特許 6011108 半導体素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6011108

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】半導体素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/36 20100101AFI20161006BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/36

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-165537(P2012-165537)

(22)【出願日】2012年7月26日

(65)【公開番号】特開2013-84906(P2013-84906A)

(43)【公開日】2013年5月9日

【審査請求日】2015年4月13日

(31)【優先権主張番号】特願2011-211345(P2011-211345)

(32)【優先日】2011年9月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(72)【発明者】

【氏名】市原 隆志

(72)【発明者】

【氏名】三木 康寛

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０９２４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１８８１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体層と、前記半導体層上に設けられた透光性電極と、前記透光性電極上に設けられたパッド電極と、を少なくとも備える半導体素子であって、
前記透光性電極は、前記パッド電極が載置される凹部が形成され、
前記凹部の底面の透光性電極の厚みは、前記凹部以外の透光性電極の厚みの０％より大きく７０％以下であり、
前記凹部を形成する側面が、前記凹部の底面側から上方に向かって外側に傾斜していることを特徴とする半導体素子。

【請求項2】

前記パッド電極の側面と、前記透光性電極の凹部を形成する側面との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。

【請求項3】

前記隙間に、前記透光性電極より屈折率が小さい透光性膜が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。

【請求項4】

前記パッド電極の側面が、基端周縁から上方に向かって内側に傾斜していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体素子。

【請求項5】

前記凹部を形成する側面の一部が、前記パッド電極に覆われていることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子。

【請求項6】

前記凹部以外の透光性電極の厚みが、８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体素子。

【請求項7】

前記透光性電極のシート抵抗が４０Ω／□以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体素子。

【請求項8】

前記凹部の底面の面積は、２７００μｍ^２以上であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体素子。

【請求項9】

前記パッド電極は、ＣｒもしくはＣｒを含有する合金からなる層を最下層に有する複数層であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、特にディスプレイ、照明、光通信やＯＡ機器の光源に最適な発光ダイオード等に用いられる半導体素子に係り、特に明るさ、量産性に優れた半導体素子に関する。

【背景技術】

【0002】

図１２に示すように、従来の半導体素子（窒化物半導体素子１００）の電極（ｐ側電極）においては、Ｐ型窒化物半導体層４０上に、電流を均一に拡散させ、出力を向上させるための透光性を有した電極層（透光性電極６０）を設けている。さらに透光性電極６０の上に、スパッタ、蒸着、めっき等により、金属材料からなるワイヤボンディングのためのパッド電極（ｐ側パッド電極７０ｐ）が形成されている。また、電極の構造を変形させた半導体素子も開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような電極においては、ワイヤボンディングの際における電極剥がれを抑制する構造の開発、および、半導体素子の動作中における電極剥がれを抑制する構造の開発の試みがなされている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−９４１０８号公報

【特許文献2】特開２０１０−４０６５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の技術においては、以下に述べる問題がある。
前記のとおり、ワイヤボンディングの際における電極剥がれを抑制する構造の開発、および、半導体素子の動作中における電極剥がれを抑制する構造の開発が試みられているものの、さらに電極剥れの抑制効果の向上が求められている。

【0005】

ここで、透光性電極の剥れに関し、半導体素子においては、透光性電極の膜厚が薄くなると、半導体層と透光性電極の界面からの透光性電極の剥がれが少なくなることがわかっている。しかし、半導体素子は、単純に透光性電極を薄くすると透光性電極のシート抵抗が高くなることにより、電流を均一に拡散できなくなる。つまり、電流の拡散が不十分なため、それが半導体素子（発光素子）からの光が斑になり出力が低下するという問題、かつ、駆動電圧が高くなってしまうという問題がある。

【0006】

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、半導体層と透光性電極の高い密着性を維持しながら、均一な発光強度と低い駆動電圧とを実現できる半導体素子を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち本発明に係る半導体素子は、半導体層と、前記半導体層上に設けられた透光性電極と、前記透光性電極上に設けられたパッド電極と、を少なくとも備える半導体素子であって、前記透光性電極は、前記パッド電極が載置される凹部が形成され、前記凹部の底面の透光性電極の厚みは、前記凹部以外の透光性電極の厚みの０％より大きく７０％以下であり、前記凹部を形成する側面が、前記凹部の底面側から上方に向かって外側に傾斜していることを特徴とする。

【0008】

このような構成によれば、凹部の底面の透光性電極の厚みを、凹部以外の透光性電極の厚みの０％より大きく７０％以下とすることで、凹部の底面の透光性電極が薄くなり、透光性電極の剥れが抑制される。さらに、凹部以外の透光性電極の厚みが必要以上に薄くならないため、シート抵抗を低くすることができ、半導体層に電流を均一に拡散させることができる。

【0009】

また、本発明に係る半導体素子は、前記パッド電極の側面と、前記透光性電極の凹部を形成する側面との間に隙間が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、パッド電極の側面での光吸収が抑制される。

【0010】

さらに、本発明に係る半導体素子は、前記隙間に、前記透光性電極より屈折率が小さい透光性膜が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、光が外部へ出やすくなり、光出力が向上する。

【0011】

そして、本発明に係る半導体素子は、前記パッド電極の側面が、基端周縁から上方に向かって内側に傾斜していることが好ましい。また、本発明に係る半導体素子は、前記凹部を形成する側面の一部が、前記パッド電極に覆われていてもよい。

【0012】

このような構成によれば、パッド電極の側面が傾斜していることで、発光素子からの光がパッド電極に当たりにくくなるため、光吸収をより抑制できる。また、発光素子からの光のうち、仮に一部の光がパッド電極の側面に当たったとしても、光は上方向に反射される。そのため、パッド電極の側面に当たった光を効率よく利用することができる。さらには、パッド電極の側面が傾斜していることで、透光性膜の被覆性が向上し、パッド電極の側面に保護層を被覆しやすくなり、またパッド電極の側面に保護層をより密着させやすくなる。

【0013】

また、本発明に係る半導体素子は、前記凹部以外の透光性電極の厚みが、８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。さらには、本発明に係る半導体素子は、前記透光性電極のシート抵抗が４０Ω／□以下であることが好ましい。
なお、シート抵抗とは、一様の厚さを持つ薄い膜の抵抗を表す方法の一つである。単位には、単位面積（縦、横が同じ正方形）あたりの面積抵抗率Ω／□（ｏｈｍ／ｓｑｕａｒｅ）を用いる。

【0014】

このような構成によれば、凹部以外の透光性電極の厚みを８０ｎｍ以上とすることで、シート抵抗がより低くなる。一方、３００ｎｍ以下とすることで、凹部以外の透光性電極の厚みが厚すぎないため、透光性電極の剥れがより生じにくくなる。また、シート抵抗を４０Ω／□以下とすることで、シート抵抗が高くならないため、半導体層に電流が拡散しやすくなる。

【0015】

そして、本発明に係る半導体素子は、前記凹部の底面の面積が、２７００μｍ^２以上であることが好ましい。
このような構成によれば、パッド電極を載置しやすくなる。また、この面積以上のパッド電極であることにより、ワイヤボンディングの際にワイヤを接続するためのパッド電極の上面領域を確保することができる。

【0016】

本発明の半導体素子におけるパッド電極は、ＣｒもしくはＣｒを含有する合金からなる層を最下層に有する複数層であってもよい。
このような構成によれば、透光性電極の半導体層からの剥れを抑制することができると共に、透光性電極とパッド電極の密着性がより強固になる。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る半導体素子によれば、ワイヤボンディングの際における透光性電極の剥がれ、および、半導体素子の動作中における透光性電極の剥がれを抑制することができる。さらに、発光強度を均一にできると共に、駆動電圧を低くすることができる。これにより、電極剥がれの不具合を減らし、かつ、均一な発光分布により出力が高く、信頼性の高い発光素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第一の実施形態に係る半導体素子（窒化物半導体素子）の構造を説明する模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図2】図１に示す窒化物半導体素子における透光性電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図3】本発明の第二の実施形態に係る窒化物半導体素子における透光性電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図4】本発明の第二の実施形態に係る窒化物半導体素子における透光性電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図5】本発明の第二の実施形態に係る窒化物半導体素子における透光性電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図6】本発明の第三の実施形態に係る窒化物半導体素子における透光性電極およびパッド電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図7】本発明のその他の実施形態に係る窒化物半導体素子における透光性電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。

【図8】本発明に係る実施例におけるワイヤボンディング加速試験での加速条件に関する模式図である。

【図9】実施例における２０ｍＡの電流を流した場合のＩＴＯ膜厚とシート抵抗の相関を示すグラフである。

【図10】実施例における発光強度分布を示す画像である。

【図11】実施例における２０ｍＡの電流を流した場合の発光強度分布と発光強度のヒストグラムを示す画像である。

【図12】従来の半導体素子（窒化物半導体素子）の構造を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る半導体素子の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

【0020】

（第一の実施形態）
〔半導体素子〕
本発明の半導体素子は、半導体層と、この半導体層上に設けられた透光性電極と、この透光性電極上に設けられたパッド電極と、を少なくとも備えるものである。具体的には、例えば、ｎ型窒化物半導体層と、このｎ型窒化物半導体層に積層されたｐ型窒化物半導体層と、このｐ型窒化物半導体層上に形成された透光性電極と、この透光性電極上の一部の領域に形成されたｐ側パッド電極と、前記ｎ型窒化物半導体層上に形成されたｎ側パッド電極と、を備える窒化物半導体素子が挙げられる。
そして透光性電極は、パッド電極が載置される凹部が形成され、凹部の底面の透光性電極の厚みを、凹部以外の透光性電極の厚みの０％より大きく７０％以下としたものである。

【0021】

本発明の半導体素子の構造の一例として、図１および図２に示す窒化物半導体素子１０が挙げられる。以下、本発明の半導体素子の構造を、図１および図２に示す窒化物半導体素子１０を例にして説明する。

【0022】

本発明の第一実施形態に係る窒化物半導体素子１０は発光素子であり、図１（ｂ）に示すように、基板１上に、ｎ型窒化物半導体層２と、活性層３と、ｐ型窒化物半導体層４とを積層して備える。さらに窒化物半導体素子１０は、ｎ型窒化物半導体層２に電気的に接続するｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎ、およびｐ型窒化物半導体層４に電気的に接続するｐ側電極５を、共に上面側に備え、また、絶縁性の保護層（保護膜）９を表面に備える。ｎ側電極７ｎはパッド電極であり、ｐ型窒化物半導体層４および活性層３の一部が除去されて露出したｎ型窒化物半導体層２の表面に直接に形成される。一方、ｐ側電極５は、ｐ型窒化物半導体層４の表面上のほぼ全面に形成された透光性電極６と、透光性電極６上の一部の領域に形成されたパッド電極（ｐ側パッド電極）７ｐとからなる。保護層９は、ｎ側電極７ｎおよびｐ側パッド電極７ｐの上面を除いた、窒化物半導体素子１０の全表面を被覆する。なお、本明細書における「上」とは、基板に対して窒化物半導体層を備えた側を指し、図１（ｂ）における上方向である。

【0023】

（基板）
基板１は、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。このような基板材料としては、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、また炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、および窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。

【0024】

（ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層）
ｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４（適宜まとめて窒化物半導体層２，３，４という）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-YＮ（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。

【0025】

（ｎ側電極、ｐ側電極）
ｎ側電極７ｎはｎ型窒化物半導体層２に、ｐ側電極５はｐ型窒化物半導体層４に、それぞれ電気的に接続して外部から電流を供給する。
ここで、窒化物半導体の中でも好適な窒化ガリウム系化合物半導体はｐ型になり難く、すなわちｐ型窒化物半導体層４は比較的抵抗が高い傾向がある。そのため、電極をｐ型窒化物半導体層４上の一部の領域のみで接続すると、窒化物半導体素子１０に供給される電流はｐ型窒化物半導体層４中で広がり難く、発光が面内で不均一になる。したがって、ｐ型窒化物半導体層４の面内全体に均一に電流が流れるように、ｐ側電極５はｐ型窒化物半導体層４上により広い面積で接続して設ける必要がある。ただし、上面を窒化物半導体素子１０の光取り出し面とするため、ｐ側電極５で光取り出し効率を低下させないように、ｐ側電極５は、ｐ型窒化物半導体層４上に直接に、その全面またはそれに近い面積の領域（ほぼ全面）に形成された透光性電極６を備える。そして、ｐ側電極５はさらに透光性電極６上に、ワイヤボンディング等で外部回路に接続するために、ボンディング性の良好なＡｕを表面に備えるパッド電極（ｐ側パッド電極）７ｐを備える。ｐ側パッド電極７ｐは、光を多く遮らない程度に、ボンディングに必要な平面視形状および面積であって、透光性電極６の平面視形状より小さく、内包されるように、すなわち透光性電極６上の一部の領域に形成される。

【0026】

一方、低抵抗のｎ型窒化物半導体層２には、ｎ側電極７ｎは、接続面積は少なくてよいので、光を透過させないパッド電極（ｎ側パッド電極）のみで構成することができ、ｎ型窒化物半導体層２上に直接に形成される。また、本実施形態に係る窒化物半導体素子１０は、上面側にｎ側パッド電極７ｎを備えるので、ｎ型窒化物半導体層２上の当該ｎ側パッド電極７ｎを接続するための領域における活性層３およびｐ型窒化物半導体層４が除去されている（図１（ｂ）参照）、すなわちこの除去された領域は発光しない。したがって、このｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎは、発光量を大きく減少させない程度に、ｐ側パッド電極７ｐと同様にボンディングに必要な、そしてｎ型窒化物半導体層２との電気的接続に必要な平面視形状および面積に形成される。ｎ側パッド電極７ｎおよびｐ側パッド電極７ｐの窒化物半導体素子１０の平面視におけるそれぞれの位置は、特に限定しないが、パッド電極７ｎ，７ｐ自身や外部回路から接続したワイヤで遮られる光量をより抑制できること、ボンディングの作業性等に基づいて設計すればよい。

【0027】

（透光性電極）
ｐ側電極５における透光性電極６は導電性酸化物からなる。透光性電極として金属薄膜を用いることもできるが、導電性酸化物は金属薄膜に比べて透光性に優れるため、窒化物半導体素子１０を発光効率の高い発光素子とすることができる。導電性酸化物としては、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｍｇからなる群から選択された少なくとも一種を含む酸化物、具体的にはＺｎＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，ＩＴＯが挙げられる。特にＩＴＯは可視光（可視領域）において高い光透過性を有し、また導電率の比較的高い材料であることから好適に用いることができる。透光性電極６の形状は、一体の矩形等のｐ型窒化物半導体層４の平面視形状に合わせた形状でもよいが、例えば、格子状、メッシュ形状、ドット状、ストライプ形状、網目状等にパターン形成してもよい。さらには、透光性電極６は、ｐ側パッド電極７ｐが設けられる部分以外の透光性電極６の表面に凹凸を設けてもよい。このように、透光性電極６の形状や表面状態を規定することで、光の取り出し効率を向上させることができる。

【0028】

ここで、図２に示すように、透光性電極６は、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６の厚みＴが、凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みｔよりも薄く形成されている。ここで厚みｔとは、透光性電極６の底面からｐ側パッド電極７ｐの側面と接している最も高い位置までの厚みを指す。
図２に示すように、透光性電極６はｐ側パッド電極７ｐが設けられる部位において凹状に形成されている。この凹状に形成された凹部Ｃの底面（底辺）Ａに、ｐ側パッド電極７ｐが載置される。すなわち、この凹部Ｃの底面Ａが、ｐ側パッド電極７ｐの最下部の底面が接するパッド載置部となる。
また、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６の厚みＴとは、凹部Ｃの底面Ａの下部における透光性電極６の厚みであり、凹部Ｃの底面Ａ（パッド載置部）の直下における透光性電極６の厚みのことである。透光性電極６において、凹部Ｃの底面Ａは粗面または凹凸を有していてもよく、その場合は凹部Ｃの底面Ａで最も厚みの厚いところを透光性電極６の厚みＴとする。

【0029】

なお、図２では、ｐ側パッド電極７ｐの側面の下部が透光性電極６に埋没して透光性電極６と密着しているが、ｐ側パッド電極７ｐの直径よりもやや大きめの直径の凹部Ｃとしてもよい（図３参照）。また、凹部Ｃの底面Ａは、ｐ側パッド電極７ｐが上面視で円形の場合は円形であり、四角形の場合は四角形である。しかしながら、上記のようにｐ側パッド電極７ｐの直径よりもやや大きめの直径の凹部Ｃとする場合は、これに限定されるものではなく、ｐ側パッド電極７ｐが載置できればどのような形状としてもよい。さらにまた、ｐ側パッド電極７ｐと凹部Ｃとの大きさの差、つまり平面視においてｐ側パッド電極７ｐの端部と凹部Ｃの端部との差が約１μｍ、さらに１μｍ以下とすることが好ましい。パッド電極７ｐの端部と凹部Ｃの端部との距離が近いほど電流拡散効果が大きくなり、順方向電圧（Ｖｆ）が下がるためである。

【0030】

また、凹部Ｃの底面の面積は、２７００μｍ^２以上であることが好ましい。通常、パッド電極上に外部電源と接続するためのワイヤをボンディングするには、パッド電極上面において保護層９から露出している領域の直径が６０μｍ、好ましくは７０μｍ必要である。また、直径が６０μｍより小さくなると、ブローブによる半導体素子の光学・電気特性の測定が困難になる恐れがある。したがって、上記観点から、凹部Ｃの底面の面積が２７００μｍ^２以上であれば、ｐ側パッド電極７ｐを載置しやすくなる。さらに好ましくは、３６７５μｍ^２以上である。また、上限については、シート抵抗（電流拡散）の観点から、６０７５μｍ^２が好ましい。ただし、パッド電極に補助電極を設ける場合はこの限りではない。さらにまた、パッド電極から電流を拡散させるための補助電極を延伸させてもよく、補助電極載置面の下部に凹部を設けることもできる。その場合、補助電極と透光性電極６との密着性も向上するので好ましい。

【0031】

そして、透光性電極６は、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６の厚みを、凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みの０％より大きく７０％以下とする。凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６の厚みが７０％より大きくなると、ワイヤボンディングの際、または、窒化物半導体素子１０の動作中に透光性電極６の剥れが生じる。よって、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６の厚みは７０％以下とする。好ましくは６０％以下である。なお、ｐ型窒化物半導体層４上に透光性電極６を設けるには、ｐ側パッド電極７ｐの直下において透光性電極６による電流拡散効果を奏するために厚みが０ｎｍを超えることが必要である（すなわち、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６の厚みが、凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みの０％を超える）。好ましくは１０ｎｍ以上である。よって、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６の厚みは、凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みの０％より大きく、かつ凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みの７０％以下とする。

【0032】

凹部Ｃ以外の透光性電極６とは、透光性電極６におけるｐ側パッド電極７ｐが設けられない部位のことであり、この部位の層の表面に保護層９が形成される。そして凹部Ｃ以外の透光性電極６の層により、ｐ型窒化物半導体層４に電流を均一に拡散させ、出力を向上させる。
この凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みｔは、８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みｔが８０ｎｍ以上であれば、シート抵抗をより低くすることができ、ｐ型窒化物半導体層４に電流が拡散しやすくなる。さらに好ましくは１００ｎｍ以上である。一方、３００ｎｍ以下とすることで、パッド電極７ｐの下部が透光性電極６に埋没すると共に厚みｔが厚すぎないため、透光性電極６の剥れがより生じにくくなる。さらに好ましくは２００ｎｍ以下である。

【0033】

また、透光性電極６のシート抵抗は４０Ω／□以下であることが好ましい。シート抵抗が４０Ω／□以下であれば、ｐ型窒化物半導体層４に電流が拡散しやすくなる。さらに好ましくは３０Ω/□以下である。なお、シート抵抗は低いほど好ましく、下限値は特に規定されるものではない。
シート抵抗は、凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みｔを所定以上とすることで、４０Ω／□以下に制御することができる。また、シート抵抗の測定は、例えば三菱化学製抵抗率計ＭＣＰ−Ｔ６００を用いて四端子四探針法により行なうことができる。

【0034】

（パッド電極）
本実施形態に係る窒化物半導体素子１０において、ｎ側パッド電極７ｎとｐ側パッド電極７ｐとは同じ積層構造であり、適宜まとめてパッド電極７と称する。
パッド電極７の構造としては特に限定されるものではなく、一般的なものであればよい。例えば、透光性電極６の上面に、Ｔｉ層、Ｒｈ層、Ｗ層、Ａｕ層の順に積層された構造（「Ｔｉ／Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ」と記載する。以下同じ）、「Ｃｒ／Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ」、「Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ」、「Ｃｒ／Ｐｔ／Ｒｕ／Ａｕ」、「ＣｒＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ」等が挙げられる。本明細書においてＣｒＲｈとは、ＣｒとＲｈの合金を表す。

【0035】

Ｔｉ層は、ｎ側パッド電極７ｎとｎ型窒化物半導体層２、および、ｐ側パッド電極７ｐと透光性電極６との密着性を向上させる層である。Ｒｈ層は、パッド電極７に入射される光（特に、最下層を透過した光）を反射することによって、窒化物半導体素子１０からの光取り出し効率を向上させるための層である。さらに、Ｒｈ層は、アニールすることによってＲｈが最下層に微量に拡散し、パッド電極７と透光性電極６とのオーミック接触をとり易くすることができる。

【0036】

Ｗ層は、パッド電極７の剥離強度を向上させるための層である。Ｗ層の厚みは厚いほうがよいが、厚すぎると、製造時間と製造コストが増大する。一方、Ｗ層の厚みが薄すぎると応力によってＷ層が反ってしまう。よって、Ｗ層の厚みは、３０〜１００ｎｍが好ましく、さらに好ましくは、５０ｎｍである。

【0037】

Ａｕ層（ボンディング層）は、外部からワイヤやバンプを接続するために設けられ、パッド電極７の表面（最上面）を構成する。Ａｕ層は、ワイヤ等との密着性すなわちボンディング性に優れ、耐食性等にも優れたＡｕを適用する。また、Ａｕ層は、ボンディング性を保持するため、厚さを１００ｎｍ以上とすることが好ましく、２００ｎｍ以上がより好ましい。さらにまた、Ａｕ層は厚みが厚いとＶｆが低減するが、生産性上、１５００ｎｍ以下とすることが好ましく、１０００ｎｍ以下がより好ましい。

【0038】

Ｃｒ層は、ｎ側パッド電極７ｎとｎ型窒化物半導体層２、および、ｐ側パッド電極７ｐと透光性電極６との密着性を向上させる層である。Ｃｒは、ｎ型窒化物半導体層２および導電性酸化物である透光性電極６のそれぞれへの密着性がよく、また、ｎ型窒化物半導体層２にオーミック接触可能な膜を形成する。Ｃｒ層は、ｎ型窒化物半導体層２へのオーミック接触性を保持するために厚さを１ｎｍ以上とすることが好ましく、１．５ｎｍ以上がより好ましい。さらにＲｈ層からのＲｈの拡散が上層のＡｕ層側に多くならないようにするために、Ｃｒ層の厚さは２ｎｍ以上が好ましい。一方、Ｃｒ層は、厚くなると透光性電極６との接触面までＲｈ層からの影響を受け難くなって、ｐ型窒化物半導体層４へのオーミック接触性が低下する。したがって、Ｃｒ層は厚さ９ｎｍ未満とすることが好ましく、６ｎｍ以下とすることがより好ましく、４．５ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。

【0039】

ここで、Ｃｒ層は、Ｃｒを含有する合金からなる層であってもよい。ＣｒやＣｒを含有する合金をパッド電極の最下層に用いることで、透光性電極６とパッド電極の密着性がより強固になる。なお、パッド電極の最下層は、ＲｈもしくはＲｈを含有する合金からなる層であってもよい。ＲｈやＲｈを含有する合金からなる層であっても、ＣｒやＣｒを含有する合金と同様の効果を得ることができる。特に、ＣｒＲｈ合金であれば、Ｃｒの密着性に加え、Ｒｈの高反射効率の効果も得られるため好ましい。

【0040】

Ｐｔ層は、Ｃｒ層へＰｔが拡散することにより、透光性電極６への密着性を向上させる層である。Ｃｒ層へＰｔが拡散することにより、Ｃｒ層のＰｔ層との界面近傍（Ｃｒ層−Ｐｔ層間）にＣｒ−Ｐｔ合金層が形成される。このＣｒ−Ｐｔ合金層により、透光性電極６への密着性が向上する。さらには、Ｃｒ層にＰｔが十分に拡散することで、ｐ型窒化物半導体層４へのオーミック接触性も向上する。Ｐｔ層の厚さはＣｒ層の厚さの１倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましく、具体的には１０ｎｍ以上とすることが製造上においても制御し易く好ましい。一方、１００ｎｍを超えて厚くしても効果のさらなる向上は飽和し、生産性が低下するため、また、Ａｕ層側へもＰｔが拡散してボンディング性を低下させる場合があるため、厚さを１００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以下とすることがより好ましい。

【0041】

Ｒｕ層は、Ｐｔ層とＡｕ層との間に積層される層である。Ｐｔ層上にＡｕ層が直接に積層されるとＰｔが拡散されてＡｕのボンディング性が低下する。すなわち、Ｒｕ層はＡｕ層へのＰｔの拡散を抑制するために設けられ、特に、Ｐｔ層からＣｒ層へＰｔを拡散させるための熱処理において、Ａｕ層内までＰｔが拡散することを抑制して、そのボンディング性が低下することを防止する。Ｒｕ層は、Ｐｔ層およびＡｕ層のそれぞれの厚さ、また熱処理条件にもよるが、具体的には厚さを５０ｎｍ以上とすることが好ましい。このような厚さとすることで、ＰｔをＣｒ層側へ拡散させるために熱処理を施された際に、ＰｔがＲｕ層側へも拡散しても、さらにＡｕ層まで到達して拡散することを抑制できる。より好ましい厚さは６０ｎｍ以上である。一方、Ｒｕ層は、９０ｎｍを超えて厚くしても効果のさらなる向上は飽和し、生産性が低下するため、厚さを９０ｎｍ以下とすることが好ましい。

【0042】

これらの各層は蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、また連続的に形成して積層することが好ましい。また、パッド電極７（７ｎ，７ｐ）の平面視形状は特に限定するものではなく、リフトオフ法、フォトリソグラフィを用いたエッチング等により、所望の形状（例えば図１（ａ）参照）に形成することができる。なお、パッド電極７は、底面積が大きくなるほど透光性電極６と接する面積が大きくなるため、より密着性がよくなる。また、これらの各層の厚さは、例えば、スパッタリング装置による成膜条件により調整すればよい。

【0043】

（保護層）
保護層９は、窒化物半導体素子１０における窒化物半導体層２，３，４の露出した表面（上面および側壁）や透光性電極６の表面等を被覆して、窒化物半導体素子１０の保護膜および帯電防止膜とする。具体的にはパッド電極７ｎ，７ｐの上面の周縁部を除いた領域をボンディングのための領域（ボンディング部）とし、このボンディング部の領域を除いた全表面に保護層９が形成される。保護層９は透光性の絶縁膜であるＳｉ，Ｔｉ，Ｔａ等の酸化物からなり、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、その膜厚は特に限定するものではないが、１００〜１０００ｎｍとすることが好ましい。

【0044】

ここで、パッド電極７ｎ，７ｐの最上面を構成するＡｕは、酸化物からなる保護層９との密着性に劣るため、保護層９がボンディング部の端から剥離する虞がある。これを防止するため、Ａｕ層の上面の周縁部（保護層９の直下の領域）に、密着層としてＮｉ等の膜を形成することが好ましい。さらにＮｉで密着層を形成した場合、この密着層からＮｉがＡｕ層のＡｕへ拡散するとボンディング性が低下するので、これを防止するために、密着層の下にバリア層を形成することが好ましい。バリア層は、Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒ等で形成することができるが、特にパッド電極７のＷ層と同様に、Ｗを適用することが好ましい。バリア層、密着層のそれぞれの厚さは特に限定するものではないが、好適に作用するために、バリア層は２０〜５０ｎｍ、密着層は１〜２０ｎｍとすることが好ましい。なお、バリア層と密着層の２層（例えばＷ／Ｎｉ層）を適宜、下地層と称する。下地層も、パッド電極７ｎ，７ｐを構成する金属膜と同様に、蒸着法、スパッタ法等の公知の方法によって成膜することができ、Ａｕ層から連続して、すなわち例えばＴｉ層から連続して成膜することが好ましい。

【0045】

〔半導体素子の製造方法〕
次に、本発明に係る半導体素子の製造方法の一例について、前記実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を例にして説明する。

【0046】

まず、サファイア基板を基板１として、ＭＯＶＰＥ反応装置を用いて、基板１上に、ｎ型窒化物半導体層２を構成する、第１のバッファ層と、第２のバッファ層と、ｎ側コンタクト層と、第３のバッファ層と、ｎ側多層膜層とを成長させ、このｎ側多層膜層の上に活性層３を成長させた後、さらにｐ型窒化物半導体層４を構成する、ｐ側多層膜層と、ｐ側コンタクト層とを順に成長させる。そして窒化物半導体の各層を成長させた基板１（以下、ウェハという）を装置の処理室内にて窒素雰囲気で、６００〜７００℃程度のアニールを行って、ｐ型窒化物半導体層４を低抵抗化する。

【0047】

次に、ｎ側電極（ｎ側パッド電極）７ｎを接続するためのコンタクト領域として、ｎ型窒化物半導体層２の一部を露出させる。アニール後のウェハ上にフォトレジストにて所定の形状のマスクを形成して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）にて、ｐ型窒化物半導体層４および活性層３、さらにｎ型窒化物半導体層２のｎ側多層膜層、第３のバッファ層を除去して、その表面にｎ側コンタクト層を露出させる。そしてエッチングの後、レジストを除去する。なお、コンタクト領域と同時に、窒化物半導体素子１０（チップ）の周縁部（スクライブ領域）をエッチングしてもよい。

【0048】

その後、ウェハの全面に、透光性電極６としてＩＴＯ膜をスパッタリング装置にて成膜する。そして、フォトレジストにて、ＩＴＯ膜上にその下のｐ型窒化物半導体層４の平面視形状（図１（ａ）参照）に対応した形状のマスクを形成し、エッチングして、ｐ型窒化物半導体層４上に透光性電極６を形成する。そしてエッチングを行なうが、この際、エッチングにより、透光性電極６におけるｐ側パッド電極７ｐが設けられる部位を除去して凹部Ｃを形成する。これにより、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６を所定厚さとする。その後、レジストを除去する。次に、窒素雰囲気で５００℃程度のアニールを行って、透光性電極６（ＩＴＯ膜）のｐ型窒化物半導体層４とのオーミック接触性、および前記コンタクト領域の露出させたｎ型窒化物半導体層２の、ｎ側パッド電極７ｎへのオーミック接触性を、それぞれ向上させる。

【0049】

次に、露出させたｎ型窒化物半導体層２上、および透光性電極６のそれぞれにおける所定領域を空けたマスクをフォトレジストにて形成する。この際、透光性電極６の凹部Ｃの底面Ａが露出するように、マスクを形成する。このマスクの上から、スパッタリング装置にて、パッド電極７ｎ，７ｐを構成するＴｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｕ、さらに下地層を構成するＷ，Ｎｉの計６層の金属膜をそれぞれ所定の膜厚ずつ連続的に成膜する。その後、レジストをその上の金属膜ごと除去すると、前記の所定領域にｎ側パッド電極７ｎ、ｐ側パッド電極７ｐが形成され（リフトオフ法）、またその上に、同じ平面視形状でＷ，Ｎｉの２層の膜が積層された状態となる。

【0050】

次に、ＩＴＯ膜のオーミック接触性を向上させるため、窒素雰囲気で、ウェハに熱処理（アニール）を施す。熱処理の温度は、２８０℃以上とすることが好ましい。一方、温度が高過ぎると、窒化物半導体層２，３，４が熱で劣化して、ｎ型窒化物半導体層２およびｐ型窒化物半導体層４の方のオーミック接触性が低下し、さらに、窒化物半導体素子１０の発光強度が低下する等の虞があるため、熱処理の温度は５００℃以下とすることが好ましい。また、処理時間は、温度およびＴｉ層等の厚さに応じて設定されるが、１０〜２０分間程度が好ましい。

【0051】

その後、ウェハの全面に、保護層９としてＳｉＯ₂膜をスパッタリング装置にて成膜する。すなわち、ボンディング部としてパッド電極７ｎ，７ｐ上のＷ，Ｎｉの膜上の所定領域を空けたマスクをフォトレジストにて形成し、ＳｉＯ₂膜をエッチングした後、レジストを除去する。残ったＳｉＯ₂膜（保護層９）をマスクとしてＮｉ，Ｗをエッチングして、ボンディング部にＡｕ層を露出させる。

【0052】

そして、ウェハをスクライブやダイシング等で分離して、１個の窒化物半導体素子１０（チップ）となる。また、チップに分離する前に、ウェハの裏面から基板１を研削（バックグラインド）して所望の厚さとなるまで薄く加工してもよい。

【0053】

以上の工程による本発明に係る半導体素子のパッド電極の製造方法は、前記の実施形態に係る窒化物半導体素子について、ｐ側、ｎ側のそれぞれにパッド電極を同時に形成することができるため、生産性が向上する。

【0054】

（第二の実施形態）
次に、第二の実施形態に係る発光素子について説明する。図３〜５は、本発明の第二の実施形態に係る窒化物半導体素子における透光性電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。第二の実施形態に係る半導体素子は、ｐ側パッド電極７ｐの側面（側辺）と、透光性電極６の凹部Ｃを形成する側面（側辺）との間に隙間Ｓが形成されていること、あるいは、ｐ側パッド電極７ｐの側面全体が保護層９で覆われていること以外は、第一の実施形態と実質的に同様である。なお、第二の実施形態における厚みｔは、透光性電極６の底面から、凹部Ｃ側面の最も高い位置までの厚みを示す。

【0055】

第二の実施形態に係る発光素子は、ｐ型窒化物半導体層４上に形成された透光性電極６と、この透光性電極６上の一部の領域に形成されたｐ側パッド電極７ｐと、を備える。
図３、４に示すように、透光性電極６は、凹部Ｃの底面Ａの面積が、パッド電極７ｐの底面積よりも大きい。また、図３に示すように、ｐ側パッド電極７ｐの側面と、透光性電極６の凹部Ｃを形成する側面とが接しておらず、これらの間に隙間Ｓが形成されている。すなわち、透光性電極６にｐ側パッド電極７ｐが埋没している位置の側面と、この側面に対向する位置にある透光性電極６の側面との間が離間している。さらに、図４に示すように、ｐ側パッド電極７ｐの側面と、凹部Ｃを形成する側面との間に保護層９を有していてもよい。つまり、ｐ側パッド電極７ｐは、その底面でのみ、透光性電極６と接している。

【0056】

これらの構成により、ｐ側パッド電極７ｐと透光性電極６とが接する面積が小さくなるので、透光性電極６を透過した光がｐ側パッド電極７ｐに当たる面積（透光性電極６とｐ側パッド電極７ｐとの界面の面積）も小さくなり、ｐ側パッド電極７ｐによる光の吸収を抑制できる。また、透光性電極６の凹部Ｃ側面がほぼ垂直であるときは、ｐ側パッド電極７ｐの側面に当たらずに透光性電極６の凹部Ｃ側面で反射される光が多くなる。
さらに、保護層９が透光性電極６よりも屈折率が小さい透光性膜である場合、例えば、保護層９がＳｉＯ_２、透光性電極６がＩＴＯから形成されるとき、光が透光性電極６から保護層９へ出やすくなり、光出力が向上する。

【0057】

さらに、図５に示すように、透光性電極６の凹部Ｃ側面が、凹部Ｃ底面を基準としてテーパー角αを有していてもよい。すなわち、凹部Ｃ側面が傾斜面に形成されており、この傾斜面が凹部Ｃの底面Ａ側から上方に向かって外側に傾斜していてもよい。なお、図５のように凹部Ｃ側面が傾斜面の場合は、厚みｔは、透光性電極６の底面から、凹部Ｃのテーパー角αを有する傾斜面の最も高い位置までの厚みを示す。この場合、テーパー角αは９０°未満、好ましくは４５°以下とすることが望ましい。テーパー角αが９０°より小さくなると、透光性電極６内を多重反射しながら横方向に伝搬する光に対して凹部Ｃ側面で反射角を変えて多重反射を抑制できる。凹部Ｃ側面がテーパー角αを有している場合、凹部Ｃ側面に比較的小さな入射角で到達するため、高い率で透過して外部に取り出される。また、凹部Ｃ側面から上方向（発光観測方向）に向かう光線を増加させることができ、その凹部Ｃ側面における発光強度を向上させることができる。なお、テーパー角αは、凹部Ｃの底面Ａの面積を、パッド電極７ｐの底面積よりも大きくした状態で設けてもよいし、大きくしない状態で設けてもよい。
テーパー角αの制御は、パターンエッチングの際のマスクのエッチング条件（マスクの断面形状、マスクの材質、エッチングガスの選択等）によっても可能であるが、本実施形態では、ウェットエッチングによってテーパー角αを制御する。

【0058】

ここで、図３に示すように、凹部Ｃを形成する側面との間に保護層９を設けないほうが、図４、５の構造に比べて、全反射して取り出せる光がさらに増える。図３のようにｐ側パッド電極７ｐの側面と凹部Ｃの側面の隙間が空気または真空となると、これらは保護層９よりも屈折率が小さいことになるので、隙間Ｓと凹部Ｃの側面の界面における接線に垂直な線に対して、入射する光が約２８度より大きい角度であると全反射し、パッド電極７ｐに当たって吸収されることはない。
すなわち、
ＩＴＯ／保護層（ＳｉＯ_２）の場合は、約４４度
ＩＴＯ／空気の場合は、約２８度
であるため、約２８〜４４度の間の光の取出しが可能になる。

【0059】

なお、「４４度」、「２８度」とは、スネルの法則により導き出した臨界角のことである。具体的には、ＩＴＯからＳｉＯ_２（もしくは空気）の界面に入射する光の角度である。このとき、それぞれの屈折率は、「空気＝１」、「ＳｉＯ_２＝１．４５」、「ＩＴＯ＝２．１」と仮定して計算している。
また、保護層９がパッド電極７ｐの上面と側面を覆わず、透光性電極６の上面のみを被覆する構造であってもよい。

【0060】

（第三の実施形態）
次に、第三の実施形態に係る発光素子について説明する。図６は、本発明の第三の実施形態に係る窒化物半導体素子における透光性電極およびパッド電極の構造を模式的に示す拡大断面図である。第三の実施形態に係る半導体素子は、ｐ側パッド電極７ｐの側面が傾斜面に形成されており、この傾斜面が基端周縁から上方に向かって内側に傾斜していること、あるいは、凹部Ｃを形成する側面の一部（被覆部Ｂ）が、ｐ側パッド電極７ｐに覆われていること以外は、第一の実施形態および第二の実施形態と実質的に同様である。なお、第三の実施形態における厚みｔは、透光性電極６の底面から、凹部Ｃ側面の最も高い位置までの厚みを示す。具体的には、厚みｔは、透光性電極６の底面から、凹部Ｃのテーパー角αを有する傾斜面の最も高い位置までの厚みを示す。

【0061】

第三の実施形態に係る発光素子は、ｐ型窒化物半導体層４上に形成された透光性電極６と、この透光性電極６上の一部の領域に形成されたｐ側パッド電極７ｐと、を備える。
図６に示すように、パッド電極（ｐ側パッド電極７ｐ）の側面が、基端周縁から上方に向かって内側に傾斜していてもよい。傾斜とは、パッド電極の側面が平坦面や曲面の場合を含む。

【0062】

ここで、基端周縁とは、ｐ側パッド電極７ｐの底面の周縁をいい、後記するように、凹部Ｃの側面の一部がｐ側パッド電極７ｐに覆われている場合は、ｐ側パッド電極７ｐの側面が凹部Ｃの側面と接する部位を意味する。なお、凹部Ｃの側面の一部がｐ側パッド電極７ｐに覆われていない場合は、ｐ側パッド電極７ｐの側面が凹部Ｃの底面Ａと接する部位である。すなわち、基端周縁とは、ｐ側パッド電極７ｐの底面の周縁が凹部Ｃと接する部位である。また、「基端周縁から上方に向かって」とは、ｐ型窒化物半導体層４側（基板１側）から上方に向かってということである。
すなわち、ｐ側パッド電極７ｐの側面は、当該側面の基端が凹部Ｃと接する部位を基準として、ｐ型窒化物半導体層４側から上方に向かってｐ側パッド電極７ｐの断面積（あるいは平面視形状における幅）が狭くなるように傾斜している。なお、ｐ側パッド電極７ｐが平面視形状で円形の場合（図１（ａ）参照）は、円錐台又はドーム形状に形成されている。

【0063】

ｐ側パッド電極７ｐの側面が傾斜していることで、発光素子からの光がｐ側パッド電極７ｐに当たりにくくなるため、光吸収をより抑制できる。また、発光素子からの光（矢印Ｅ１，Ｅ２）のうち、仮に一部の光がｐ側パッド電極７ｐの側面に当たったとしても、光は上方向に反射される（矢印Ｅ２）。そのため、ｐ側パッド電極７ｐの側面に当たった光を効率よく利用することができる。さらには、ｐ側パッド電極７ｐの側面が傾斜していることで、保護層９の被覆性が向上する。すなわち、ｐ側パッド電極７ｐの側面に保護層９を被覆しやすくなり、またｐ側パッド電極７ｐの側面に保護層９をより密着させやすくなる。

【0064】

そして、図６に示すように、凹部Ｃを形成する側面の一部が、ｐ側パッド電極７ｐに覆われて、被覆部Ｂを形成してもよい。ここでは、透光性電極６の凹部Ｃ側面が、凹部Ｃ底面を基準としてテーパー角αを有している。すなわち、凹部Ｃ側面が傾斜面に形成されており、この傾斜面が凹部Ｃの底面Ａ側から上方に向かって外側に傾斜している。そして、この凹部Ｃの傾斜した側面の一部が、ｐ側パッド電極７ｐに被覆され、被覆部Ｂを形成している。すなわち、被覆部Ｂが、「凹部Ｃを形成する側面の一部」となる。このような構成とすることで、ｐ側パッド電極７ｐの幅を凹部Ｃの底面Ａの幅に厳密に合わせる必要がないため、凹部Ｃにｐ側パッド電極７ｐを設けやすくなる。なお、凹部Ｃ側面が傾斜していない形態（例えば図３、４の形態）であっても、凹部Ｃ側面の一部が、ｐ側パッド電極７ｐに覆われていてもよい。

【実施例】

【0065】

次に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【0066】

〔半導体素子の作製〕
以下の方法により、図１に示す構造の窒化物半導体素子を作製した。ただし、保護層は設けなかった。
３インチφのサファイア（Ｃ面）からなる基板上に、ＭＯＶＰＥ反応装置にて、バッファ層、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層を構成するそれぞれの窒化物半導体を順次成長させた。窒化物半導体の各層を成長させた基板（以下、ウェハという）を、ＭＯＶＰＥ反応装置の処理室にて窒素雰囲気として、６００℃のアニールを行った。

【0067】

ウェハを処理室から取り出し、ｐ型窒化物半導体層上に所定の形状のレジストマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置で、図１（ｂ）に示すように、ｐ型窒化物半導体層および活性層、さらにｎ型窒化物半導体層のｎ側コンタクト層が露出するまでエッチングを行い、レジストを除去した。

【0068】

ウェハをバッファードフッ酸（ＢＨＦ、フッ酸／フッ化アンモニウム水溶液）に室温で浸漬した後、スパッタリング装置にてＩＴＯを成膜した。詳しくはＩｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂との焼結体からなる酸化物ターゲットを用い、Ａｒ雰囲気で放電を行ってＩＴＯ膜をウェハ上に形成した。そして、ｐ型窒化物半導体層上のほぼ全面にＩＴＯ膜が残るように、レジストマスクを形成してエッチングを行った。この際、エッチングにより、透光性電極におけるｐ側パッド電極が設けられる部位を除去して凹部を形成し、凹部の底面のＩＴＯ膜を所定厚さとした。その後、レジストを除去した。そして、ＩＴＯ膜のオーミック接触性を向上させるため、窒素雰囲気で５００℃のアニールを行い、透光性電極とした。

【0069】

次に、ｎ側電極用コンタクト領域のｎ型窒化物半導体層（ｎ側コンタクト層）上、および透光性電極上のそれぞれの所定の領域を空けたレジストマスクを形成した。この際、透光性電極の凹部の底面が露出するように、マスクを形成した。そして、スパッタリング装置にて、ウェハ上に、パッド電極用の金属膜（Ｔｉ，Ｒｈ，Ｗ，Ａｕ）を連続的に順次成膜した。なお、パッド電極については、表１に示す構造のものを作製した。そして、レジストを除去し（リフトオフ）、ｎ側、ｐ側の各パッド電極の平面視形状（図１（ａ）参照）の多層膜を形成した。

【0070】

なお、ＩＴＯ膜は、後記するワイヤボンディング加速試験に用いるものとして、凹部以外のＩＴＯの膜厚を１７０ｎｍとし、凹部の底面のＩＴＯの膜厚を、表１に示す厚さ及び割合としたものを作製した。また、後記するシート抵抗測定試験に用いるものとして、凹部の底面のＩＴＯの膜厚と、凹部以外のＩＴＯの膜厚を同一とし、４０ｎｍ、８０ｎｍ、１２０ｎｍ、１７０ｎｍと変化させたものを作製した。さらには、発光強度のヒストグラムを調べるため、凹部の底面のＩＴＯの膜厚と、凹部以外のＩＴＯの膜厚を同一とし、８０ｎｍ、１７０ｎｍと変化させたもの、および、凹部以外のＩＴＯの膜厚を１７０ｎｍとし、凹部の底面のＩＴＯの膜厚を８０ｎｍとしたものを作製した。なお、シート抵抗測定試験には、パッド構造が「Ｔｉ／Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ」のものを使用した。

【0071】

その後、アニール炉にて窒素雰囲気でウェハに４００℃、１０分間でアニールを施して、試験用の窒化物半導体素子とした。なお、下地層および保護層は、電極の剥離に直接的に関係するものではなく、また、これらが試験に何かしらの影響を与えないようにするため、ここではこれらは設けなかった。

【0072】

このようにして作製した窒化物半導体素子について、外部接続部材を接合する際の電極の剥離について調べるためのワイヤボンディング加速試験、および、ＩＴＯ膜厚とシート抵抗の関係について調べるためのシート抵抗測定試験を行った。なお、ワイヤボンディング加速試験とシート抵抗測定試験とでは、それぞれの試験に用いるサンプルを用意して、別個に試験を行った。

【0073】

［ワイヤボンディング加速試験］
表１に示すサンプルについて、ワイヤボンディング加速試験により、ここではＩＴＯ膜とｐ型窒化物半導体層との密着性を確認した。
試験条件は、ワイヤボンディング装置（ＫＡＩＪＯ製ＦＢ−１５０ＤＧII）を用いて、φ３０μｍのＡｕワイヤをパッド電極にボンディングし、その際にＩＴＯ膜がｐ型窒化物半導体層から剥がれたサンプル、および、ｐ型窒化物半導体層から剥れなくてもＩＴＯ膜が破れたサンプルの個数を調べ、剥れ数とした。

【0074】

なお、サンプルは、素子のサイズが４２０μｍ×２４０μｍ、ｐ側パッド電極のパッド径が９０μｍであり、保護層は設けていない。また、前記のワイヤボンディング装置においては、加速的な剥がれ試験を行なうために、ボンディング時の荷重を通常よりも高い値の４０ｇｆに設定し、さらに、ボンディングする位置についても通常よりずらした位置、つまり、図８に示すようにパッド径からはみ出した位置に設定して試験を行なった。また、サンプル数（評価数）は、表１に示す通りである。
ＩＴＯ膜厚と剥れ率の関係を、表１に示す。

【0075】

【表1】

【0076】

表１に示すように、全面ＩＴＯ膜厚における凹部の底面のＩＴＯ膜厚の割合が７０％以下では、剥れ率が最大でも０．９％であり、電極の剥離を抑制できていることがわかる。

【0077】

［シート抵抗測定試験］
凹部以外のＩＴＯ膜厚が４０ｎｍ、８０ｎｍ、１２０ｎｍ、１７０ｎｍの４種類のサンプルに、それぞれ２０ｍＡ、７０ｍＡ、１００ｍＡの電流を流した。そして、ＩＴＯ膜のシート抵抗を測定した。また、発光強度分布を調べた。さらに、凹部の底面のＩＴＯの膜厚と、凹部以外のＩＴＯの膜厚を同一とし、８０ｎｍ、１７０ｎｍと変化させたもの、および、凹部以外のＩＴＯの膜厚を１７０ｎｍとし、凹部の底面のＩＴＯの膜厚を８０ｎｍとした３種類のサンプルに、２０ｍＡの電流を流した。そして、発光強度分布と発光強度のヒストグラムを調べた。ここで、シート抵抗は四端子四探針法により測定した（装置名：三菱化学製抵抗率計ＭＣＰ−Ｔ６００）。また、発光強度分布は、実際に電流を流し、発光している画像をＣＣＤカメラにて強度分布に変換して撮影した（プログラム名：ＬＥＰＡＳ１１）。

【0078】

ＩＴＯ膜厚とシート抵抗の関係を図９〜１１に示す。図９は、２０ｍＡの電流を流した場合のＩＴＯ膜厚とシート抵抗の相関を示すグラフ、図１０は、発光強度分布を示す画像、図１１は、２０ｍＡの電流を流した場合の発光強度分布と発光強度のヒストグラムを示す画像である。なお、図１０および図１１の発光強度分布図において、右側の縦軸の数値は発光強度（％）を示し、最も明るく発光したところを１００％としている。左側の縦軸の数値はｙ方向の座標を示し、横軸はｘ方向の座標を示す。また、図１１の発光強度のヒストグラムにおいて、縦軸の数値は検出量（任意値）を示し、横軸の数値は発光強度（％）を示す。

【0079】

図９に示すように、ＩＴＯ膜厚が大きくなるほどシート抵抗が小さくなっていることがわかる。特に、８０ｎｍ以上とすることで、シート抵抗を約４０Ω／□以下とすることができることがわかる。また、図１０に示すように、発光強度分布から、ＩＴＯ膜厚が大きくなるほど電流が拡散しやすいといえる。特に２０ｍＡで顕著に現れているといえる。またＩＴＯ膜厚が４０ｎｍではパッド近辺が強発光してしまい、電流があまり拡散していない。一方、ＩＴＯ膜厚が８０ｎｍになると、電流が拡散し、また１７０ｎｍになると、電流がさらに拡散することで発光の分布がよくなるといえる。また、図１１に示すように、本発明構造と、ＩＴＯ膜厚が１７０ｎｍ（通常条件）とではほとんど同じヒストグラムになるがＩＴＯ膜厚が８０ｎｍの条件のみピークの位置が低い値へ推移している。このことからも、ＩＴＯ膜厚が８０ｎｍのときに比べて、１７０ｎｍのときのほうが、電流がさらに拡散することで発光の分布がよくなるといえる。

【0080】

以上の結果から、透光性電極において、凹部の底面の透光性電極の厚みを、凹部以外の透光性電極の厚みと異なるものとし、凹部の底面での透光性電極の厚みを凹部以外の透光性電極の厚みの０％より大きく、７０％以下とすることで、透光性電極の剥離を抑制することができることがわかる。さらに、凹部以外の透光性電極の厚みを所定にすることで、シート抵抗を低くすることができ、電流が拡散を促進することができることがわかる。

【0081】

以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。

【0082】

例えば、その他の形態として、図７に示すように、透光性電極６は、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極の層（透光性電極６ａ）以外の層を２層（透光性電極６ａ，６ｂ）とすることで透光性電極６に凹部Ｃを形成し、凹部Ｃの底面Ａの透光性電極６ａの厚みＴを、凹部Ｃ以外の透光性電極６の厚みｔと異なるものとしてもよい。この場合、半導体素子の製造方法においては、まず、ｐ型窒化物半導体層４上に一層の透光性電極６ａを形成し、その後、この透光性電極６ａ上における、ｐ側パッド電極７ｐが設けられる部位以外の部位に透光性電極６ｂを形成することで透光性電極６に凹部Ｃを形成すればよい。

【0083】

さらには、例えば、前記実施形態（図１参照）に係る半導体素子では、透光性電極はｐ型窒化物半導体層上に設けられる構成としたが、ｎ型窒化物半導体層上にも設けられていてもよい。この場合、ｎ側電極においても、ｐ側電極と同様に、凹部の底面の透光性電極の厚みが、凹部以外の透光性電極の厚みと異なるものとし、凹部の底面の透光性電極の厚みを凹部以外の透光性電極の厚みの０％より大きく７０％以下とすればよい。その他、半導体素子の構造は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、適宜他の構造としてもよい。

【0084】

以上のとおり、本発明によれば、半導体層からパッド電極までの高い密着性を維持しながら、均一な発光強度を実現すると共に、低い駆動電圧で動作可能な半導体素子とすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0085】

本発明に係る半導体素子は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機等、種々の発光装置に使用することができる。

【符号の説明】

【0086】

１０ 窒化物半導体素子（半導体素子）
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 ｐ側電極
６，６ａ，６ｂ 透光性電極
７ｐ ｐ側パッド電極
７ｎ ｎ側電極（ｎ側パッド電極）
７ パッド電極
９ 保護層
Ａ 凹部の底面（パッド載置部）
Ｂ 凹部側面の被覆部
Ｃ 凹部
Ｅ１，Ｅ２ 光の方向を示す矢印
Ｓ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図12】

【図10】

【図11】