特許 6040769 発光素子及びその製造方法

(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】6040769

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】発光素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/36 20100101AFI20161128BHJP

   H01L 33/42 20100101ALI20161128BHJP

   H01L 21/283 20060101ALI20161128BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/36

   H01L33/42

   H01L21/283 C

   H01L21/28 301B

   H01L21/28 301R

【請求項の数】13

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-288221(P2012-288221)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-130930(P2014-130930A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年7月8日

(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】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】三木 康寛

(72)【発明者】

【氏名】大西 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】佐野 雅彦

【審査官】 島田 英昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１２４３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９４８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０６７３１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ３３／００−３３／６４

Ｈ０１Ｌ２１／２８−２１／２８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体層及び
前記半導体層と電気的に接続された透光性導電層と、該透光性導電層上の一部に設けられた金属部材と、前記半導体層と透光性導電層との間であって、前記半導体層に接して設けられた第１透光性絶縁層と、該第１透光性絶縁層上に設けられ、かつ平面視において、前記金属部材と重なる位置に配置された第２透光性絶縁層とを有する電極構造体を備え、
前記第１透光性絶縁層は、その外縁が前記第２透光性絶縁層の外縁よりも外側に配置され、かつ酸化ニオブからなり、
前記第２透光性絶縁層は酸化シリコンからなることを特徴とする発光素子。

【請求項2】

前記第２透光性絶縁層は、前記第１透光性絶縁層の屈折率よりも小さい屈折率を有する請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

前記第１透光性絶縁層は、前記第２透光性絶縁層よりも前記半導体層の屈折率に近い屈折率を有する請求項１又は２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記第１透光性絶縁層は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みを有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光素子。

【請求項5】

前記第２透光性絶縁層は、１００ｎｍ以上の厚みを有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光素子。

【請求項6】

前記半導体層は、第１半導体層と、前記第１半導体層の一領域上に設けられた発光層と、前記発光層上に設けられた第２半導体層と、を有しており、
前記電極構造体は、前記第１半導体層の他の領域上と、前記前記第２半導体層上とにそれぞれ設けられている請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光素子。

【請求項7】

（ａ）半導体層上の所定領域にレジスト層を形成し、
（ｂ）前記レジスト層上から、スパッタ法により第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層をこの順に形成し、その後、前記レジスト層を除去し、
（ｃ）得られた第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層のうち、該第２透光性絶縁層の外縁を除去して、該第２透光性絶縁層の外縁を、前記第１透光性絶縁層の外縁よりも内側に配置し、
（ｄ）これら第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層並びにその周囲の前記半導体層の表面を被覆するように透光性導電層を形成し、
（ｅ）さらに前記透光性導電層上であって、前記第２透光性絶縁層と重なる位置に金属部材を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。

【請求項8】

工程（ｂ）において、前記第１透光性絶縁層を、前記第２透光性絶縁層よりも前記半導体層との密着力が高い材料により形成する請求項７に記載の発光素子の製造方法。

【請求項9】

工程（ｂ）において、前記第２透光性絶縁層を、前記第１透光性絶縁層の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料で形成する請求項７又は８に記載の発光体素子の製造方法。

【請求項10】

工程（ｂ）において、前記第１透光性絶縁層を、前記第２透光性絶縁層よりも前記半導体層の屈折率に近い屈折率を有する材料で形成する請求項７〜９のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。

【請求項11】

工程（ｃ）において、前記第２透光性絶縁層の外縁を、ウェットエッチングにより除去する請求項７〜１０のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。

【請求項12】

工程（ｂ）において、前記第１透光性絶縁層を酸化ニオブ、かつ前記第２透光性絶縁層を酸化シリコンによって形成し、
工程（ｃ）において、前記第２透光性絶縁層の外縁を、バッファードフッ酸を用いてウェットエッチングにより除去する請求項７〜１１のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。

【請求項13】

工程（ａ）において、前記半導体層を、第１半導体層と、前記第１半導体層の一領域上に設けられた発光層と、前記発光層上に設けられた第２半導体層とによって形成し、
前記第１半導体層の他の領域上及び前記第２半導体層上で開口を有するレジスト層を形成する請求項７〜１２のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化物半導体を用いた発光素子は、そのワイドバンドギャップ特性から、近紫外から赤色域において発光が得られるため、広く利用されている。
発光素子は、通常、基板上に、ｎ型窒化物半導体、活性層及びｐ型窒化物半導体をこの順に積層した構造を有し、ｐ型層、一部露出されたｎ型層に各電極が設けられている。そして、このような基本構造に基づいて、特に、その高出力化を目指して、種々の発光素子構造及び電極構造が提案されている。

【0003】

例えば、ｎ型層に設けられるｎ電極にＩＴＯ等の透明導電性酸化物を用いる構造、ｐ層に設けられ電極とｐ層との間に透光性絶縁膜を介在させる構造等が提案されている（特許文献１及び２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８−２５０７６９号公報

【特許文献2】特開平９−１２９９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ｐ層と電極との間に透光性絶縁膜を介在させた構造では、透光性絶縁膜とｐ層との密着性が悪く、製造工程の途中で透光性絶縁膜が剥がれ、歩留まりが低下するという懸念がある。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、半導体層と電極を構成する透光性導電層との間に透光性絶縁層を介在させることにより、光取り出し効率の向上を図りながら、歩留まりの低下を軽減できる発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は以下の発明を含む。
半導体層及び
前記半導体層と電気的に接続された透光性導電層と、該透光性導電層上の一部に設けられた金属部材と、前記半導体層と透光性導電層との間であって、前記半導体層に接して設けられた第１透光性絶縁層と、該第１透光性絶縁層上に設けられ、かつ平面視において、前記金属部材と重なる位置に配置された第２透光性絶縁層とを有する電極構造体を備え、
前記第１透光性絶縁層は、その外縁が前記第２透光性絶縁層の外縁よりも外側に配置され、かつ前記第２透光性絶縁層よりも前記半導体層との密着力が高い材料により形成されている発光素子。

【0008】

（ａ）半導体層上の所定領域にレジスト層を形成し、
（ｂ）前記レジスト層上から、スパッタ法により第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層をこの順に形成し、その後、前記レジスト層を除去し、
（ｃ）得られた第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層のうち、該第２透光性絶縁層の外縁を除去して、該第２透光性絶縁層の外縁を、前記第１透光性絶縁層の外縁よりも内側に配置し、
（ｄ）これら第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層並びにその周囲の前記半導体層の表面を被覆するように透光性導電層を形成し、
（ｅ）さらに前記透光性導電層上であって、前記第２透光性絶縁層と重なる位置に金属部材を形成する発光素子の製造方法。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、光取り出し効率に優れた発光素子を得ることができるとともに、歩留まりの低下を軽減することができる発光素子の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】本実施形態１に係る発光素子の構造を説明するための概略平面図である。

【図1B】本実施形態１に係る発光素子の構造を説明するための図１ＡのＡ−Ａ’線の概略断面図である。

【図2A】本実施形態２に係る発光素子の構造を説明するための概略平面図である。

【図2B】本実施形態２に係る発光素子の構造を説明するための図２ＡのＡ−Ａ’線の概略断面図である。

【図3】本実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための概略断面工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本件発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光素子を例示するものであって、本発明は発光素子を以下のものに特定しない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一又は同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
なお、図１Ａ及び図２Ａの平面図においては、第１透光性絶縁層１６、６５の外縁を図示せず、第２透光性絶縁層１５、６５の外縁のみを表している。

【0012】

実施形態１
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態に係る発光素子１０は、半導体層２４と、電極構造体２３とを備える。

【0013】

（半導体層）
半導体層２４は、例えば、基板１１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、第１（以下「ｎ型」と記載することがある）半導体層１２、発光層１３及び第２（以下「ｐ型」と記載することがある）半導体層１４がこの順に積層されて構成されている。
半導体層２４は、第２半導体層１４側から厚み方向に一領域が除去され、つまり、部分的に除去され、そこから第１半導体層１２が露出しており、この露出した領域以外の第１半導体層１２の他の領域上に、発光層１３および第２半導体層１４が順に積層されて構成されている。
本実施形態の発光素子においては、便宜上、半導体層２４を第２半導体層１４として説明するが、この半導体層は、第１半導体層１２であってもよい。この場合には、以下の説明において、第２半導体層１４を第１半導体層１２と読み替える。

【0014】

半導体層２４を構成する第１半導体層１２、発光層１３及び第２半導体層１４としては、特に限定されるものではなく、例えば、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物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、発光層１３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。

【0015】

（基板）
基板１１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側の電極及びｎ側の電極はいずれも半導体層の同一面側に形成されることになる（図１Ｂ及び図２Ｂ参照）。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、ｐ側の電極及びｎ側の電極はいずれも半導体層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。

【0016】

（電極構造体）
電極構造体２３は、半導体層２４と電気的に接続された透光性導電層２１と、透光性導電層２１上の一部に設けられた金属部材２２と、前記半導体層と透光性導電層との間であって、半導体層に接して設けられた第１透光性絶縁層１５と、第１透光性絶縁層１５上に設けられ、かつ平面視において、金属部材２２と重なる位置に配置された第２透光性絶縁層１６とを有する。
以下、第２半導体層１４と電気的に接続された透光性導電層２１と、透光性導電層２１上の一部に設けられた金属部材２２とをあわせて第２電極２０と称することがある。つまり、第２電極２０は、第２半導体層１４上の第１透光性絶縁層１５及び第２透光性絶縁層１６が形成されていない領域に直接接触しており、これら第１透光性絶縁層１５及び第２透光性絶縁層１６を被覆するように、第２半導体層１４とオーミック接続されている。

【0017】

（透光性導電層）
第２電極２０のうち透光性導電層２１が、第２半導体層１４とオーミック接続されている。ここでオーミック接続とは、当該分野で通常用いられている意味であり、例えば、その電流−電圧特性が直線又は略直線となる接続を指す。また、デバイス動作時の接合部での電圧降下及び電力損失が無視できるほど小さいことを意味する。

【0018】

透光性導電層２１は、第２半導体層１４への均一な電流の供給を意図するものであるため、第２半導体層１４上の略全面に、広い面積で配置されることが好ましい。ここで略全面とは、上面に露出する第２半導体層１４の外縁及び第１半導体層の露出した領域の外縁以外の領域を指す。例えば、発光素子の平面積の９０％以上であるのが好ましく、さらには９５％以上であることが好ましい。これにより、第２電極２０の第２半導体層１４への接触面積を最大限として、金属部材２２から直下にある半導体層（特に活性層１３）に流れ込む電流を、広範な透光性導電層によって拡散することができ、接触抵抗を低下させて駆動電圧を低減させることができる。また、より均一な電流分布で、電流を第２半導体層の全面に供給することができる。

【0019】

透光性導電層２１は、発光層１３からの光を効率的に取り出すために、発光層１３から出射される光に対して、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上透過させる材料から形成されるのが好ましい。例えば、亜鉛、インジウム、錫、マグネシウム、カドミウム、ガリウム、鉛からなる群から選択される少なくとも１種を含む酸化物、具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ_２、ＩｎＯ_２、ＳｎＯ、ＭｇＯ等の導電性酸化物膜の単層膜又は積層膜が挙げられる。また、透光性を有するものであれば、一般に電極に使用される薄膜状の金属又は合金の単層膜又は積層膜でもよい。

【0020】

透光性導電層２１の厚みは、例えば、順方向電圧（Ｖｆ）を低減できる５０ｎｍ以上、かつ発光層１３から出射された光の媒質伝搬による光損失が低減できる３００ｎｍ以下程度の厚みとするのが好ましい。

【0021】

（金属部材）
金属部材２２は、透光性導電層２１上の一部に設けられ、かつ導電性ワイヤなどの外部接続部材が接続可能な部材である。
金属部材２２は、その全部が透光性導電層２１上に配置されていることが好ましい。金属部材２２は透光性導電層２１と電気的に接続されており、透光性導電層２１よりも小さい面積を有していることが好ましい。つまり、金属部材２２は、第２導電型半導体層１４に直接接触していないことが好ましい。第２半導体層１４と後述する第１透光性絶縁層１６との界面や、第１透光性絶縁層１６と第２透光性絶縁膜層１５との界面などにおいて、活性層１３からの光を反射させることにより、金属部材２２による光の吸収を回避するためである。
金属部材２２は、発光素子の形状、大きさ及び使用態様（フェイスアップ実装形態、フェイスダウン実装形態等）等によって、発光素子１０内における位置、大きさ等を適宜調整することができる。

【0022】

金属部材２２は、ワイヤボンディングの接続部となる領域を含むことが好ましい。この場合、ワイヤボンディングが可能となる面積、ワイヤボンディングに使用する導電性ワイヤとの密着性を考慮した大きさ、積層構造又は表面層、ワイヤボンディングの際の衝撃に耐えるだけの厚さ等を適宜調整して形成することができる。
また、金属部材２２は、発光素子１０の全面により均一に電流を供給するために、ワイヤボンディングの接続部となる領域以外に、この領域から延伸した延伸部を備えていることが好ましい。延伸部の形状、大きさ等は特に限定されないが、例えば、５〜５００μｍ程度、５〜５０μｍ程度の太さ、発光素子の一辺（例えば、長辺）２０〜７０％程度、３０〜６０％程度の長さを有するものが好ましい。また、延伸部は、直線状及び曲線状のいずれもよく、１本又は２本以上のいずれでもよく、分岐構造を有していてもよい。
特に、金属部材２２の接続部は、発光素子１０の全面により均一に電流を供給するために発光素子１０において、周辺部又は端部に偏って配置されていることが好ましく、延伸部は、後述する第１電極３０に向かって延伸していることが好ましい。例えば、本実施形態における金属部材２２は、その接続部から後述する第１電極３０を挟むように２つの延伸部がＵ字状に延伸し、それぞれが第１電極３０の接続部から延伸する延伸部と略平行となるように対向して配置されている。

【0023】

金属部材２２は、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属又は合金、Ａｌ、Ｓｉ及びＣｕの合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金）等の単層膜又は積層膜によって形成することができる。

【0024】

特に、金属部材２２は、ワイヤボンディングなどの他の端子との接続のために通常用いられる導電性材料、例えば、金、白金等を、その上面側（接続領域）に配置させることが好ましい。さらに、後述する保護膜１７との密着性の良好な材料、例えばＮｉやＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗなどを金属部材２２の上面に配置させることが好ましい。

【0025】

金属部材２２は、総膜厚が１００ｎｍ〜５μｍ程度となる範囲で適宜調整することができ、例えば、その上にＡｕバンプを形成する場合には、金属部材２２を比較的厚めに、共晶（Ａｕ−Ｓｎ等）バンプを形成する場合には金属部材２２を比較的薄めに設定するなどが適している。

【0026】

（第２透光性絶縁層）
第２透光性絶縁層１５は、上述した金属部材２２からその直下にある発光層１３に流れ込む電流を低減するとともに、電流のより広範囲にわたる拡散を果たす役割を有する。そのために、第２透光性絶縁層１５は、第２半導体層１２と透光性導電層２１との間に配置されている。特に、その上面の全面が、透光性導電層２１に接触して配置されていることが好ましい。また、透光性導電層２１を介して、金属部材２２の一部と重なる位置に配置されている限り、その全部と重なる位置に配置されていてもよい。

【0027】

第２透光性絶縁層１５は、このような機能を果たすものであれば、その形状、大きさ、材料、厚み等は特に限定されるものではなく適宜調整することができる。
例えば、金属部材２２と同じ形状及び大きさであってもよいし、形状が同じで、若干小さめ（１％〜十数％程度の縮尺）又は大きめ（１％〜十数％程度の拡大）であることが適している。特に、金属部材２２と同じか大きく、金属部材２２の全部が、第２透光性絶縁層１５の上方に配置されていることが好ましい。この場合には、第２透光性絶縁層１５の材料によって、発光層１３から出射される光を、第２透光性絶縁層１５と透光性導電層２１との界面で、より大面積で、より確実に反射させることができるために、出射光の金属部材２２による吸収を最小限に止めることができ、光反射効率を向上させることができる。

【0028】

第２透光性絶縁層１５は、透光性を有する絶縁体からなるものであればよく、例えば、酸化物膜として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＨｆＯ、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_xＮ_y等が挙げられ、窒化物膜としては、ＳｉＮ、ＴｉＮ等が挙げられ、これらの単層膜又は積層膜であってもよい。
特に、第２透光性絶縁層１５は、第２半導体層１４と屈折率が異なるものが好ましく、第２半導体層１４よりも屈折率が小さいものがより好ましく、さらには後述する第１透光性絶縁層１６よりも屈折率が小さいものが好ましい。具体的には、窒化物半導体層がＧａＮ層である場合は、その屈折率が２．４〜２．５程度であることから、第２透光性絶縁層１５の屈折率は、例えば、２．０程度以下、１．８程度以下、１．６程度以下のもの、なかでもＳｉＯ_２の単層膜を用いるのがより好ましい。
このように、第２透光性絶縁層１５の屈折率が第２半導体層１４よりも（及び第１透光性絶縁層１６よりも）小さい場合には、第２半導体層１４又は第１透光性絶縁層１６と第２透光性絶縁層１５との界面で活性層１３からの光が反射され、特に、臨界角以上で略全反射され、その上の電極材料による光損失を最小限にとどめることができ、より光取り出し効率を向上させることができる。

【0029】

第２透光性絶縁層１５の厚みは、例えば、後述する第１透光性絶縁層１６との界面において発光層１３からの光を全反射することができるように１００ｎｍ程度以上、好ましくは２００ｎｍ程度以上とすることが挙げられ、さらに好ましくは、発光層の発光ピーク波長以上の厚み（エバネッセント場よりも外側に透光性導電層２１が配置される厚み）である。これにより、臨界角以上で入射される光が全反射されずに透光性導電層２１に抜けるのを抑制することができる。具体的には、第２透光性絶縁層１５の厚みは、製造における作業時間やコストなども考慮して１００〜１０００ｎｍ程度が好ましく、２００〜５００ｎｍ程度がより好ましく、発光層の発光ピーク波長以上の厚み〜５００ｎｍ程度がさらに好ましい。

【0030】

（第１透光性絶縁層１６）
第１透光性絶縁層１６は、第２半導体層１４と第２透光性絶縁層１５とをより強度に密着させるために、半導体層と透光性導電層との間、特に、第２半導体層１４と第２透光性絶縁層１５との間に配置される。従って、第１透光性絶縁層１６は、第２透光性絶縁層１５よりも第２半導体層１４との密着力が高い材料により形成される。また、第１透光性絶縁層１６は、第２透光性絶縁層１５が第２半導体層１４と接触しない形状、大きさ等であることが好ましい。第１透光性絶縁層１６は、第２半導体層１４上であって、第２透光性絶縁層１５の外縁よりも外側にその外縁を配置するものが好ましい。これによって、第２透光性絶縁層１５の第２半導体層１４への密着性の弱さを第１透光性絶縁層１６で確実に補助することができる。
また、第１透光性絶縁層１６の外縁は、第２透光性絶縁層１５の外縁に対して特に限定されることなく、例えば、数十ｎｍ〜数μｍ程度、具体的には１０ｎｍ〜２μｍ程度の距離で外側に配置されていることが好ましい。

【0031】

第１透光性絶縁層１６は、第２透光性絶縁層１５と屈折率が異なるものが好ましく、第２透光性絶縁層１５よりも屈折率が大きいものがより好ましく、第２透光性絶縁層１５よりも第２半導体層１４に近い屈折率であるものがさらに好ましい。具体的には、窒化物半導体層であるＧａＮ層は、屈折率が２．４〜２．５程度であることから、第１透光性絶縁層１６の屈折率は、これと同等又はこれよりも小さい、例えば、１．６程度以上、１．８程度以上、２．０程度以上のものが好ましい。

【0032】

第１透光性絶縁層１６は、第２透光性絶縁層よりも半導体層との密着力が高い材料により形成されることにより、通常使用されていた透光性導電層と半導体層との間に配置されていた絶縁層よりも、半導体層との密着性を確保することができると共に、より均一な電流分布で確実に半導体層への電流の供給が可能となる。
ここで、第１透光性絶縁層１６の半導体層との密着力は、第１透光性絶縁層１６、半導体層の組成等によって変動し、また、第２透光性絶縁層の組成によっても、第１透光性絶縁層１６の半導体層との間で必要とされる密着力の大きさが変動する。よって、第１透光性絶縁層１６を構成する材料は、用いる第２透光性絶縁層及び半導体層によって適宜選択することができる。

【0033】

第１透光性絶縁層１６は、例えば、酸化ニオブ、酸化チタン、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化マグネシウム、チタン酸ビスマスよりなる群から選択される材料等が挙げられる。なかでも、酸化ニオブが好ましい。特に、第２透光性絶縁層１５が酸化シリコンである場合に、第１透光性絶縁層１６を酸化ニオブとすることにより、第２半導体層１４との密着性をより強固とすることができる。また、第２半導体層１４と第１透光性絶縁層１６との屈折率差をほぼ無いくらいまで小さくすることができる一方、第１透光性絶縁層１６と第２透光性絶縁層１５との屈折率差を大きくすることができるために、第１透光性絶縁層１６と第２透光性絶縁層１５との界面における臨界角を小さく設定でき、効率良く発光層１３からの光を全反射させることができる。このため、第２電極又は後述する第１電極の一部による光の吸収を最小限にとどめ、より光取り出し効率を図ることが可能となる。

【0034】

第１透光性絶縁層１６は、第２半導体層１４との密着性を考慮して１ｎｍ以上の厚み、３ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上の厚み、かつ第１透光性絶縁層１６自体に光が吸収されるのを軽減できる１００ｎｍ以下の厚み、５０ｎｍ以下の厚みを有するものが好ましい。具体的には、１〜１００ｎｍ程度が好ましく、３〜１００ｎｍ程度がより好ましく、１０〜５０ｎｍがさらに好ましい。
このような第１透光性絶縁層１６が、極薄膜で、第２半導体層１４と第２透光性絶縁層１５との間に介在することにより、第２透光性絶縁層１５の第２半導体層１４への密着性を確保することができ、製造工程の途中で第２透光性絶縁層１５が剥がれることなく、高い歩留まりで発光素子を製造することができる。
また、第２透光性絶縁層１５よりも外縁が外側に設けられた第１透光性絶縁層１６は、上述した第２透光性絶縁層１５と共に、金属部材２２からその直下にある活性層１３に流れ込もうとする電流を水平方向により拡散させることができる。
さらに、このような構成を有する第１透光性絶縁層１５及び第２透光性絶縁層１６は、その界面で、活性層１３からの光を反射することができる。よって、金属部材２２による光吸収を軽減することができる。

【0035】

（第１電極３０）
発光素子１０の第１半導体層１２の上面（活性層１３及び第２半導体層１４が設けられた領域とは異なる他の領域）には、第１電極３０が形成されている。この電極３０は、第１半導体層１２上に直接接触しており、オーミック接続されていればよい。例えば、Ａｌ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ等の金属材料、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ等の導電性酸化物等が挙げられる。第１電極３０は、単層構造でもよいし、積層構造でもよい。また、上述した第２電極２１と同じ積層構造を有していてもよい。つまり、オーミック接続されている透光性導電層３１と、この透光性導電層３１上に配置された金属部材３２とを有していてもよい。この積層構造を選択することにより、第２電極２０のための積層構造の形成の際に、同時に積層し、同時にパターニングすることにより、製造工程の簡略化を図ることができる。

【0036】

この第１電極３０、特に、透光性導電層３１は、第１半導体層１２への均一な電流の供給を意図するものであるため、第１半導体層１２上の略全面に、広い面積で形成されることが好ましい。これにより、第１電極３０の第１半導体層１２への接触面積を最大限として、接触抵抗を低下させて駆動電圧を低減させることができるとともに、効果的に電流を第１半導体層１２の全面に供給することができる。

【0037】

（保護膜１７）
半導体層の側面、第２電極２０の一部、第１半導体層１２の露出領域、第１電極３０の一部の表面には、通常、保護膜３２が形成されている。
保護膜１７は、光を吸収しにくい材料で形成する場合には、発光層１３からの光の吸収を最小限に留めて、光の取出効率を向上させることができる。例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜等が挙げられる。特に、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮが挙げられる。保護膜１７は、単一の材料の単層膜又は積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。
また、保護膜１７の厚みは、外部環境から発光素子を保護するために、例えば、１０〜２０００ｎｍ程度が適しており、１００〜１０００ｎｍ程度がより好ましい。

【0038】

（発光素子の製造方法）
本発明の発光素子の製造方法では、まず、（ａ）半導体層上の所定領域にレジスト層を形成する。
半導体層は、当該分野で通常利用されている方法により、上述した半導体層の積層構造を得るために、条件等を適宜調整して形成することができる。
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）等の公知の成膜方法が挙げられる。

【0039】

次いで、（ｂ）レジスト層上から、スパッタ法により第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層をこの順に形成し、その後、レジスト層を除去する。
例えば、第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層の形成を意図する領域に開口を有するレジスト層を形成し、レジスト層上からスパッタ法により第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層の材料膜をこの順に第２半導体層上に形成する。その後、レジスト層並びにその上に形成された第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層の材料膜を除去すること（リフトオフ法）によって、図３（ａ）に示したように、所望の形状にパターニングされた第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５を形成する。
なお、第１透光性絶縁層を成膜する場合のスパッタ法の条件は、第２透光性絶縁層を成膜する場合の条件よりも緩和とすることが好ましい。通常、第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層をスパッタ法により成膜する場合には、図３（ａ）に示したように、半導体層の表面にスパッタした粒子が衝突し、表面荒れ、結晶の歪等によるダメージ領域１４ａが形成されるが、スパッタ法の条件を緩和とすることにより、第１透光性絶縁層を成膜する際の半導体層表面のスパッタ効果を緩和して、半導体層表面のダメージ、荒れ又は結晶の歪等を回避することができ、第１透光性絶縁層１６の半導体層１４への密着性をより向上させることができる。

【0040】

ここで形成される第１透光性絶縁層は、その上に形成される第２透光性絶縁層よりも半導体層との密着力が高い材料により形成されるのが好ましく、第２透光性絶縁層よりも半導体層の屈折率に近い屈折率を有するのが好ましい。また、第２透光性絶縁層は、第１透光性絶縁層の屈折率よりも小さい屈折率を有するのが好ましい。

【0041】

その後、（ｃ）得られた第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５のうち、第２透光性絶縁層１５の外縁を除去して、図３（ｂ）に示したように、第２透光性絶縁層１６の外縁を、第１透光性絶縁層１６の外縁よりも内側に配置する。
このような除去は、例えば、これら層を構成する材料によるエッチングレートの差異を利用して行うことができる。具体的には、ドライエッチング又はウェットエッチングによるエッチャントの選択、エッチング時間、ドライエッチングにおける電力、ＲＦ、エッチャントの濃度又は純度等を制御することなどによって、エッチングレートの差異を利用することができる。
特に、フッ化水素とフッ化アンモニウムとを含む水溶液（バッファードフッ酸、ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングが好ましい。バッファードフッ酸は、水溶液の濃度を調整することにより、エッチングレートを制御することができる。例えば、ウェットエッチングは、１５〜５０℃程度の温度で０．５〜３０分間程度処理する方法が挙げられる。
このような加工を行うことにより、通常、比較的厚膜の透光性絶縁層をリフトオフ法によってパターン形成した際に、透光性絶縁層の端部に発生するバリ等を効果的に除去することができる。また、エッチングによって、第２透光性絶縁層の外縁を、第１透光性絶縁層の外縁よりも内側に配置することができるために、第２透光性絶縁層が直接半導体層に接触することを回避することができ、それらの接触の脆弱による第２透光性絶縁層の剥離を防止することができる。加えて、第２透光性絶縁層の端面を、より半導体層から遠ざけることができるため、半導体層、第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層の端面付近における応力を回避して、第２透光性絶縁層の剥がれをより効果的に防止することができる。

【0042】

続いて、図３（ｃ）に示したように、（ｄ）これら第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５並びにその周囲の半導体層の表面を被覆するように透光性導電層２１を形成する。さらに、（ｅ）透光性導電層２１上であって、第２透光性絶縁層１５と重なる位置に金属部材２２を形成する。
ここでの、透光性導電層２１及び金属部材２２は、当該分野における電極の形成と同様の方法、例えば、フォトリドグラフィー及びエッチング方法によって、所望の形状にパターニングすることによって形成することができる。

【0043】

なお、工程（ａ）において、フォトリドグラフィー及びＲＩＥ等のエッチング法などを用いて、第２半導体層及び発光層、任意に第１半導体層の厚み方向の一部を除去し、第１半導体層を露出させることによって、第１半導体層と、第１半導体層の一領域上に設けられた発光層と、発光層上に設けられた第２半導体層とを有する半導体層を形成する。

【0044】

これらの工程の後、保護膜１７を形成してもよい。保護膜１７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、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、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の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理（熱処理）とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。

【0045】

実施形態２
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態に係る発光素子４０は、半導体層と、電極構造体２３、３３とを備える。
この実施形態の発光素子４０では、第２半導体層１４上に形成された電極構造体２３に加えて、第１半導体層１２上にも電極構造体３３を配置する以外、実施形態１の発光素子１０と実質的に同様の構成を有する。

【0046】

つまり、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、透光性導電層５１と第１半導体層１２との間には、第２半導体層１４と透光性導電層２１との間と同様に、第２透光性絶縁層６５及び第１透光性絶縁層６６が配置されている。この場合、第２透光性絶縁層６５は、金属部材５２の全部と重なる位置に配置されていてもよいが、金属部材５２の一部と重なる位置に配置されていることが好ましい。特に、第２透光性絶縁層６５は、金属部材５２の一部と重なり、発光素子の外縁側において、透光性導電層５１を第１半導体層１２と接触させるように配置されていることが好ましい。これによって、より好適に、発光層１３への電流の均一な供給を実現することができる。

【0047】

このような発光素子は、上述した工程（ａ）において、第２半導体層１４上及び第１半導体層１２の他の領域（露出領域）上に開口を有するレジスト層を形成し、このレジスト層を用いて上述した工程（ｂ）〜（ｅ）を行うことにより、形成することができる。

【0048】

第１電極５０側の電極構造体３３と、第２電極２０側の電極構造体２３とを同じ材料膜によって形成する場合には、形成しようとする領域、例えば第１半導体層の他の領域（露出領域）上および第２半導体層上に開口を有するレジスト層をパターン形成し、このレジスト層をマスクとして用いて同時に形成することができる。

【0049】

また、第２半導体層１４上への電極構造体２３の形成とは別個に、上述した工程（ａ）において、第１半導体層１２の他の領域（露出領域）上に開口を有するレジスト層を形成し、このレジスト層を用いて上述した工程（ｂ）〜（ｅ）と同様の工程を行うことにより、第２半導体層１４上と、第１半導体層１２上とに、別個に電極構造体３３を形成することができる。

【0050】

以下に、本発明の実施形態に係る発光素子及びその製造方法について、詳細に説明する。
実施例１
この実施例の発光素子１０は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、半導体層２４と、電極構造体２３とを有する。
半導体層２４は、サファイアからなる基板１１上に、バッファ層等の複数層（図示せず）を介して、第１（例えば、ｎ型）半導体層１２、発光層１３及び第２（例えば、ｐ型）半導体層１４をこの順に積層した半導体層が形成されている。半導体層は、部分的に除去されて、そこからｎ型半導体層１２が露出する露出領域が形成されている。

【0051】

第２半導体層１４の上面には、発光素子１０の全外周及び素子内の露出領域の全外周を除く全面に、ＩＴＯによる透光性導電層２１と金属部材２２とからなる第２電極２０が形成されている。
透光性導電層２１は、その一部を除いて、第２半導体層１４上に直接接触しており、オーミック接続されている。
透光性導電層２１の上には、導電性ワイヤ等の外部接続部材が電気的に接続されるパッド電極として機能する金属部材２２が配置されている。この金属部材２２によって、透光性導電層２１を介して電流を第２半導体層１４の全体に供給することができる。
例えば、金属部材２２は、半導体層側から、Ｒｈ膜（膜厚：１００ｎｍ）、Ｗ膜（膜厚：５０ｎｍ）及びＡｕ膜（膜厚：５００ｎｍ）が順次積層されて構成されている。

【0052】

第２半導体層１４と透光性導電層２１との間には、酸化ニオブからなる第１透光性絶縁層１６と、酸化シリコンからなる第２透光性絶縁層１５とが半導体層側から順に配置されている。
上述した透光性導電層２１、金属部材２２、第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５により、電極構造体２３が形成されている。
第２透光性絶縁層１５は、その外縁が、第１透光性絶縁層１６の外縁よりも外側に位置するように、つまり、第２透光性絶縁層１５の全面が、第１透光性絶縁層１６上に配置するように積層されている。
また、第２透光性絶縁層１５は、その外縁が、金属部材２２の外縁よりも外側に位置するように、つまり、金属部材２２の全面が、透光性導電層２１を介して第２透光性絶縁層１５上に位置するように形成されている。

【0053】

第１半導体層１２の上面には、透光性導電層２１及び金属部材２２からなる第２電極２０と同様の材料によって、透光性導電層３１及び金属部材３２からなる第１電極３０が形成されており、透光性導電層３１の全面が、第１半導体層１２上に直接接触しており、オーミック接続されている。

【0054】

この実施例の発光素子１０では、例えば、素子サイズが７００×３００μｍ、第２半導体層１４に接続する第１透光性絶縁層１６の総面積が２００００μｍ^２、透光性導電膜（ＩＴＯ）と第２半導体層１４との接触面積が１５００００μｍ^２である。

【0055】

このような発光素子は、以下の製造方法により作製することができる。
（半導体層の形成）
サファイアからなる基板１１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１０ｎｍ、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、第１半導体層１２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（４ｎｍ）とＩｎＧａＮ層（２ｎｍ）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層６４ｎｍを形成する。その上に、最初に膜厚が３ｎｍのＩｎ_０．３Ｇａ_０．７Ｎからなる井戸層と膜厚が１５ｎｍのアンドープＧａＮからなる障壁層が、障壁層から繰り返し交互に６層ずつ積層され、最後に障壁層が積層されて形成された多重量子井戸構造の発光層１３（総膜厚１２３ｎｍ）を形成する。その上に、第２半導体層１４として、ＭｇドープＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層（４ｎｍ）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２ｎｍ）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、ウェハを得た。

【0056】

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した。

【0057】

（電極の形成）
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、第２半導体層１４上に、所定形状のパターンを有するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして使用して、スパッタ法によって、酸化ニオブ及び酸化シリコンを順次成膜した。その後、リフトオフ法を利用して、図３（ａ）に示したように、これら膜を所望形状にパターニングして、半導体層１４上に、第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５を形成した。なお、第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５が積層された半導体層１４の表面には、スパッタでの粒子の衝突によるダメージ領域１４ａが発生する。また、第１透光性絶縁層１６は、第２透光性絶縁層１５に比較して、非常に薄膜であるために、リフトオフ法によるバリ等はほとんど発生しない。

【0058】

続いて、バッファードフッ酸を用いて、常温でウェットエッチングを行い、第２透光性絶縁層１５の外縁を、第１透光性絶縁層１６の外縁よりも内側に位置するように第２透光性絶縁層１５を加工した。なお、このウェットエッチングによっては、第１透光性絶縁層１６はほとんどエッチングされず、第２透光性絶縁層１６の周辺に発生するバリ及びその側面がエッチングされ、若干その大きさが小さくなる。
その後、得られたウェハの表面に、ＩＴＯからなる膜を成膜してパターニングすることにより、図３（ｃ）に示したように、第２半導体層１４及び露出した第１半導体層１２の略全面に、それぞれ透光性導電層２１，３１を形成した。
次に、得られたウェハ上に、Ｒｈ膜（厚み１００ｎｍ）、Ｗ膜（厚み５０ｎｍ）及びＡｕ膜（厚み５００ｎｍ）を順次積層し、上述した形状にパターニングして、図３（ｃ）に示したように、金属部材２２，３２をそれぞれ形成し、第２電極２０及び第１電極３０を形成した。

【0059】

さらに、サファイアからなる基板１１を裏面側から研磨して薄膜化し、続いて、スクライブすることによって、発光素子のチップを形成した。

【0060】

実施例２
この実施例２の発光素子４０は、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、第１半導体層１２の上に電極構造体３３が配置されている以外は、実施形態１の発光素子１０と同様の構成を有する。
つまり、第１半導体層１２と、その上に形成された第１電極５０との間に、第１透光性絶縁層６６及び第２透光性絶縁層６５が配置されている。
ここで、第１半導体層１２上の第１透光性絶縁層６６及び第２透光性絶縁層６５は、第２半導体層１４上のそれらと同様の材料によって形成されているが、第２透光性絶縁層６５の外縁は、第１透光性絶縁層６６の外縁よりも内側に位置している。
また、第２透光性絶縁層６５の外縁は、透光性導電層５１の外縁の内側であり、かつ、金属部材５２の外縁の外側に配置している。

【0061】

（発光素子の評価１）
第２透光性絶縁層（酸化シリコン）／第１透光性絶縁層（酸化ニオブ）の厚みを変化させる以外、実施例１と同様にして得られたウェハにおいて、製造時の熱応力で剥がれた第２透光性絶縁層の個数を自動外観装置にてカウントし、第２透光性絶縁層の剥がれ率（ｐｐｍ）を算出した。なお、さらにウェハから個片化した発光素子を砲弾型（直径５ｍｍ）の発光装置に実装し、通常の使用電流域にて発光させた場合の順方向電圧（Ｖ）及び光出力（ｍＷ）についても確認した。
比較例として、第１透光性絶縁層を形成しない以外、上記と同様にして得られた発光装置を用いた。

【0062】

【表1】

評価例１Ａ〜１Ｄは、比較例２と比べて光出力および順方向電圧を維持したまま、顕著に剥がれ率を低減することができた。また、第１透光性絶縁層の厚みが大きくなるにつれて、剥がれ率をより低減することができた。

【0063】

（発光素子の評価２）
第２透光性絶縁層（酸化シリコン）／第１透光性絶縁層（酸化ニオブ）の厚みを変化させる以外、実施例１と同様にして得られたウェハにおいて、製造時の熱応力で剥がれた第２透光性絶縁層の個数を自動外観装置にてカウントし、第２透光性絶縁層の剥がれ率（ｐｐｍ）を算出した。なお、さらにウェハから個片化した発光素子を砲弾型（直径５ｍｍ）の発光装置に実装し、通常の使用電流域にて発光させた場合の順方向電圧（Ｖ）及び光出力（ｍＷ）についても確認した。
比較例として、第１透光性絶縁層を形成しない以外、上記と同様にして得られた発光装置を用いた。

【0064】

【表2】

評価例２Ａ〜２Ｄはいずれも、比較例２と比べて光出力および順方向電圧を維持したまま、顕著に剥がれ率を低減することができた。また、第１透光性絶縁層の厚みが大きくなる、特に１０ｎｍ以上のとき剥がれをなくすことができた。
なお、本評価に用いた各サンプルは、評価１に用いたサンプルと同様の条件で作成したものではあるが、評価１とは別のウェハから得られたサンプルであるため、評価例１Ｄと評価例２Ａとで異なる剥がれ率を示している。ただし、同一ウェハから得られたサンプル同士を比較する場合、剥がれ率には同様の傾向が現れるため、評価２における剥がれ率の比較自体に問題は無いものとする。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明に係る発光素子及びその製造方法は、例えば、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、種々の発光装置及びその製造方法に利用することができる。

【符号の説明】

【0066】

１０、４０ 発光素子
１１ 基板
１２ 第１半導体層
１３ 発光層
１４ 第２半導体層
１４ａ ダメージ領域
１５、６５ 第２透光性絶縁層
１６、６６ 第１透光性絶縁層
１７ 保護膜
２０ 第２電極
３０ 第１電極
２１、３１、５１ 透光性導電層
２２、３２、５２ 金属部材
２３、３３ 電極構造体
２４ 半導体層

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】