ＲＩＥ条件は上記２−２．で半導体積層体に対してＲＩＥ加工を施したときの条件と同じとし、エッチング深さが０．１μｍとなるよう、エッチング時間を６０秒に設定した。ＲＩＥ加工後の表面の粗さを触針式段差計（株式会社小坂研究所製ＥＴ３０００）で測定したところ、算術平均粗さＲａは０．０２μｍ、最大高さＲｚは０．０４μｍであった。
【００５９】
加工ｃ：加工ａを行った後、更に、ＲＩＥによってｍ面ＧａＮ基板の裏面から表層部分を削り取った。ＲＩＥ条件は上記２−２．で半導体積層体に対してＲＩＥ加工を施したときの条件と同じとし、エッチング深さが１．０μｍとなるよう、エッチング時間を６１０秒に設定した。ＲＩＥ加工後の表面の粗さを触針式段差計で測定したところ、算術平均粗さＲａは０．０６μｍ、最大高さＲｚは０．５５μｍであった。
【００６０】
加工ｄ：加工ａを行った後、更に、ＲＩＥによってｍ面ＧａＮ基板の裏面から表層部分を削り取った。ＲＩＥ条件は上記２−２．で半導体積層体に対してＲＩＥ加工を施したときの条件と同じとし、エッチング深さが２．０μｍとなるよう、エッチング時間を１２２０秒に設定した。ＲＩＥ加工後の表面の粗さを触針式段差計で測定したところ、算術平均粗さＲａは０．０７〜０．１２μｍ、最大高さＲｚは１．３０μｍであった。
２−４．第１のｎ側メタルパッドの形成
上記加工ａ〜ｄのいずれかを行ったｍ面ＧａＮ基板の裏面に、第１のｎ側メタルパッドとなるメタル多層膜を形成した。このメタル多層膜に含まれる全ての層（ＴｉＷ層、Ａｕ層およびＰｔ層）は、スパッタリング法で形成した。ＴｉＷ膜を形成する際は、ターゲットにＴｉ含有量が１０ｗｔ％のＴｉ−Ｗターゲット、スパッタガスにＡｒ（アルゴン）を使用し、スパッタ条件はＲＦ電力８００Ｗ、Ａｒ流量５０ｓｃｃｍ、スパッタガス圧２．２×１０−1Ｐａとした。最下層であるＴｉＷ層とその直上に積層するＡｕ層の厚さは１０８ｎｍとし、それ以外のＰｔ層およびＡｕ層の厚さはいずれも８９ｎｍとした。
【００６１】
上記メタル多層膜の形成後、スクライブおよびブレーキングを行うことによりウェハを分断し、ＬＥＤ素子をチップにした。上記メタル多層膜はこの工程でＧａＮ基板と共に分断した。従って、第１のｎ側メタルパッドの平面形状はｍ面ＧａＮ基板の裏面の形状と同じとなった。また、第１のｎ側メタルパッドのサイズはチップサイズと略同じ３５０μｍ×３４０μｍとなった。
２−５．順方向電圧の評価
上記手順にて得たＬＥＤチップに対して、第１のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを通して電流を印加したときの順方向電圧（Ｖｆ１）と、第２のｎ側メタルパッドとｐ側メタルパッドを通して電流を印加したときの順方向電圧（Ｖｆ２）を比較した。印加電流はパルス幅１ｍｓｅｃ、パルス周期１００ｍｓｅｃのパルス電流とし、電流値は２０ｍＡおよび６０ｍＡの２通りとした。結果を表３に示す。
【００６２】
【表３】
2013074071.tif 000005
【符号の説明】
【００６３】
１００  ＧａＮ系発光ダイオード
１１０  基板
１１２ａ  低接触抵抗領域
１１２ｂ  高接触抵抗領域
１２０  エピ層
１２１  ｎ型層
１２２  活性層
１２３  ｐ型層
Ｅ１００  ｎ側電極
Ｅ１０１  ｎ側オーミック電極
Ｅ１０２  ｎ側電極パッド
Ｅ１０３  補助電極
Ｅ２００  ｐ側電極
Ｅ２０１  ｐ側オーミック電極
Ｅ２０２  ｐ側電極パッド
Ｅ２０３  補助電極
【図１】
2013074071.tif 000006
【図２】
2013074071.tif 000007
【図３】
2013074071.tif 000008
【図４】
2013074071.tif 000009
【図５】
2013074071.tif 000010
【図６】
2013074071.tif 000011
【図７】
2013074071.tif 000012