JP5138873B2 - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体を用いて構成された窒化物半導体素子に関する。

窒化物半導体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）などの発光素子、太陽電池、光センサなどの受光素子、トランジスタ、パワーデバイスなどの電子デバイスに用いられる。特に、窒化物半導体を用いた発光ダイオードは、信号機、大型ディスプレイ、バックライト用光源などに幅広く利用されている。

窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子は、基本的に、基板上にｐ型半導体層およびｎ型半導体層が積層され、ｐ型およびｎ型の半導体層のそれぞれと電気的に接続する電極が形成された構造となる。また、ｐ型の半導体層と電気的に接続する電極として、ｐ型半導体層上全面に透光性材料による電極を形成し、その上に金属からなるパッド電極を形成する構造が知られている。ｐ型半導体層上の透光性材料からなる全面電極は、パッド電極から注入された電流を半導体に広げると共に、窒化物半導体発光素子からの光を透過して取り出すためのものである。

このようなｐ型半導体層上の全面電極としては、金属薄膜や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２等の導電性酸化物膜が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
また、全面電極として導電性酸化物膜を用いる場合、その電極と外部回路とを接続するためにパッド電極が形成されるが、導電性酸化物膜と密着性の良い金属材料としてはＲｈ、Ｐｔ、Ｗ等があり、パッド電極はそれらの金属を用いて形成されていた。
特開２００１−１９６６３３号公報

しかしながら、導電性酸化物膜上の従来のパッド電極は、導電性酸化物膜との密着強度が低いという問題があり、信頼性を低下させてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、導電性酸化物膜を有する信頼性の高い窒化物半導体素子を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体素子は、
窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子であって、
前記窒化物半導体層上に、導電性酸化物膜、パッド電極を順に有し、
前記パッド電極は、前記導電性酸化物膜に接して第１の金属を含む接合層と、前記第１の金属とは異なる第２の金属を含むパッド層と、を有し、
前記接合層は、前記第１の金属により前記導電性酸化物膜表面と接するように膜状に形成された第１金属膜と、前記第１金属膜上に接するように形成され、前記第１の金属よりも酸化しにくい金属からなる電流拡散層と、を含み、
前記第１の金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選択される材料からなり、かつ
前記第１金属膜の膜厚が前記導電性酸化物膜表面の平均面粗さＲａの値よりも小さいことを特徴とする。

以上のように構成された本発明に係る窒化物半導体素子は、前記パッド電極と前記導電性酸化物膜との密着性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための窒化物半導体素子を例示するものであって、本発明は以下の実施の形態により限定されるものではない。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１の窒化物半導体発光素子は、基板１上に、任意にバッファ層等の１層又は複数層（図示せず。）を介して、ｎ型窒化物半導体層２、活性層３、ｐ型窒化物半導体層３がこの順に積層され、ｎ型窒化物半導体層２及びｐ型窒化物半導体層３にそれぞれ電極が接続されて構成される。

実施の形態１において、ｐ型窒化物半導体層４上に形成される電極は、例えば、窒化物半導体と電気的に接続する導電性酸化物膜５と、パッド電極６がこの順に積層されて構成される。尚、パッド電極６は、外部回路と接続するために形成される電極であり、フェイスアップ実装する場合（半導体層側を主光取り出し面とする場合）は、パッド電極がワイヤボンディング等によって外部回路と接続される。また、フリップチップ実装、すなわち基板側を主光取出し面とする場合は、パッド電極は共晶層（バンプ：Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等）を介して外部回路の電極に接続される。

ここで、特に本実施の形態１の窒化物半導体発光素子１０では、導電性酸化物膜５上に形成されるパッド電極６が、導電性酸化物膜５に接して第１の金属を含む接合層６ａを有しており、その第１の金属により導電性酸化物膜５とパッド電極６との接合を強固にしている。
これは、接合層に含まれる第１の金属が部分的に導電性酸化物膜５に含まれる酸素と結合することで導電性酸化物膜５とパッド電極６との接合を強固にしていると考えられる。

また、本実施の形態１において、接合層６ａに含まれている第１の金属が、導電性酸化物膜５に接する膜（以下、第１金属膜という）となるように形成することが好ましい（図２）。このようにすると、導電性酸化物膜５とパッド電極６との密着性を向上させることができる。

さらに、図２に示すように、導電性酸化物膜５の表面が凹凸を有することが好ましく、これにより、導電性酸化物膜の凹部において第１の金属が酸化されやすく、導電性酸化物膜の表面又は凸部においては凹部よりも酸化されにくいと考えられる。接合層６ａにおいて第１の金属からなる第１金属膜１１が形成される場合には、その第１金属膜１１が部分的に酸化されることで、その酸化物によりパッド電極と導電性酸化物膜との密着性を向上させることができるとともに、酸化されていない第１の金属によって導電性酸化物膜との間の低い接触抵抗が確保できる。

さらに、この第１金属膜１１は、導電性酸化物膜５の表面に凹凸がある場合には、その平均面粗さＲａの値よりも小さい膜厚であることが好ましい。例えば、図３に示すように、第１の金属からなる膜が、導電性酸化物膜の表面の平均面粗さＲａよりも大きくなるような値の厚さである場合は、酸化物を有する部分においては密着性が良いが、酸化していない第１の金属が全体に横方向に繋がって板状となるため、第１の金属膜１１が剥がれ易くなる。

しかし、図２に示すように、第１金属膜１１が、導電性酸化物膜５の表面の平均面粗さＲａよりも小さくなるような値の厚さである場合は、導電性酸化物膜５の凹部上における第１金属膜１１の上面が、導電性酸化物膜の凸部の表面よりも低い位置となる。
このような状態であると、第１金属膜１１のうちの酸化されていない部分が板状に繋がることがなく、第１金属膜１１に酸化されて密着性の良い領域が散在した状態となり、第１金属膜１１全体の密着性が向上し、かつ酸化していない第１の金属も第１金属膜１１中に存在しているので、導電性酸化物膜５との接触抵抗を低くすることができる。
なお、本発明において平均面粗さＲａとは、走査プローブ顕微鏡（ＳＩＩ社製、ＳＰＩ３８００Ｎ）によって測定される値を指す。

さらに、第１金属膜１１は、導電性酸化物膜５との密着性を考慮すると、その膜厚は５〜３０Åとすることが好ましい。このようにすると、第１金属膜１１中の酸化していない部分が、第１の金属の酸化物で分断されたような状態となるため、密着性がさらに向上する。

本発明において、この第１の金属は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。第１の金属がこれらの金属であると、ｐ側パッド電極においては、導電性酸化物膜との密着性を良好とすることができるとともに接触抵抗を低くすることができる。また、ｎ側パッド電極においては、窒化物半導体層との密着性を良好とすることができるとともに接触抵抗を低くすることができる。特に、Ｔｉを用いることが好ましい。

また、パッド電極６において、接合層６ａより上の層６ｂ（以下、パッド層６ｂという。）は、第１の金属と異なる第２の金属を含む層であり、接合層６ａに比較して少ない割合で第１の金属を含んでいてもよいし、第１の金属を含まない層であってもよい。

また、接合層６ａは、第１金属膜１１と別に、第１金属膜１１とパッド層６ｂの間に、例えば、電流拡散層１２を含んでいてもよい。この電流拡散層１２は、第１金属膜１１及びパッド層１２と異なる組成の層であっても良いし、後述の実施例１に示すように、中間層（図示せず。）を介してパッド層１２と区別されるように形成された、パッド層１２と同一の組成の層であってもよいが、この電流拡散層は、第１の金属よりも酸化しにくい材料で構成されていることが好ましい。具体的な材料としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄから選択される少なくとも１種である。このようにすることで、電流拡散層において酸化物が形成されにくくなるので、接合層において電流を拡散することができる。
接合層６ａとパッド層６ｂの間には、上述したように、第１の金属及び第２の金属とは異なる第３の金属からなる中間層を有していてもよい。中間層を形成する第３の金属は、例えば、接合層６ａとパッド層６ｂとの密着性の向上、接合層６ａ及び／又はパッド層６ｂの金属材料の拡散防止等の目的に合わせて選択することができる。

本実施の形態１の窒化物半導体発光素子１０では、このパッド層６ｂに直接導電性ワイヤや共晶層を接続しても良いが、パッド層６ｂ上に、導電性ワイヤや共晶層と接続するための層としてＡｕ等の層をさらに設けても良い。このようにＡｕを設けると、例えばＡｕを主成分とする導電性ワイヤや共晶層と良好な接続を確保することができるので好ましい。

また、パッド層を構成する又はパッド層に含まれる第２の金属は、窒化物半導体発光素子からの光の主波長において第１の金属よりも反射率が高いことが好ましい。このようにすることで、パッド電極内を進む光を反射させることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。
パッド層６ｂに複数の金属を有する場合は、接合層６ａ側に反射率の高い金属を有することが好ましい。このようにすることで、パッド電極内に入る光をさらに効率良く反射させることができる。
また、第２の金属が光の反射率が高い金属である場合は、接合層とパッド層が接していることが好ましい。このようにすることで、パッド電極内に入る光をさらに効率よく反射させることができる。

第２の金属は、光の反射率が高いロジウム（Ｒｈ）、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）からなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。第２の金属がこれらの金属であると、パッド電極での光の吸収を防止し、光を効率よく取り出すことが可能となる。特に、マイグレーションの防止等の事項を考慮すると、Ｒｈが好ましい。
パッド層６ｂの膜厚は、上述したようにパッド層６ｂに直接導電性ワイヤや共晶層を接続する場合は、３０００Å以上必要である。また、パッド層６ｂ上にＡｕ等の導電性ワイヤや共晶層と接続するための層をさらに設ける場合において、パッド層６ｂが上記のような反射率の高い金属からなる場合は、２００Å以上あれば光を反射するための層として充分機能する。

以上のように構成される本実施の形態１のパッド電極を形成する方法としては、例えば、スパッタ法等が挙げられる。本実施の形態１において、例えば、スパッタ法により接合層６ａを成膜する際に、第１の金属をターゲットとして用い、途中でターゲットを第２の金属に切り替えることによりパッド層を形成する方法等が挙げられる。

導電性酸化物膜５上に形成されるパッド電極６は、導電性酸化物膜５のほぼ全てを覆うように形成されていてもよいが、導電性酸化物膜５の表面の一部が露出するように配置されることが好ましい。パッド電極６の形状は特に限定されるものではなく、例えば、円形、三角形、四角形等の多角形などの種々の形状とすることができる。パッド電極６の大きさは特に限定されるものではないが、導電性酸化物膜５、ｐ型窒化物半導体層に効率的に電流を与えることができる程度の大きさである。

また、パッド層６ｂを例えば光を吸収しやすい材料により構成する場合には、活性層から発せられた光の吸収を最小限にとどめ、効率よく取り出すことができる程度の大きさに設定することが好ましい。

また、窒化物半導体発光素子では、通常、窒化物半導体発光素子の一部の領域において、ｐ型窒化物半導体層及び活性層、ｎ型窒化物半導体層の任意の深さ方向の一部が除去されて、ｎ型窒化物半導体層の表面が露出されている。そして、その露出したｎ型窒化物半導体層の表面にｎ側パッド電極が形成されている（すなわち、ｐ側パッド電極とｎ側パッド電極が同一面側にある）。

しかしながら、本発明において、ｎ側パッド電極は、導電性酸化物膜５が形成された面とは反対側のｎ型窒化物半導体層の面に形成されていてもよい。特に、窒化物半導体発光素子が窒化物半導体基板等の導電性基板上に形成されている場合には、通常、導電性基板とｎ型窒化物半導体層とは電気的に接続されているため、ｎ側パッド電極が、導電性基板等を介してｎ型窒化物半導体層と電気的に接続されている。

また、ｎ側パッド電極を構成する材料は、上述したｐ側のパッド電極６を構成する材料と同様のものであることが好ましい（以下、上述した導電性酸化物膜上のパッド電極をｐ側パッド電極という）。上記列記したｐ側パッド電極６の第１の金属は、ｎ型窒化物半導体層との密着性が良く、接触抵抗が低い材料であるため、ｎ側パッド電極を構成する材料がｐ側パッド電極と同じ種類、同じ膜厚である場合は、ｎ側パッド電極とｎ型窒化物半導体層との密着性も向上させることができるとともに、ｎ側パッド電極とｎ型窒化物半導体層との接触抵抗も低くすることができるので、ｎ側パッド電極とｎ型窒化物半導体層との接触抵抗を低くすることができる。

ｐ側パッド電極６及びｎ側パッド電極を同じ材料により形成する場合、ｐ側パッド電極６の膜厚が、ｎ側パッド電極の膜厚よりも厚くなるように形成することが好ましい。ｐ側パッド電極の接合層６ａにおいて、第１の金属の一部が導電性酸化物膜の酸素を取り込んで酸化することにより体積が増えるからであると考えられる。これにより、ｐ型パッド電極においては、導電性酸化物膜との密着性を向上することができ、ｐ側パッド電極６が光を反射するパッド層６ｂを有する場合、ｎ側パッド電極における光取り出し効率が向上する。

さらに、ｐ側パッド電極とｎ側パッド電極が同一面側にある構造では、ｐ側パッド電極６及びｎ側パッド電極が同じ材料であると、ｐ側パッド電極とｎ側パッド電極を同じ工程で形成することができる。このように同じ製造工程でｐ側パッド電極とｎ側パッド電極を形成することができると、製造工程が簡略化され、安価で信頼性の高い窒化物半導体発光素子が得られる。

ｐ側パッド電極とｎ側パッド電極を同じ材料で、同じ工程により形成する方法としては、例えば、導電性酸化物膜及びｎ型窒化物半導体層の上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成した後、例えば、スパッタ装置によって、接合層６ａとパッド層６ｂを順に積層すればよい。

また、導電性酸化物膜５は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む膜であることが好ましい。より具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの複合酸化物）が挙げられる。なかでも、ＩＴＯは可視光（可視領域）において高い光透過性を有し、また導電率の高い材料であることから好ましく用いることができる。

導電性酸化物膜５は、窒化物半導体層との界面近傍において、上面側よりも密度が低いことが好ましい。例えば、半導体層との界面近傍においてのみ、多孔質の状態となっていることが好ましい。多孔質の状態とは、例えば、直径２０〜２００ｎｍ程度の複数の孔が均一又は不均一に存在する状態である。

導電性酸化物膜の上面側は、結晶性の良い透明な膜として形成されていることが好ましい。また、導電性酸化物膜５の半導体側の密度が低い領域においては、部分的に非晶質（アモルファス）の膜となっていてもよいが、透明な膜又は略透明な膜として形成されていることが好ましい。

この密度が低い領域は、ｐ型窒化物半導体層との界面から、導電性酸化物膜の全膜厚の１０〜５０％の範囲に抑えられていることが好ましい。このようにｐ型窒化物半導体層側のみ密度が低いことにより、ｐ型窒化物半導体層との接触抵抗を低くしながら、透光性を良好にすることができる。また、導電性酸化物膜の表面側の密度が高いことにより、導電性酸化物膜とパッド電極の接合層との密着性が良好となる。

なお、導電性酸化物膜５の全膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば、１００〜１０００ｎｍ程度に設定される。また、密度が低い領域は、１０〜５００ｎｍ程度に設定される。
また、導電性酸化物膜５は、可視光のみならず、例えば、上述した窒化ガリウム系化合物半導体による活性層から発生する光、つまり波長３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍ、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を吸収することなく、効率よく、例えば、透過率が９０％以上、あるいは８５％以上、８０％以上で透過させることができるものであることが好ましい。これにより、意図する波長の窒化物半導体発光素子の電極として利用することができる。

導電性酸化物膜５は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法と熱処理の組み合わせ等、種々の方法を利用することができる。

具体的には、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜するには、ＩＴＯ成膜用のターゲットを用い、スパッタ装置によって成膜する方法等が挙げられる。また、真空蒸着により室温又は高温で成膜する方法等が挙げられる。
加えて、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を形成した後、熱処理してもよい。熱処理の方法としては、例えばランプアニール処理、加熱炉によるアニール処理などがある。またＩＴＯ膜を成膜後の処理としてはレーザアブレーションを利用してもよい。さらに、これらの方法を任意に組み合わせてもよい。
また、膜厚方向に密度の異なる導電性酸化物膜を形成する方法としては、例えばスパッタ法により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタガスとして酸素分圧の小さい又はゼロのガスから大きいガスに切り替えるか、徐々に酸素分圧を増加させて用いる方法、ＩＴＯ成膜用のターゲットのほかに、Ｉｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットを用い、途中でＩｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットに切り替える方法、スパッタ装置の投入電力を徐々に又は急激に増大させて成膜する方法等が挙げられる。また、真空蒸着により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、半導体層の温度を急激又は徐々に上昇または低下させる方法、成膜レートを急激に低下させる方法、イオン銃を用いて酸素イオンを成膜途中から照射する方法等が挙げられる。

加えて、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を形成した後、例えば、還元性ガス（具体的には、一酸化炭素、水素、アルゴン等又はこれら２種以上の混合ガス）雰囲気下、２００〜６５０℃程度、導電性酸化物膜の膜厚に応じて所定時間アニール処理する方法等が挙げられる。また、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を途中まで形成した後、熱処理し、引く続き成膜して熱処理するなどの多段階での熱処理を利用してもよい。熱処理の方法としては、例えばランプアニール処理、加熱炉によるアニール処理などがある。またＩＴＯ膜を成膜後の処理としては電子線照射やレーザアブレーションを利用してもよい。さらに、これらの方法を任意に組み合わせてもよい。

本発明の窒化物半導体発光素子を形成する基板としては、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、窒化物半導体（例えば、ＧａＮ等）、ＧａＡｓ等の公知の絶縁性基板又は導電性基板を用いることができる。絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになる。また、最終的に絶縁性基板を除去する場合又は導電性基板を用いる場合、上述したように、ｐ電極およびｎ電極はいずれも窒化物半導体層上の同一面側に形成してもよいし、異なる面にそれぞれ形成してもよい。

ｎ型及びｐ型窒化物半導体層及び活性層としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。これらの窒化物半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、活性層は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。

また、通常、このような窒化物半導体層は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等として構成されてもよい。窒化物半導体層は、例えば、ＭＯＶＰＥ、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。また、窒化物半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。

なお、窒化物半導体層の積層構造としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の活性層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層、等が挙げられる。

＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体発光素子を示す部分的な断面図である。下記に説明する点を除いては実施の形態１と同様である。
本実施の形態２では、パッド電極６の接合層６ａに、第１の金属と第２の金属の合金からなる合金膜を導電性酸化物膜と接する層として含んでいる。これにより、パッド電極６と導電性酸化物膜５との密着性を向上させることができる。また、接合層が第１の金属と第２の金属の合金からなる場合は、最小限の材料で密着性を向上することができ、さらに、第２の金属が反射率の高い材料である場合は、パッド電極の光取り出し効率を向上させることができる。

また、第２の金属が窒化物半導体発光素子の主波長において第１の金属よりも反射率が高い場合は、上記の合金の第２の金属の比率を大きくすると光の反射率が向上し、光取り出し効率が向上する。

実施の形態２のように、接合層を第１の金属と第２の金属の合金により形成する場合、接合層の膜厚は、例えば、５０〜１００００Åに設定することができ、この範囲の膜厚であると、効果的に密着性が向上する。したがって、本実施の形態２の構成では、実施の形態１の場合のような第１の金属からなる膜を比較的薄くなるように制御することを必要とせず、歩留まりが向上する。

実施の形態２のパッド電極６において、接合層６ａ上に、窒化物半導体発光素子の主波長において第１の金属よりも反射率が高い第２の金属からなるパッド層を設ける場合は、例えば、接合層６ａの膜厚を５０〜２００Åとすると、上記のパッド電極の密着性が良好であり、光取り出し効率を向上させることができるのでより好ましい。

実施の形態２の接合層６ａにおける第１の金属と第２の金属の合金の比率は、第１の金属を１０〜４０ｗｔ％とすることが好ましい。第１の金属が１０ｗｔ％以下であると、窒化物半導体との接触抵抗が高くなり、第１の金属が４０ｗｔ％以上であると、光の反射率が低下してしまう。第１の金属を１０〜４０ｗｔ％とすると、
ｐ側パッド電極においては、導電性酸化物膜との密着性を良好とすることができるとともに接触抵抗を低くすることができる。また、ｎ側パッド電極においては、窒化物半導体層との密着性を良好とすることができるとともに接触抵抗を低くすることができる。さらに、第１の金属が１５〜３０ｗｔ％であるとより好ましい。

本実施の形態２においても、導電性酸化物膜５の表面が凹凸を有することが好ましく、このような凹凸があると接合層６ａにおいて導電性酸化物膜との界面近傍に第１の金属の酸化物が形成されやすく、より密着性を向上させることができる。
このような合金からなる接合層６ａを形成する方法としては、例えば、第１の金属と第２の金属の合金をターゲットとして用いてスパッタ法により成膜する方法が挙げられる。ターゲットとして用いる第１の金属と第２の金属の合金としては、例えば、第１の金属と第２の金属との焼結体等が挙げられる。

本実施の形態２において、ｐ側パッド電極６及びｎ側パッド電極を同じ材料により形成する場合、ｐ側パッド電極の膜厚が、ｎ側パッド電極の膜厚よりも厚くなっていることが好ましい。これにより、ｐ側パッド電極と導電性酸化物膜との密着性が向上するとともに、ｎ側パッド電極における光取り出し効率が向上する。

また、以上説明した本発明の実施の形態１及び２の窒化物半導体発光素子において、ｐ側パッド電極６は、例えば、図５に示すような、延長導電部６１を有する形状とすることが好ましい。このような延長導電部６１を有するパッド電極６とすれば、活性層全体を効率よく発光させることができ、特に本発明の窒化物半導体発光素子をｐ側パッド電極形成面側を主光取り出し面とする場合に効果的である。また、延長導電部を上述した接合層及びパッド層を有しているので、導電性酸化物膜との密着性を良好とすることができるとともに、接触抵抗を低くすることができる。さらに、第２の金属が反射率の高い材料である場合は、光取り出し効率が向上する。
尚、図５において、２はｎ型窒化物半導体層であり、４はｐ型窒化物半導体層であり、７はｎ側パッド電極である。

特に、図５に示すように、ｐ側及びｎ側パッド電極が窒化物半導体層上の同一面側に形成される場合は、通常、ｎ側パッド電極７は窒化物半導体発光素子の少なくとも１つの辺に近接するように形成される。例えば、図５に示すように、ｎ側パッド電極７が窒化物半導体発光素子の１つの隅部に２つの辺に近接するように設けられ、ｐ側パッド電極６はｎ側パッド電極７が近接する隅部と対角をなす他の隅部に設けられることが好ましい。

また、ｐ側パッド電極６の延長導電部６１は、パッド部の位置する隅部を挟んで隣接する辺に沿って伸びている。これにより、ｐ側パッド電極６とｎ側パッド電極７間に位置する活性層を効率よく発光させることができ、さらにｐ側パッド電極６に接続された延長導電部６１を導電性酸化物膜５上に電気的に導通するように形成することにより、効果的にｐ型窒化物半導体層全体に電流を拡散させ、活性層全体を効率よく発光させることができる。さらに、ｐ側パッド電極６及び延長導電部６１の周辺部において輝度の高い発光が得られる。

以上の実施の形態１及び２では、ｐ型窒化物半導体層の上に導電性酸化物膜とｐ側パッド電極を形成した例により説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ｎ型窒化物半導体層の上に導電性酸化物膜とｎ側パッド電極を形成した窒化物半導体発光素子であっても同様の作用効果が得られる。

実施例１．
この実施例の窒化物半導体発光素子を図１に基づき説明する。この窒化物半導体発光素子１０は、サファイア基板１の上に、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）、ノンドープＧａＮ層（図示せず）が積層され、その上に、ｎ型窒化物半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、最初にアンドープＧａＮからなる障壁層と続いてＩｎＧａＮからなる井戸層とのＩｎＧａＮからなる第1の障壁層とのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層３、ｐ型窒化物半導体層４として、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とが交互に積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層がこの順に積層されて構成される。

ｎ型窒化物半導体層２の一部の領域においては、その上に積層された活性層３及びｐ型窒化物半導体層４が除去され、さらにｎ型窒化物半導体層２自体の厚さ方向の一部が除去されて露出しており、その露出したｎ型窒化物半導体層２上にｎパッド電極７が形成されている。
ｐ型窒化物半導体層３上には、ほぼ全面に、ＩＴＯからなる導電性酸化物膜５が形成されており、この導電性酸化物膜５の一部上にパッド電極６が形成されている。

この実施例１の窒化物半導体発光素子は、以下の製造方法により作製した。
＜半導体層の形成＞
２インチφのサファイア基板１の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型窒化物半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層を６４０Å、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ_０．３Ｇａ_０．７Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる第1の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第2の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層３（総膜厚１９３０Å）、ｐ型窒化物半導体層４として、ＭｇドープＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製する。

＜エッチング＞
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化する。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、ｎ型コンタクト層の一部を露出させる。

＜ＩＴＯ膜の形成＞
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂との焼結体からなる酸化物ターゲットをスパッタ装置内に設置した。スパッタ装置によって、ウェハのｐ型コンタクト層８のほぼ全面に、導電性酸化物膜５として表面の平均面粗さＲａが４０ÅのＩＴＯ膜を４０００Åの膜厚で形成する。

＜パッド電極６の形成＞
導電性酸化物膜５上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上に、Ｔｉを１５Å、その上にＲｈを１００Å、Ａｕを１００Å、Ｒｈを２０００Å、Ａｕを５０００Åをこの順に積層し、リフトオフ法により、パッド電極６を形成する。 その後、ｎ型コンタクト層の上に、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側パッド電極７を６０００Åの膜厚で形成する。
次いで、アニール装置にて３００℃以上で熱処理を施す。
得られるウエハを所定の箇所で分割することにより、窒化物半導体発光素子１０を得る。
すなわち、実施例１の窒化物半導体発光素子では、接合層６ａが、１５ÅのＴｉ膜からなる第１金属膜１１と１００ÅのＲｈ層からなる電流拡散層１２からなり、１００ÅのＡｕ層からなる中間層を介して２０００ÅのＲｈ層がパッド層６ｂとして形成されている。

以上のようにして形成した実施例１の窒化物半導体発光素子は、導電性酸化物膜とパッド電極との密着性が良好となるとともに接触抵抗を低くすることができる。また、光取り出し効率が向上する。

実施例２．
実施例２の窒化物半導体発光素子は、実施例１の窒化物半導体発光素子において、パッド電極６を以下のようにして形成した以外は、実施例１と同様に構成される。

＜パッド電極６の形成＞
導電性酸化物膜５上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上に、Ｔｉを１５Åの膜厚で形成し、その上に、Ｔｉの全面を覆うようにＲｈを形成する。そして、このＲｈを２０００Åの膜厚で設け、さらにＡｕを５０００Åの膜厚で形成し、リフトオフ法により、パッド電極６を形成する。 その後、ｎ型コンタクト層の上に、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側パッド電極７を６０００Åの膜厚で形成する。
次いで、アニール装置にて３００℃以上で熱処理を施す。
得られるウエハを所定の箇所で分割することにより、窒化物半導体発光素子１０を得る。
この実施例２の窒化物半導体発光素子は、実施例１の窒化物半導体発光素子よりも、ｐ側パッド電極での光の反射率を向上させることができ、さらに光取り出し効率が向上する。

比較例として、ｐ側パッド電極をＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ、ｎ側パッド電極をＷ／Ｐｔ／Ａｕとすること以外は実施例２と同様の方法により窒化物半導体発光素子を作製し、実施例２の窒化物半導体発光素子と比較すると、実施例２の窒化物半導体発光素子のほうが、導電性酸化物膜とｐ側パッド電極との密着力が比較例よりも１．４倍高いことが確認できた。

さらに比較例として、ｐ側パッド電極として、Ｔｉを３００Åの膜厚で形成し、その上に、Ｔｉの全面を覆うようにＲｈを形成する。そして、このＲｈを２０００Åの膜厚で設け、さらにＡｕを５０００Åの膜厚で形成する。また、ｎ側パッド電極として、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕを積層する。それ以外は実施例２と同様の方法により作製すると、ｐ側パッド電極が導電性酸化物膜から剥がれてしまい、窒化物半導体発光素子を得ることができなかった。

実施例３．
この実施例３の窒化物半導体発光素子は、図６に示すように、実施例２の製造工程において、ｎ側パッド電極７を形成する際に、ｎ側パッド電極７をｐ側パッド電極６と同じ材料により形成し、ｐ側パッド電極の膜厚がｎ側パッド電極の膜厚より厚い窒化物半導体発光素子を作製した。
この実施例３における窒化物半導体発光素子は、実施例２の効果に加えて、ｎ側パッド電極での光の反射率が向上することができ、さらに光取り出し効率が向上する。また、ｐ側パッド電極とｎ側パッド電極を同じ膜厚で形成した場合と比較しても、密着性は良好なままで、ｎ側パッド電極での光の反射率を向上させることができ、さらに窒化物半導体発光素子の光取り出し効率が向上する。

実施例４．
この実施例４の窒化物半導体発光素子は、図６に示すように、実施例２の製造工程において、パッド電極６を形成する際に、ｎ側パッド電極７をｐ側パッド電極６と同じ材料、同一工程により形成した以外は、実施例２と同様にして、窒化物半導体発光素子を作製した。
なお、この実施例４において、ｐ側及びｎ側のパッド電極は、以下のように形成することができる。
ＩＴＯよりなる導電性酸化物膜５及び露出したｎ型コンタクト層上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上にＴｉを１５Åの膜厚で形成し、その上に、Ｔｉの全面を覆うようにＲｈを形成する。そして、このＲｈを２０００Åの膜厚で設け、さらにＡｕを５０００Åの膜厚で形成し、リフトオフ法により、ｐパッド電極６及びｎ側パッド電極７を形成する。
その後、アニール装置にて３００°以上で熱処理を施す。
得られたられたウェハを所定の箇所で分割することにより、実施例４の窒化物半導体発光素子１０を得る。
以上のようにして形成する窒化物半導体発光素子は、実施例２よりも、ｎ側パッド電極での光の反射率を向上させることができ、さらに窒化物半導体発光素子の光取り出し効率が向上するとともに、製造工程を簡略化することができる。

実施例５．
この実施例５の窒化物半導体発光素子は、図４に示す本発明に係る実施の形態２に関係した実施例である。すなわち、この実施例５の窒化物半導体発光素子は、ｐ側パッド電極６における接合層の金属の材料が異なる他は、実施例２の窒化物半導体発光素子と同様の構成である。
具体的には、この実施例５の窒化物半導体発光素子において、ｐ側パッド電極６の接合層がＴｉとＲｈの合金により形成されている。

この実施例５の窒化物半導体発光素子におけるｐ側パッド電極６は、以下のステップで作製される。
まず、ＩＴＯよりなる導電性酸化物膜５を形成した後、導電性酸化物膜５の上に、レジストにより所定のパターンのマスクを形成する。次に、ＴｉとＲｈとの合金からなるターゲットをスパッタ装置内に設置し、スパッタ装置によって、ＴｉとＲｈとの合金を積層する。そして、Ｒｈ、Ａｕのそれぞれをターゲットとしてスパッタリングにより順に積層する。その後、リフトオフ法により、ｐ側パッド電極６を形成する。
なお、この実施例において、ＴｉとＲｈとの合金は、Ｔｉの比率が２５ｗｔ％である。
この実施例５の窒化物半導体発光素子は、実施例１の窒化物半導体発光素子よりも、ｐ側パッド電極での光の反射率を向上させることができ、さらに光取り出し効率が向上する。
比較例として、ｐ側パッド電極をＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ、ｎ側パッド電極をＷ／Ｐｔ／Ａｕとすること以外は実施例５と同様の方法により窒化物半導体発光素子を作製し、実施例５の窒化物半導体発光素子と比較すると、実施例５の窒化物半導体発光素子のほうが、導電性酸化物膜とｐ側パッド電極との密着力が比較例の窒化物半導体発光素子よりも１．４倍高いことが確認できた。
また、この実施例５の窒化物半導体発光素子においても、パッド電極の光取り出し効率は良好であった。

実施例６．
この実施例６の窒化物半導体発光素子は、実施例５の製造工程において、ｎ側パッド電極６を形成する際に、ｎ側パッド電極７をｐ側パッド電極と同じ材料により形成し、ｐ側パッド電極の膜厚がｎ側パッド電極の膜厚より厚い窒化物半導体発光素子を作製した。
この実施例６における窒化物半導体発光素子は、実施例５の効果に加えて、ｎ側パッド電極での光の反射率が向上することができ、さらに光取り出し効率が向上する。また、ｐ側パッド電極とｎ側パッド電極を同じ膜厚で形成した場合と比較しても、密着性は良好なままで、ｎ側パッド電極での光の反射率を向上させることができ、さらに窒化物半導体発光素子の光取り出し効率が向上する。

実施例７．
この実施例７の窒化物半導体発光素子は、実施例５における製造工程において、パッド電極を形成する際に、ｎ側パッド電極をｐ側パッド電極と同じ材料を用いて同時に形成すること以外は、実施例５と同様の方法により、作製する。
すなわち、この窒化物半導体発光素子は、ｐ側パッド電極６の接合層６ａがＴｉとＲｈの合金により形成されている。また、それに伴いｎ側パッド電極７も、ｎ型窒化物半導体層と接する側の部分がＴｉとＲｈの合金により形成されている。

この実施例７の窒化物半導体発光素子のｐ側及びｎ側のパッド電極は、以下の方法により形成する。
まず、ＩＴＯよりなる導電性酸化物膜を形成した後、導電性酸化物膜及びエッチングにより露出したｎ型窒化物半導体層の上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成する。次に、ＴｉとＲｈとの合金からなるターゲットをスパッタ装置内に設置し、スパッタ装置によって、ＴｉとＲｈとの合金を積層する。そして、Ｒｈ、Ａｕのそれぞれをターゲットとしてスパッタリングにより順に積層する。その後、リフトオフ法により、ｐパッド電極６及びｎ側パッド電極７を形成する。

この実施例７の窒化物半導体発光素子においては、実施例５よりも、ｎ側パッド電極での光の反射率を向上させることができ、さらに窒化物半導体発光素子の光取り出し効率が向上するとともに、製造工程を簡略化することができる。

本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。 実施の形態１の窒化物半導体発光素子における第１金属膜の好ましい形態の例を模式的に示す部分断面図である。 実施の形態１の窒化物半導体発光素子における第１金属膜の他の形態を模式的に示す部分断面図である。 本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体発光素子の構成を模式的に示す部分断面図である。 実施の形態１及び２の窒化物半導体発光素子におけるｐ側パッド電極の好ましい形状を模式的に示す平面図である。 本発明に係る実施例４及び７の窒化物半導体発光素子の構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 基板、２ ｎ型窒化物半導体層、３ 活性層、４ ｐ型窒化物半導体層、５ 導電性酸化物膜、６ パッド電極、６ａ 接合層、６ｂ パッド層、７ ｎ側パッド電極、１０ 窒化物半導体発光素子、１１ 第１金属膜、１２ 電流拡散層、６１ 延長導電部。

Claims (9)

1. 窒化物半導体層を有する窒化物半導体素子であって、
   前記窒化物半導体層上に、導電性酸化物膜、パッド電極を順に有し、
   前記パッド電極は、前記導電性酸化物膜に接して第１の金属を含む接合層と、前記第１の金属とは異なる第２の金属を含むパッド層と、を有し、
   前記接合層は、前記第１の金属により前記導電性酸化物膜表面と接するように膜状に形成された第１金属膜と、前記第１金属膜上に接するように形成され、前記第１の金属よりも酸化しにくい金属からなる電流拡散層と、を含み、
   前記第１の金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選択される材料からなり、かつ
   前記第１金属膜の膜厚が前記導電性酸化物膜表面の平均面粗さＲａの値よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体素子。
2. 前記接合層に含まれる前記第１の金属の一部が酸化している請求項１に記載の窒化物半導体素子。
3. 前記第１金属膜の膜厚は、５〜３０Åの範囲の厚さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子。
4. 前記接合層と前記パッド層の間に前記第１の金属及び前記第２の金属とは異なる第３の金属からなる中間層を有する請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
5. 前記窒化物半導体素子は発光層を含む発光素子である請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
6. 前記第２の金属は、前記発光層が発光する光に対して前記第１の金属よりも反射率が高い請求項５に記載の窒化物半導体素子。
7. 前記第２の金属は、Ｒｈ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔからなる群から選択される材料からなることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
8. 前記導電性酸化物膜は、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含んでいることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。
9. 前記導電性酸化物膜がＩＴＯ膜であることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体素子。

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