(57)【要約】【課題】半導体発光素子の電力効率の低下を抑制する。【解決手段】実施形態の半導体発光素子は、第１導電形の第１半導体層と、発光層と、前記第１半導体層とのあいだに前記発光層を挟む第２導電形の第２半導体層と、前記発光層が設けられていない前記第１半導体層に電気的に接続され、接続された前記第１半導体層から前記第１半導体層の外側に延在する第１導電層と、前記第１半導体層の外側に延在した前記第１導電層の上に設けられ、金属を含む第１の層と、前記第１導電層に、前記第１の層を介して電気的に接続されたパッド電極と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電形の第１半導体層と、
発光層と、
前記第１半導体層とのあいだに前記発光層を挟む第２導電形の第２半導体層と、
前記発光層が設けられていない前記第１半導体層に電気的に接続され、接続された前記第１半導体層から前記第１半導体層の外側に延在する第１導電層と、
前記第１半導体層の外側に延在した前記第１導電層の上に設けられ、金属を含む第１の層と、
前記第１の層を介して前記第１導電層に電気的に接続されたパッド電極と、
を備えた半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１の層の上に設けられた絶縁層をさらに備え、
前記パッド電極は、前記絶縁層から露出された前記第１の層に接続されている請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１の層は、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）の少なくとも１つを含む請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の層は、金（Ａｕ）を含む層の上にニッケル（Ｎｉ）を含む層が積層された層、または金（Ａｕ）を含む層の上に白金（Ｐｔ）を含む層とチタン（Ｔｉ）を含む層とが交互に積層された層である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１の層は、窒素および酸素の少なくともいずれかを含む請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１の層は、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記窒素を含む前記第１の層の厚さは、５０ｎｍ以上である請求項５または６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１導電層は、アルミニウム（Ａｌ）および銀（Ａｇ）の少なくともいずれかを含む請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
第１導電形の第１半導体層と、発光層と、前記第１半導体層とのあいだに前記発光層を挟む第２導電形の第２半導体層と、を有する積層体であり、前記発光層が設けられていない前記第１半導体層を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層を選択的に覆い、金属を含む第１の層を形成する工程と、
前記発光層が設けられていない前記第１半導体層に接続され、前記第１の層を覆う第１導電層を形成する工程と、
前記第１半導体層の一部を除去し、前記第１の層の上の前記絶縁層を露出させる工程と、
前記絶縁層から前記第１の層を露出させる工程と、
前記第１の層に電気的に接続されるパッド電極を形成する工程と、
を備えた半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子は、ｐ形半導体層、発光層、およびｎ形半導体層を含む積層体を有する。発光層は、ｎ形半導体層とｐ形半導体層との間に設けられている。ｎ形半導体層には、導電層が接続され、導電層は積層体の外側にまで延出する。この導電層には、接続用端子であるパッド電極が接続される。また、導電層は、発光層から放出された光を反射する反射層としても機能する。導電層の材料としては、窒化物半導体へのオーミック特性を示し、高い反射率を持つ材料が用いることが有効である。
【０００３】
しかし、このような材料を含む導電層は、表面に自然酸化膜が形成される場合がある。自然酸化膜が形成されると、パッド電極と導電層との間の抵抗が高くなってしまう。また、製造過程において、導電層が、薬品やエッチングガス等に晒される場合がある。すると、導電層が腐食して、導電層の反射率が低下してしまう。このような現象が起きると、半導体発光素子の電力効率が低下する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９８９７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、電力効率を向上させる半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体発光素子は、第１導電形の第１半導体層と、発光層と、前記第１半導体層とのあいだに前記発光層を挟む第２導電形の第２半導体層と、前記発光層が設けられていない前記第１半導体層に電気的に接続され、接続された前記第１半導体層から前記第１半導体層の外側に延在する第１導電層と、前記第１半導体層の外側に延在した前記第１導電層の上に設けられ、金属を含む第１の層と、前記第１導電層に、前記第１の層を介して電気的に接続されたパッド電極と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の要部の模式的断面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の要部の模式的平面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の要部の製造過程を表す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の要部の製造過程を表す模式的断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｂ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の要部の製造過程を表す模式的断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｂ）は、本実施形態に係る保護層の製造過程の第１例を表す模式的断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｂ）は、本実施形態に係る保護層の製造過程の第２例を表す模式的断面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）のばらつきを表すグラフである。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）の時径を表すグラフである。
【図９】図９は、本実施形態に係る半導体発光素子のシート抵抗に係る保護層の厚さ依存を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。図面には、ＸＹＺ座標を示す場合がある。実施形態において、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でもよく、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形でもよい。以下の例では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形とする。
【０００９】
図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の要部の模式的断面図であり、図１（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光素子の要部の模式的平面図である。
【００１０】
図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ１−Ａ２線に沿った位置での断面が表されている。
【００１１】
図１（ｂ）は、透過模式図であり、実施形態に係る半導体発光素子の一部の透過図と平面図とが示されている。図１（ａ）、（ｂ）に例示される構造は、一例であり、例示された構造に限られるものではない。
【００１２】
本実施形態に係る半導体発光素子１は、第１半導体層（以下、例えば、半導体層１０）と、発光層３０と、第２半導体層（以下、例えば、半導体層２０）と、第１導電層（以下、例えば、導電層４１）と、第１の層（以下、例えば、保護層４５）と、パッド電極４４と、を備える。
【００１３】
半導体層１０は、第１面（以下、例えば、上面１４）と、上面１４に反対の第２面（以下、例えば、下面１６）と、を有する。半導体層１０の導電形は、第１導電形（以下、例えば、ｎ形）である。発光層３０は、半導体層１０の下面１６に選択的に設けられている。半導体層２０は、半導体層１０とのあいだに発光層３０を挟んでいる。半導体層２０の導電形は、第２導電形（以下、例えば、ｐ形）である。実施形態では、半導体層２０、発光層３０、および半導体層１０を含めて、半導体発光部１５とする。
【００１４】
導電層４１は、発光層３０が設けられていない半導体層１０の下面１６に電気的に接続されている。導電層４１は、導電層４１が電気的に接続された半導体層１０から半導体層１０の外側に延在している。すなわち、導電層４１は、半導体層１０の下面１６から半導体層１０の外側に延在している。保護層４５は、半導体層１０の外側に延在した導電層４１の上に設けられている。保護層４５は、金属を含む。パッド電極４４は、導電層４１に、保護層４５を介して電気的に接続されている。
【００１５】
導電層４１は、例えば、Ｔｉ膜（例えば、膜厚；５０ｎｍ）／Ａｌ膜（例えば、膜厚；２００ｎｍ）の順に積層された層である。また、導電層４１は、例えば、Ａｌ膜（例えば、膜厚；２００ｎｍ）の単層であってもよい。導電層４１は、例えば、下層から、Ｔｉ膜（例えば、膜厚；５０ｎｍ）／Ａｇ膜（例えば、膜厚；２００ｎｍ）の順に積層された層であってもよい。導電層４１は、例えば、Ａｇ膜（例えば、膜厚；２００ｎｍ）の単層であってもよい。
【００１６】
保護層４５は、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）の少なくとも１つを含む。保護層４５は、金（Ａｕ）を含む層の上に、ニッケル（Ｎｉ）を含む層が積層された層、または金（Ａｕ）を含む層の上に、白金（Ｐｔ）を含む層とチタン（Ｔｉ）を含む層とが交互に積層された層である。
【００１７】
例えば、保護層４５は、例えば、Ａｕ膜（例えば、膜厚；５０ｎｍ）／Ｎｉ膜（例えば、膜厚；１０ｎｍ）の順に積層された層である。保護層４５は、例えば、Ａｕ膜（例えば、膜厚；５０ｎｍ）／Ｐｔ膜（例えば、膜厚；２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下）／Ｔｉ膜（例えば、膜厚；１０ｎｍ）の順に積層された層である。保護層４５は、例えば、Ａｕ膜（例えば、膜厚；５０ｎｍ）／Ｐｔ膜（例えば、膜厚；２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下）／Ｔｉ膜（例えば、膜厚；１０ｎｍ）／Ｐｔ膜（例えば、膜厚；２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下）／Ｔｉ膜（例えば、膜厚；１０ｎｍ）の順に積層された層である。
【００１８】
保護層４５は、窒素および酸素の少なくともいずれかを含む。例えば、保護層４５は、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む。窒化チタン（ＴｉＮ）を含む保護層４５は、例えば、単層である。保護層４５が窒素を含む場合、その厚さは、５０ｎｍ以上であり、好ましくは、１００ｎｍ以上である。例えば、保護層４５が窒化チタンを含む場合、その厚さは、５０ｎｍ以上であり、好ましくは、１００ｎｍ以上である。窒化チタン（ＴｉＮ）を含む保護層４５には、例えば、酸素（Ｏ）が含まれてもよい。
【００１９】
保護層４５の上には、絶縁層８９が設けられている。パッド電極４４は、絶縁層８９から露出された保護層４５に接続されている。
【００２０】
半導体発光素子１について、さらに詳細に説明する。  
半導体発光素子１において、裏面電極６５の上に、支持基板６４が設けられている。支持基板６４は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、半導体層１０と重なる。支持基板６４の面積は、半導体層１０の面積以上である。支持基板６４には、例えば、Ｓｉなどの半導体基板が用いられる。支持基板６４として、ＣｕまたはＣｕＷなどの金属基板を用いてもよい。支持基板６４に、めっき層（厚膜めっき層）を用いてもよい。すなわち、支持基板６４は、めっきにより形成されてもよい。
【００２１】
支持基板６４の半導体発光部１５とは反対側には、裏面電極６５が設けられている。裏面電極６５には、例えばＴｉ膜／Ｐｔ膜／Ａｕ膜の積層膜が用いられる。このとき、Ａｕ膜と支持基板６４との間にＰｔ膜が配置され、Ｐｔ膜と支持基板６４との間にＴｉ膜が配置される。
【００２２】
支持基板６４の上には、金属層５１が設けられている。金属層５１の半導体発光部１５側には、反射率は低いが、密着性が高い金属を用いることができる。この密着性が高い金属においては、金属層５２、および層間絶縁層８０、８５との密着性が良好である。この金属として、例えば、Ｔｉ（チタン）またはＴｉＷ（チタン−タングステン）が用いられる。また、金属層５１には、例えば、Ｔｉ膜／Ｐｔ膜／Ａｕ膜の積層膜が用いられてもよい。このとき、Ａｕ（金）膜と半導体発光部１５との間に、Ｐｔ（白金）膜が配置され、Ｐｔ膜と半導体発光部１５との間にＴｉ（チタン）膜が配置される。
【００２３】
支持基板６４と金属層５１との間には、接合層を設けてもよい。支持基板６４は、導電性である。裏面電極６５は、支持基板６４を介して金属層５１と接続される。
【００２４】
金属層５１の上には、金属層５２が設けられている。金属層５１は、支持基板６４と半導体発光部１５との間に配置されている。支持基板６４と金属層５２とは、金属層５１を介して電気的に接続される。
【００２５】
金属層５２は、半導体層２０と金属層５１との間に設けられている。金属層５２は、接触金属部５２ｃと、その下に設けられた周辺金属部５２ｐと、を含む。金属層５２は、ｐ側電極となる。金属層５２は、光反射性である。金属層５２には、例えば、ＡｌおよびＡｇの少なくともいずれかを用いることができる。
【００２６】
接触金属部５２ｃは、例えば、半導体層２０に対してオーミック接触する。接触金属部５２ｃは、発光光に対して高い反射率を有することが好ましい。接触金属部５２ｃの反射率を高めることで、光取り出し効率が向上する。光取出し効率とは、発光層３０で発生した光の全光束のうち、半導体発光素子１の外部へ取り出すことができる光の全光束の割合を意味する。接触金属部５２ｃは、例えばＡｇを含む。
【００２７】
周辺金属部５２ｐは、例えば、接触金属部５２ｃの少なくとも一部を覆う。周辺金属部５２ｐは、接触金属部５２ｃと電気的に接続されている。周辺金属部５２ｐは、発光光に対して高い反射率を有することが好ましい。周辺金属部５２ｐの反射率を高めることで、光取り出し効率が向上する。周辺金属部５２ｐは、例えば、Ａｇを含む。
【００２８】
金属層５２の上に、半導体発光部１５が設けられる。半導体発光部１５は、少なくとも接触金属部５２ｃの上に配置される部分を有する。接触金属部５２ｃは、半導体発光部１５と接している。
【００２９】
実施形態では、金属層５１から半導体発光部１５に向かう方向を第１方向（以下、例えば、Ｚ軸方向）とする。また、Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。例えば、半導体発光部１５は、Ｚ軸方向において金属層５１と離れている。金属層５１をＸ−Ｙ平面（Ｚ軸方向に対して垂直な平面）に投影したときの形状は、例えば、矩形である（不図示）。また、半導体発光部１５をＸ−Ｙ平面に投影したときの形状は、例えば、矩形である。ただし、実施形態において、金属層５１および半導体発光部１５のそれぞれの形状は、任意である。
【００３０】
半導体層１０は、第１半導体部分１１と、第２半導体部分１２と、を含む。第２半導体部分１２は、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な方向において、第１半導体部分１１と並ぶ。半導体層２０は、第１半導体部分１１と、金属層５２（接触金属部５２ｃ）と、の間に設けられる。発光層３０は、第１半導体部分１１と半導体層２０との間に設けられる。
【００３１】
半導体層２０は、半導体層１０と、接触金属部５２ｃと、の間に設けられている。発光層３０は、半導体層１０と半導体層２０との間に設けられている。
【００３２】
半導体層１０、半導体層２０および発光層３０は、それぞれ窒化物半導体を含む。半導体層１０、半導体層２０および発光層３０は、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を含む。
【００３３】
半導体層１０は、例えば、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層と、Ｓｉドープｎ形ＡｌＧａＮクラッド層と、を含む。Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層と、発光層３０との間に、Ｓｉドープｎ形ＡｌＧａＮクラッド層が配置される。半導体層１０は、ＧａＮバッファ層をさらに含んでもよく、ＧａＮバッファ層とＳｉドープｎ形ＡｌＧａＮクラッド層との間に、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層が配置される。この場合には、ＧａＮバッファ層に開口部が設けられ、導電層４１は、開口部を介して、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層に接続される。
【００３４】
発光層３０は、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。ＭＱＷ構造においては、例えば、複数のバリア層と、複数の井戸層と、が交互に積層される。例えば、井戸層には、ＡｌＧａＩｎＮが用いられる。例えば、井戸層には、ＧａＩｎＮが用いられる。
【００３５】
本願明細書において、積層される状態は、直接接している状態に加え、間に別の要素が挿入される状態も含む。
【００３６】
バリア層には、例えば、Ｓｉドープｎ形ＡｌＧａＮが用いられる。例えば、バリア層には、Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎが用いられる。バリア層の厚さは、例えば、２ｎｍ以上３０ｍ以下である。複数のバリア層のうちで、最も半導体層２０に近いバリア層（ｐ側バリア層）は、他のバリア層とは、異なってもよく、厚くても、薄くてもよい。
【００３７】
発光層３０から放出される光（発光光）の波長（ピーク波長）は、例えば、２１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。発光光のピーク波長は、例えば、３７０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下でもよい。
【００３８】
半導体層２０は、例えば、ノンドープＡｌＧａＮスペーサ層と、Ｍｇドープｐ形ＡｌＧａＮクラッド層と、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と、を含む。高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と発光層３０との間に、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層が配置される。Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と発光層３０との間に、Ｍｇドープｐ形ＡｌＧａＮクラッド層が配置される。Ｍｇドープｐ形ＡｌＧａＮクラッド層と発光層３０との間に、ノンドープＡｌＧａＮスペーサ層が配置される。例えば、半導体層２０は、ノンドープＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎスペーサ層、Ｍｇドープｐ形Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ｎクラッド層、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層、および、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層を含む。
【００３９】
なお、上記の半導体層において、組成、組成比、不純物の種類、不純物濃度、および厚さは、例であり、種々の変形が可能である。
【００４０】
上述した導電層４１は、金属層５１と第２半導体部分１２との間に設けられる。導電層４１は、パッド電極４４に電気的に接続される。導電層４１の反射率は、高いことが好ましい。例えば、導電層４１は、ＡｌおよびＡｇの少なくともいずれかを含む。実施形態において、導電層４１と第２半導体部分１２との間に、別の導電層を設けてもよい。導電層４１を設けることで、半導体発光素子１においては、半導体発光部１５の上面には電極等の光遮蔽膜を設けずに済む。このため、半導体発光素子１においては、高い光取り出し効率が得られる。また、導電層４１の材料としては、半導体層１０へのオーミック接触性と、高い光反射率と、を兼ね備えたアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。
【００４１】
パッド電極４４は、金属層５１の半導体発光部１５に対向する面（上面５１ｕ）側に設けられる。Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、パッド電極４４は、半導体発光部１５と重ならない。パッド電極４４は、例えば、Ｔｉ膜（例えば、膜厚；１０ｎｍ）／Ｐｔ膜（膜厚；１００ｎｍ）／Ａｕ膜（膜厚；１０００ｎｍ）の順に積層された電極である。
【００４２】
半導体発光素子１においては、光反射性の金属層５３が設けられている。金属層５３には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）および銀（Ａｇ）の少なくともいずれかを用いることができる。金属層５３をＸ−Ｙ平面に投影したときに、金属層５３は、例えば、半導体発光部１５の周辺部に重なる（不図示）。半導体発光部１５をＸ−Ｙ平面に投影したときに、例えば、半導体発光部１５の中心部は、光反射性の金属層５２と重なり、周辺部は、金属層５３と重なる（不図示）。
【００４３】
半導体発光素子１は、半導体発光部１５から放出された光が金属層５２、５３および導電層４１で反射され上方向に進行できる。これにより、素子の下側（支持基板６４側）に漏れる光が無くなり、光取り出し効率を高めることができる。
【００４４】
層間絶縁層８０は、第１絶縁部分８１と、第２絶縁部分８２と、を含む。第１絶縁部分８１は、金属層５３と半導体発光部１５との間に設けられる。第２絶縁部分８２は、金属層５３と金属層５１との間に設けられる。第１絶縁部分８１と第２絶縁部分８２との間の境界は、観測される場合と、観測されない場合と、がある。
【００４５】
層間絶縁層８０には、例えば、誘電体などが用いられる。具体的には、層間絶縁層８０には、酸化珪素、窒化珪素または酸窒化珪素を用いることができる。Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、ＮｂおよびＨｆ等の少なくともいずれかの金属の酸化物、上記の少なくともいずれかの金属の窒化物、または、上記の少なくともいずれかの金属の酸窒化物を用いてもよい。
【００４６】
層間絶縁層８５は、第１層間絶縁部分８６、第２層間絶縁部分８７、および第３層間絶縁部分８８を含む。層間絶縁層８５には、層間絶縁層８０に用いられる材料が用いられる。層間絶縁層８５の少なくとも一部は、層間絶縁層８０の少なくとも一部と一緒に形成することができる。
【００４７】
第１層間絶縁部分８６は、半導体発光部１５と第２層間絶縁部分８７との間に設けられている。第２層間絶縁部分８７は、導電層４１と金属層５１との間に設けられている。第３層間絶縁部分８８は、パッド電極４４と金属層５１との間に設けられている。層間絶縁層８５により、パッド電極４４および導電層４１が、金属層５１と電気的に絶縁されている。
【００４８】
半導体発光部１５の上面１４は、凹凸になっている。凹凸、複数の凸部１４ｐを有する。複数の凸部１４ｐのうちの隣接する２つの凸部１４ｐどうしの間の距離は、半導体発光部１５から放射される発光光の発光波長以上であることが好ましい。発光波長は、半導体発光部１５（半導体層１０）中のピーク波長である。このような凹凸を設けることで、光取り出し効率が向上する。
【００４９】
凸部１４ｐ同士の間の距離が、発光波長よりも短いと、凹凸に入射した発光光は、凹凸の界面で散乱や回折等の波動光学で説明される挙動を示す。このため、凹凸において、発光光の一部が取り出されなくなる。凸部１４ｐどうしの間の距離がさらに短いと、凹凸は連続的に屈折率が変化する層として見なされる。このため、凹凸のない平坦な面と同様になり、光取り出し効率の改善効果が小さくなる。
【００５０】
凹凸の複数の凸部１４ｐのそれぞれ平面形状は、例えば六角形である。例えば、凹凸は、例えば、半導体層１０をＫＯＨ溶液を用いて異方性エッチングすることにより形成される。これにより、半導体層１０と外界との界面において、発光層３０から放出される発光光は、ランバート反射される。
【００５１】
凹凸は、マスクを用いたドライエッチングにより形成されてもよい。この方法においては、設計どおりの凹凸を形成できるため、再現性が向上し、光取り出し効率を高め易い。
【００５２】
半導体発光素子１は、半導体層１０の側面、発光層３０の側面、および、半導体層２０の側面を覆う絶縁層（図示しない）をさらに含んでもよい。この絶縁層は、例えば、第１絶縁部分８１と同じ材料を含む。例えば、この絶縁層は、ＳｉＯ２を含む。この絶縁層は、半導体発光部１５の保護層として機能する。これにより、半導体発光素子１における劣化やリークが抑制される。
【００５３】
半導体発光素子１は、半導体発光部１５を覆う封止部（図示しない）をさらに含んでもよい。この封止部には、例えば、樹脂が用いられる。封止部は、波長変換体を含んでもよい。波長変換体は、半導体発光素子１から出射する発光光の一部を吸収して、発光光の波長（ピーク波長）とは異なる波長（ピーク波長）の光を放出する。波長変換体には、例えば、蛍光体が用いられる。
【００５４】
裏面電極６５とパッド電極４４との間に電圧を印加することで、金属層５１、金属層５２、および半導体層２０を介して、または、導電層４１、および半導体層１０を介して発光層３０に電圧が印加される。これにより、発光層３０から光が放出される。
【００５５】
放出された光は、主に上方向に向かって素子の外部に出射する。すなわち、発光層３０から放出された光の一部は、上方向に進行し、素子外に出射する。一方、発光層３０から放出された光の別の一部は、光反射性の金属層５２で効率良く反射し、上方向に進行し、素子外に出射する。
【００５６】
半導体発光素子１の製造過程について説明する。
【００５７】
図２（ａ）〜図４（ｂ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の要部の製造過程を表す模式的断面図である。図２（ａ）〜図４（ｂ）には、図１（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面に対応した図が表されている。
【００５８】
例えば、図２（ａ）に表すように、成長基板６６に半導体層１０、発光層３０、半導体層２０の順にエピタキシャル成長させる。その後、半導体層２０の一部と、発光層３０の一部と、をエッチングにより除去する。これにより、半導体層１０、発光層３０、および半導体層２０を含む積層体、すなわち半導体発光部１５が形成される。
【００５９】
続いて、半導体層１０の下面１６に設けられ、半導体層１０の下面１６を覆い、さらに、発光層３０および半導体層２０を覆う絶縁層８３を形成する。
【００６０】
次に、図２（ｂ）に表すように、半導体層１０の下面１６に設けられた絶縁層８３を選択的に覆う保護層４５を形成する。保護層４５は、金属を含む。
【００６１】
次に、図２（ｃ）に表すように、半導体層１０の下面１６に設けられた絶縁層８３を選択的に除去する。次に、発光層３０が設けられていない半導体層１０の下面１６に電気的に接続され、保護層４５を覆う導電層４１を形成する。導電層４１と半導体層１０との間には、絶縁層８９が形成される。絶縁層８９の材料は、絶縁層８３の材料と同じである。また、絶縁層８３を選択的に覆う金属層５３を形成する。この後、絶縁層８３、導電層４１、絶縁層８９、および金属層５３を覆う絶縁層８４を形成する。
【００６２】
次に、図３（ａ）に表すように、半導体層２０に接する絶縁層８３と、半導体層２０に接する絶縁層８３に接する絶縁層８４を選択的に除去する。この段階において、層間絶縁層８０と、層間絶縁層８５と、が形成される。この後、半導体層２０に電気的に接続された金属層５２を形成する。次に、金属層５２、層間絶縁層８０、および層間絶縁層８５を覆う金属層５１ａを形成する。
【００６３】
次に、図３（ｂ）に表すように、金属層５１ｂが形成された支持基板６４を、金属層５１ａに接合させる。例えば、金属層５１ａと金属層５１ｂとを接合させ、金属層５１ａと金属層５１ｂとが一体となった金属層５１を形成する。この後、成長基板６６は半導体層１０から除去される。
【００６４】
次に、図３（ｃ）に表すように、半導体層１０の一部を除去する。これにより、保護層４５の上の絶縁層８９が露出する。導電層４１は、半導体層１０の下面１６から半導体層１０の外側に延在する。さらに、半導体層１０の上面１４に凸部１４ｐを形成する。
【００６５】
次に、図４（ａ）に表すように、半導体層１０および絶縁層８９を選択的に覆うマスク層９０を形成する。マスク層９０は、例えば、レジストを含む。マスク層９０は、開口９０ｈを有している。開口９０ｈにおいて、絶縁層８９は露出している。
【００６６】
次に、図４（ｂ）に表すように、マスク層９０から露出された絶縁層８９を、緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ溶液）を用いてエッチングする。これにより、絶縁層８９から保護層４５が露出する。レジストは、この後、除去される。また、露出した保護層４５の表面を洗浄するために、この表面にドライ洗浄用のエッチングガスを晒してもよい。
【００６７】
この後、図１（ａ）に表すように、保護層４５に電気的に接続されるパッド電極４４を形成する。さらに、支持基板６４に電気的に接続される裏面電極６５を形成する。
【００６８】
ここで、保護層４５の製造過程について詳細に説明する。
【００６９】
図５（ａ）〜図５（ｂ）は、本実施形態に係る保護層の製造過程の第１例を表す模式的断面図である。
【００７０】
例えば、図５（ａ）に表すように、絶縁層８３の上に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりマスク層９１を形成する。マスク層９１は、例えば、レジストを含む。続いて、絶縁層８３の上、およびマスク層９１の上に、Ａｕ膜４５ａ／Ｐｔ膜４５ｐ／Ｔｉ膜４５ｔ／Ｐｔ膜４５ｐ／Ｔｉ膜４５ｔの順に積層された層を形成する。積層膜は、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等により形成される。
【００７１】
次に、図５（ｂ）に表すように、リフトオフによって、マスク層９１と、マスク層９１に接する積層膜を除去する。これにより、絶縁層８３の上に選択的に保護層４５が形成される。
【００７２】
図６（ａ）〜図６（ｂ）は、本実施形態に係る保護層の製造過程の第２例を表す模式的断面図である。
【００７３】
例えば、保護層４５がＴｉＮを含む場合は、図６（ａ）に表すように、絶縁層８３の上に保護層４５を形成する。続いて、保護層４５の上に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりマスク層９１を形成する。
【００７４】
次に、図６（ｂ）に表すように、マスク層９１から露出された保護層４５をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により除去する。この後、マスク層９１を除去する。これにより、絶縁層８３の上に選択的に保護層４５が形成される。
【００７５】
本実施形態によれば、図４（ｂ）に表す過程において、絶縁層８９から保護層４５が露出し、導電層４１は露出しない。すなわち、導電層４１は、保護層４５によって覆われている。
【００７６】
例えば、導電層４１がＡｌを含み、且つ保護層４５を設けない場合、図４（ｂ）に表す過程では、導電層４１の接続面が露出する。このような場合、導電層４１のパッド電極４４に接続させる接続面に自然酸化膜（例えば、ＡｌＯｘ）が形成する場合がある。また、接続面が緩衝フッ酸溶液や、ドライプロセスで用いられるガスに直接、晒される場合もある。このような場合、接続面が腐食する場合がある。これにより、導電層４１とパッド電極４４との間の接触抵抗が増加したり、導電層４１の光反射率が低下したりする。
【００７７】
これに対し、本実施形態においては、図４（ｂ）に表す過程において、導電層４１の接続面が保護層４５によって覆われている。従って、導電層４１に自然酸化膜が形成することがない。これにより、導電層４１とパッド電極４４との間の抵抗は、自然酸化膜が形成する場合に比べて増加しない。従って、半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）は、増加しない。また、導電層４１は、緩衝フッ酸溶液、エッチングガスに直接、晒されることもない。これにより、導電層４１は、腐食し難く、その光反射率は低下しない。
【００７８】
すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子１によれば、その電力効率の低下が抑制される。本実施形態に係る半導体発光素子１によれば、その電力効率がより安定する。ここで、電力効率は、例えば、半導体発光素子１が半導体発光素子１の外部に放出する光の全光束を、半導体発光素子１に投入する電力で除算した割合で定義される。または、電力効率は、半導体発光素子１が半導体発光素子１の外部の特定の方向に放出する光の光束を、半導体発光素子１に投入する電力で除算した割合で定義してもよい。
【００７９】
また、導電層４１の自然酸化および腐食が抑えられることで、半導体発光素子の製造歩留まりが向上し、さらにその信頼性が向上する。
【００８０】
本実施形態の効果の具体例を以下に説明する。
【００８１】
図７は、本実施形態に係る半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）のばらつきを表すグラフである。
【００８２】
保護膜Ａは、Ｔｉ膜４５ｔ／Ｐｔ膜４５ｐ／Ａｕ膜４５ａの積層膜を含む保護層４５である。保護層Ｂは、ＴｉＮを含む単層の保護層４５である。このほか、図７には、保護層４５を設けない場合の例が示されている。
【００８３】
図７に表すように、保護層Ａおよび保護層Ｂを半導体発光素子に設けた場合、その動作電圧（Ｖｆ）のばらつきは、保護層Ａおよび保護層Ｂを半導体発光素子に設けない場合に比べて、三分の一程度になっている。このように、本実施形態に係る半導体発光素子１によれば、その動作電圧のばらつきが大きく低下する。
【００８４】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、本実施形態に係る半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）の時径を表すグラフである。
【００８５】
ここで、本実施形態に係る半導体発光素子は、５５℃の雰囲気下に設置され、半導体発光素子に動作電流（Ｉｆ）として、１５００ｍＡの電流が流されている。グラフの横軸は、試験時間（動作時間）／時間（ｈ）であり、縦軸は、動作電圧（Ｖｆ）である。
【００８６】
図８（ａ）に表すように、保護層Ａを用いた場合は、半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）は、１７０時間、安定している。この後の時間においても、半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）は、安定する。
【００８７】
図８（ｂ）に表すように、保護層Ｂを用いた場合は、半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）は、５００時間、安定している。この後の時間においても、半導体発光素子の動作電圧（Ｖｆ）は、安定する。
【００８８】
図９は、本実施形態に係る半導体発光素子のシート抵抗に係る保護層の厚さ依存を表すグラフである。
【００８９】
ここで、保護層４５としては、保護層Ｂを用いている。保護層４５（保護層Ｂ）のシート抵抗（Ω／ｓｑ．）は、層厚の上昇とともに減少している。例えば、高い電力効率を持つ半導体発光素子１を得るには、保護層４５（保護層Ｂ）の層厚を、５０ｎｍ以上にし、好ましくは、１００ｎｍ以上にすることがより効果的になる。
【００９０】
また、保護層４５が例えば、Ａｕ膜４５ａ／Ｐｔ膜４５ｐ／Ｔｉ膜４５ｔの順に積層された層であったり、Ａｕ膜４５ａ／Ｐｔ膜４５ｐ／Ｔｉ膜４５ｔ／Ｐｔ膜４５ｐ／Ｔｉ膜４５ｔの順に積層された層である場合、以下に示す効果を奏する。
【００９１】
このような場合、Ｔｉ膜４５ｔの存在により、保護層４５と保護層４５に接する層間絶縁層との密着が良好になる。また、Ｔｉ膜４５ｔは、Ｐｔの導電層４１への拡散を防止する。また、Ｐｔ膜４５ｐの存在により、保護層４５と保護層４５に接する導電層４１との密着が良好になる。
【００９２】
なお、実施形態において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００９３】
実施形態において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【００９４】
上記の実施形態では、「部位Ａは部位Ｂの上に設けられている」と表現された場合の「の上に」とは、部位Ａが部位Ｂに接触して、部位Ａが部位Ｂの上に設けられている場合の他に、部位Ａが部位Ｂに接触せず、部位Ａが部位Ｂの上方に設けられている場合との意味で用いられる場合がある。また、「部位Ａは部位Ｂの上に設けられている」は、部位Ａと部位Ｂとを反転させて部位Ａが部位Ｂの下に位置した場合や、部位Ａと部位Ｂとが横に並んだ場合にも適用される場合がある。これは、実施形態に係る半導体装置を回転しても、回転前後において半導体装置の構造は変わらないからである。
【００９５】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００９６】
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
【００９７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９８】
１  半導体発光素子、  １０、２０  半導体層、  １１  第１半導体部分、  １２  第２半導体部分、  １４、５１ｕ  上面、  １４ｐ  凸部、  １５  半導体発光部、  １６  下面、  ３０  発光層、  ４１  導電層、  ４４  パッド電極、  ４５  保護層、  ４５ａ  Ａｕ膜、  ４５ｐ  Ｐｔ膜、  ４５ｔ  Ｔｉ膜、  ５１、５１ａ、５１ｂ、５２、５３  金属層、  ５２ｃ  接触金属部、  ５２ｐ  周辺金属部、  ６４  支持基板、  ６５  裏面電極、  ６６  成長基板、  ８０、８５  層間絶縁層、  ８１  第１絶縁部分、  ８２  第２絶縁部分、  ８３、８４、８９  絶縁層、  ８６  第１層間絶縁部分、  ８７  第２層間絶縁部分、  ８８  第３層間絶縁部分、  ９０、９１  マスク層、  ９０ｈ  開口
【図１】
2016134422.tif 000003
【図２】
2016134422.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016134422.tif 000008
【図７】
2016134422.tif 000009
【図８】
2016134422.tif 000010
【図９】
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