特許 6686913 発光素子

(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】6686913

(24)【登録日】2020年4月6日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/10 20100101AFI20200413BHJP

   H01L 33/40 20100101ALI20200413BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20200413BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20200413BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/10

   H01L33/40

   H01L21/88 R

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-3350(P2017-3350)

(22)【出願日】2017年1月12日

(65)【公開番号】特開2018-113363(P2018-113363A)

(43)【公開日】2018年7月19日

【審査請求日】2019年2月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(74)【代理人】

【識別番号】100165962

【弁理士】

【氏名又は名称】一色 昭則

(74)【代理人】

【識別番号】100206357

【弁理士】

【氏名又は名称】角谷 智広

(72)【発明者】

【氏名】多井中 伴之

(72)【発明者】

【氏名】緒方 博之

(72)【発明者】

【氏名】金本 嶺泰

(72)【発明者】

【氏名】山崎 浩史

(72)【発明者】

【氏名】篠田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】竹中 靖博

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−６２９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３２５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１００５２９（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】

III 族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、前記ｐ層上に設けられた透明電極と、前記透明電極上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられたｐ電極と、を有し、前記ｐ電極は、外部と電気的に接続されるｐパッド部と、前記ｐパッド部から配線状に延伸するｐ配線部とを有し、前記絶縁膜に空けられた孔を介して前記透明電極と前記ｐ配線部が電気的に接続された発光素子において、
前記ｐパッド部および前記ｐ配線部は、前記絶縁膜上に位置し、Ａｌ合金からなる第１反射層と、前記第１反射層上に位置し、前記第１反射層よりも電気抵抗率の低い配線層とを有し、
前記第１反射層の電気抵抗率は、１×１０^-7Ω・ｍ以上である、
ことを特徴とする発光素子。

【請求項2】

前記第１反射層の電流密度が１．５×１０⁵ Ａ／ｃｍ² 以下となるように、前記第１反射層の電気抵抗率および厚さが設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

前記配線層の抵抗値に対する前記第１反射層の抵抗値の比が、４７以上である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記第１反射層の厚さは、１００ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項5】

前記第１反射層は、Ａｌ−Ｎｄ合金である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項6】

前記Ａｌ−Ｎｄ合金は、２ａｔ％以上のＮｄを含む、ことを特徴とする請求項５に記載の発光素子。

【請求項7】

前記ｐパッド部および前記ｐ配線部は、最表層として前記第１反射層と同一の材料からなる第２反射層をさらに有する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項8】

前記絶縁膜上に設けられたｎ電極をさらに有し、
前記ｎ電極は、外部と電気的に接続されるｎパッド部と、前記ｎパッド部から配線状に延伸するｎ配線部とを有し、
前記絶縁膜に空けられた孔を介して前記ｎ層と前記ｎ配線部が電気的に接続され、
前記ｎパッド部および前記ｎ配線部は、前記ｐパッド部および前記ｐ配線部と同一の積層構造を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、III 族窒化物半導体からなる発光素子に関するものであり、特に電極材料に特徴を有するものである。

【背景技術】

【0002】

透明電極上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に外部と電気的に接続されるｐパッド部とｐパッド部から配線状に延伸するｐ配線部とを有したｐ電極を形成し、絶縁膜に空けた孔を介してｐ配線部と透明電極とを接続した構成の発光素子が知られている（たとえば特許文献１）。これにより、面内に均等に電流を分散し、発光強度分布を均一化している。

【0003】

このような構成の発光素子では、従来、ｐ配線部による光の吸収を抑制するため、ｐ配線部下の絶縁膜中に、反射膜を埋め込むようにして形成している。このように反射膜を埋め込む構造は、製造工程が多くなり、また、反射膜とｐ配線部のパターンに位置ずれが生じてｐ配線部による光の吸収が生じないように精度よく形成する必要があり、製造コストの増加を招く。そこで、絶縁膜上に、反射膜、ｐ配線部を順に積層して一体化した構造を採用することが考えられる。

【0004】

特許文献１には、ｐ配線部として、ＡｌまたはＡｇを含む電極層と、電極層上に位置し、電極層のマイグレーションを抑制するバリアメタル層と、の積層構造とすることが記載されている。また、特許文献１には、Ａｕに接するＡｌはマイグレーションを起こしにくいと記載されており、その理由は、ＡｕはＡｌに比べて電気抵抗率が低く、Ａｌにほとんど電流が流れないためであると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−６２９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、Ａｌからなる反射膜、ｐ配線部を順に積層して一体化した構造とすると、反射膜にマイグレーションが発生して配線が断線してしまうことがあった。

【0007】

このマイグレーションを抑制するためには、特許文献１に記載のように、反射膜に電流が流れないようにすることが考えられ、ｐ配線部のＡｕ層を厚くすること、反射膜を薄くすることが考えられる。しかし、Ａｕ層を厚くするのではコストが増大してしまい、反射膜を薄くするのでは反射率の低下を引き起こしてしまう。そのため、他の方法によるマイグレーション抑制が求められていた。

【0008】

そこで本発明の目的は、反射膜上にｐ配線部を積層させた構造において、反射膜のマイグレーションを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、III 族窒化物半導体からなり、ｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、ｐ層上に設けられた透明電極と、透明電極上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜上に設けられたｐ電極と、を有し、ｐ電極は、外部と電気的に接続されるｐパッド部と、ｐパッド部から配線状に延伸するｐ配線部とを有し、絶縁膜に空けられた孔を介して透明電極とｐ配線部が電気的に接続された発光素子において、ｐパッド部およびｐ配線部は、絶縁膜上に位置し、Ａｌ合金からなる第１反射層と、第１反射層上に位置し、第１反射層よりも電気抵抗率の低い配線層とを有し、第１反射層の電気抵抗率は、１×１０^-7Ω・ｍ以上である、ことを特徴とする発光素子である。

【0010】

第１反射層の電流密度が１．５×１０⁵ Ａ／ｃｍ² 以下となるように、前記第１反射層の電気抵抗率および厚さが設定されていることが望ましい。第１反射層のマイグレーションの発生をより抑制するためである。

【0011】

配線層の抵抗値に対する第１反射層の抵抗値の比が、４７以上であることが望ましい。第１反射層のマイグレーションの発生をより抑制するためである。

【0012】

第１反射層の厚さは、１００ｎｍ以上であることが望ましい。第１反射層の反射率を十分に高めることができ、発光素子の光出力を向上させることができる。

【0013】

第１反射層は、電気抵抗率が１×１０^-7Ω・ｍ以上であれば任意のＡｌ合金を用いることができる。たとえば、Ａｌ−Ｎｄ合金を用いることができる。Ａｌ−Ｎｄ合金は、２ａｔ％以上のＮｄを含むとよい。電気抵抗率が十分に高く、マイグレーションの発生を十分に抑制することができる。

【0014】

ｐパッド部およびｐ配線部は、最表層として第１反射層と同一の材料からなる第２反射層をさらに有していてもよい。一旦発光素子外部に放射された光が反射されて発光素子側に戻ってくる場合に、その光の一部をｐパッド部およびｐ配線部によって反射させて再び素子外部へと光が向かうようにすることができ、光出力を向上させることができる。

【0015】

ｎ電極についてもｐ電極と同様に構成してもよい。つまり、絶縁膜上に設けられたｎ電極をさらに有し、ｎ電極は、外部と電気的に接続されるｎパッド部と、ｎパッド部から配線状に延伸するｎ配線部とを有し、絶縁膜に空けられた孔を介してｎ層とｎ配線部が電気的に接続された構成としてもよい。この場合、ｎパッド部およびｎ配線部は、ｐパッド部およびｐ配線部と同一の積層構造を有していてもよい。光出力を向上させることができ、ｎ配線部のマイグレーションの発生も抑制することができる。また、ｐ電極とｎ電極を同時に形成することができるので製造工程の簡略化を図ることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明では、反射層としてＡｌよりも抵抗率の高いＡｌ合金を用いているため、電流が配線層に優先的に流れ、反射層を流れる電流密度が低下する。その結果、反射層においてマイグレーションが発生するのを抑制することができ、ｐ配線部の断線を抑制することができる。また、本発明では、光を反射させる反射層と電流を拡散する配線層が一体に構成されているため、光出力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施例１の発光素子の構成を示した断面図。

【図2】実施例１の発光素子の構成を示した平面図。

【図3】ｐ配線部１６１の積層構造を示した図。

【図4】ｐドット部１６２およびｐ配線部１６１の積層構造を示した図。

【図5】実施例１の発光素子の製造工程を示した図。

【図6】Ａｌ合金層１００の電気抵抗率と、Ａｌ合金に流れる電流の電流密度および第２Ａｕ層１０３の抵抗値に対するＡｌ合金層１００の抵抗値の比の関係を示したグラフ。

【図7】通電時間と順方向電圧ＶＦの関係を測定した結果を示したグラフ。

【図8】実施例１と比較例１〜３の発光素子の順方向電圧ＶＦを比較したグラフ。

【図9】実施例１と比較例１〜３の発光素子の全放射束を比較したグラフ。

【図10】実施例２の発光素子の構成を示した平面図。

【図11】ｐ配線部２６１の積層構造を示した図。

【図12】変形例の発光素子の構成を示した断面図。

【図13】変形例のｐ配線部の積層構造を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0019】

図１は、実施例１の発光素子の構成を示した図である。また、図２は、実施例１の発光素子を上方から見た平面図である。図１は、図２におけるＡ−Ａでの断面図である。図２のように、実施例１の発光素子は、平面視で長方形のフェイスアップ型素子である。

【0020】

図１のように、実施例１の発光素子は、基板１０と、基板１０上にｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３の順に積層されたIII 族窒化物半導体からなる半導体層と、ｐ層１３上の所定領域に設けられた電流阻止層１８と、ｐ層１３および電流阻止層１８上に設けられた透明電極１４と、透明電極１４および露出させたｎ層１１を覆う絶縁膜１５と、絶縁膜１５上にそれぞれ離間して設けられたｐ電極１６およびｎ電極１７と、素子上面を覆う保護膜１９と、によって構成されている。以下、各構成を詳しく説明する。

【0021】

（基板１０の構成）
基板１０は、その主面上にIII 族窒化物半導体を形成するための成長基板である。基板１０のｎ層１１側の表面には凹凸加工が施されており（図示しない）、光取り出し効率の向上が図られている。基板１０の材料はサファイア以外を用いてもよく、Ｓｉ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯなどを用いてもよい。

【0022】

（半導体層の構成）
ｎ層１１、発光層１２、およびｐ層１３の構成は、発光素子の構成として従来採用されている任意の構成でよい。たとえば、ｎ層１１は、ｎ−ＧａＮからなるｎコンタクト層、アンドープＧａＮとｎ−ＧａＮを順に積層させた静電耐圧層、ｎ−ＧａＮとＩｎＧａＮを交互に繰り返し積層させたｎ超格子層を順に積層させた構造である。また、発光層１２は、ＩｎＧａＮからなる井戸層、ＧａＮまたはＡｌＧａＮからなるキャップ層、ＡｌＧａＮからなる障壁層を順に積層させた構造を１単位として、これを複数回繰り返し積層させたＭＱＷ構造である。また、ｐ層１３は、ｐ−ＡｌＧａＮとｐ−ＩｎＧａＮを交互に繰り返し積層させたｐクラッド層、ｐ−ＧａＮからなるｐコンタクト層を順に積層させた構造である。

【0023】

ｐ層１３表面の所定領域には、ｎ層１１に達する深さの溝２０が設けられている。この溝２０は、ｎ電極１７を設けるためにｎ層１１表面を露出させるものである。溝２０のパターンは、ｎ電極１７のパターンより一回り広いパターンとなっている。

【0024】

（透明電極１４の構成）
透明電極１４は、ｐ層１３および電流阻止層１８上に連続して形成されている。透明電極１４の材料はＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）である。他にもＩＴＯ（スズドープの酸化インジウム）やＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）などの導電性酸化物を用いることができる。

【0025】

（絶縁膜１５の構成）
絶縁膜１５は、素子上面全体を覆うようにして設けられている。つまり、溝の底面に露出するｎ層１１表面から透明電極１４表面にかけて覆うようにして形成されている。絶縁膜１５の材料はＳｉＯ₂ である。もちろん、絶縁膜１５の材料はＳｉＯ₂ に限らず、ＴｉＯ₂ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ＨｆＯ₂ などの酸化膜、ＳｉＮ、ＴｉＮ、などの窒化膜、ＳｉＯＮなどの酸窒化膜、ＭｇＦ₂ などのフッ化膜等を用いることができる。また、それらの材料の積層とすることができる。

【0026】

（ｐ電極１６の構成）
ｐ電極１６は、素子外部と電気的に接続されるｐパッド部１６０と、ｐパッド部１６０から延伸するｐ配線部１６１と、ｐ配線部１６１と透明電極１４とを接続するｐドット部１６２とを有している。ｐ電極１６は、ｐドット部１６２以外は絶縁膜１５上に位置してる。

【0027】

ｐパッド部１６０は円形であり、絶縁膜１５上に位置している。図２のように、ｐパッド部１６０は、一方の短辺中央近傍に位置してる。

【0028】

そのｐパッド部１６０から、２本の直線状のｐ配線部１６１が長辺に平行に延伸している。ｐ配線部１６１の線幅は３．５μｍである。このｐ配線部１６１により、電流が面内に均一に拡散するようにしている。

【0029】

ｐドット部１６２は、透明電極１４上であって、ｐ配線部１６１下の領域に設けられた円形のドット状の電極であり、複数のドットが長辺方向に沿って等間隔に配列されている。絶縁膜１５のうち、ｐドット部１６２上の領域には貫通孔（孔２１）が設けられており、その貫通孔内部はｐ配線部１６１が満たしており、これによりｐドット部１６２とｐ配線部１６１とが接触し、電気的に接続されている。ｐドット部１６２を設けることにより、コンタクト抵抗の低減を図っている。

【0030】

ｐパッド部１６０およびｐ配線部１６１は、Ａｌ合金からなるＡｌ合金層１００、ＴｉからなるＴｉ層１０１、Ａｕからなる第１Ａｕ層１０２、同じくＡｕからなる第２Ａｕ層１０３、ＡｌからなるＡｌ層１０４を絶縁膜１５側から順に積層した構造である。以下、この積層構造を「／」を用いてＡｌ合金／Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ａｌと書くことがある。各層の厚さは、積層順に、１００ｎｍ、７０ｎｍ、１０ｎｍ、１５００ｎｍ、１０ｎｍである。Ａｌ合金は、Ｎｄ（ネオジム）が２ａｔ％のＡｌ−Ｎｄ合金であり、電気抵抗率は１．６×１０^-7Ω・ｍである。各層のうち、Ａｌ合金層１００は本発明の反射層に相当し、第２Ａｕ層１０３は本発明の配線層に相当する。また、ｐドット部１６２は、ＮｉからなるＮｉ層１０５、ＡｕからなるＡｕ層１０６、ＡｌからなるＡｌ層１０７を透明電極１４側から順に積層した構造（Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌ）である。各層の厚さは、積層順に、５０ｎｍ、２５０ｎｍ、１０ｎｍである。図３に、絶縁膜１５上のｐ配線部１６１の積層構造を示し、図４に、透明電極１４上のｐドット部１６２およびｐ配線部１６１の積層構造を示す。

【0031】

ｐパッド部１６０およびｐ配線部１６１の各層の役割は次の通りである。Ａｌ合金層１００は、発光層１２から放射される光のうちｐパッド部１６０およびｐ配線部１６１に向かう光を反射して、ｐパッド部１６０およびｐ配線部１６１による光の吸収を抑制するための層である。Ａｌ合金層１００上のＴｉ層１０１は、Ａｌ合金層１００と第１Ａｕ層１０２間の金属の拡散をバリアする層である。第１Ａｕ層１０２は、表面酸化を防止するための層である。第２Ａｕ層１０３は、電流を輸送するための層である。第２Ａｕ層１０３上のＡｌ層は、保護膜１９との密着性を高めるための層である。

【0032】

なお、ｐパッド部１６０およびｐ配線部１６１の積層構造および各層の材料は上記に限らない。最下層（絶縁膜１５と接する層）として、Ａｌ合金からなる反射層を有し、反射層上に反射層よりも電気抵抗率の低い配線層を有し、反射層のＡｌ合金の電気抵抗率が、１×１０^-7Ω・ｍ以上であれば、任意の積層構造、材料でよい。ｐパッド部１６０およびｐ配線部１６１がこのように構成されていれば、電流は主として配線層を流れ、反射層には電流があまり流れず電流密度が低くなる。その結果、反射層のマイグレーション発生が抑制され、ｐ配線部１６１の断線が抑制される。

【0033】

反射層であるＡｌ合金層１００は、反射率が高くて電気抵抗率が１×１０^-7Ω・ｍ以上であれば任意のＡｌ合金でよく、Ａｌ−Ｎｄ合金以外にも、Ｔａ、Ｎｉ、Ｌａ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかを含むＡｌ合金などを用いることができる。特にＡｌ−Ｎｄ合金は、耐熱性に優れているため望ましい。Ａｌ−Ｎｄ合金を用いる場合、Ｎｄが２ａｔ％以上含まれたＡｌ−Ｎｄ合金であることが望ましい。電気抵抗率が高く、マイグレーションの発生を効果的に抑制することができるためである。ただし、電気抵抗率が高すぎると順方向電圧ＶＦの上昇などの問題が生じるため、電気抵抗率は１×１０^-3Ω・ｍ以下であることが望ましい。より望ましい電気抵抗率は、１×１０^-7〜１×１０^-5Ω・ｍである。

【0034】

Ａｌ合金層１００の厚さは、１００ｎｍ以上とすることが望ましい。１００ｎｍ以上とすることで、反射率を十分に高めることができ、ｐ電極１６による光の吸収を十分に抑制できるためである。厚さの上限は特にないが、反射率向上の飽和と、抵抗の低減によるＡｌ合金層１００の電流密度上昇、それに伴うマイグレーション発生を考慮して、２００ｎｍ以下とすることが望ましい。より望ましい反射膜の厚さは、１００〜１５０ｎｍである。

【0035】

また、Ａｌ合金層１００の電気抵抗率および厚さは、発光素子を駆動したときにＡｌ合金層１００に流れる電流の電流密度が１．５×１０⁵ Ａ／ｃｍ² 以下となるように設定されていることが望ましい。このように設定することで、Ａｌ合金層１００のマイグレーションを抑制することができ、ｐ配線部１６１の断線を抑制することができる。より望ましい電流密度は１×１０⁵ Ａ／ｃｍ² 以下であり、さらに望ましくは０．８×１０⁵ Ａ／ｃｍ² 以下である。

【0036】

ｐ配線部１６１の線幅は、実施例１では３．５μｍとしているが、これに限らない。ただし、マイグレーションの発生抑制のため４μｍ以上とすることが望ましい。また、線幅が広すぎると光取り出しを阻害するため１０μｍ以下とすることが望ましい。より望ましくは４〜８μｍ、さらに望ましくは４〜５μｍである。

【0037】

実施例１では配線層は第２Ａｕ層１０３であり、Ａｕを用いているが、Ａｌ合金層１００よりも電気抵抗率の低い材料であれば任意の材料を用いてよい。また、第１Ａｕ層１０２と第２Ａｕ層１０３の厚さの合計は、材料コストや製造の容易さなどを考慮して２０００ｎｍ以下とすることが望ましい。より望ましくは１０００〜１８００ｎｍ、さらに望ましくは１４００〜１６００ｎｍである。

【0038】

以上のようにｐパッド部１６０およびｐ配線部１６１を構成したことにより、実施例１の発光素子は光出力が向上している。その理由は次の通りである。

【0039】

第１に、反射層（Ａｌ合金層１００）が配線層と一体化してｐ配線部１６１およびｐパッド部１６０を構成しているため、実際上の反射面積が広くなり、ｐ配線部１６１およびｐパッド部１６０による光の吸収がより抑制される。

【0040】

第２に、ｐ配線部１６１下およびｐパッド部１６０下の絶縁膜１５中に反射膜を設ける場合、反射膜とｐ配線部１６１あるいはｐパッド部１６０のパターンずれによるｐ配線部１６１あるいはｐパッド部１６０の光吸収の問題があったが、本発明では反射層とｐ配線部１６１およびｐパッド部１６０が一体化しているのでその問題がなく、光損失が生じない。

【0041】

第３に、絶縁膜１５中の反射膜の場合、反射膜とｐ配線部１６１およびｐパッド部１６０との間で光が反射して損失が生じたが、実施例１では反射層とｐ配線部１６１およびｐパッド部１６０が一体化しているのでそのような反射をする隙間はなく、光損失が生じない。

【0042】

（ｎ電極１７の構成）
ｎ電極１７は、素子外部と電気的に接続されるｎパッド部１７０と、ｎパッド部１７０から延伸するｎ配線部１７１と、ｎ配線部１７１とｎ層１１とを電気的に接続するｎドット部１７２と、を有している。ｎ電極１７は、ｎドット部１７２以外は絶縁膜１５上に位置している。

【0043】

ｎパッド部１７０は、長円形を短手方向で半分にした形状であり、絶縁膜１５上に位置している。図２のように、ｎパッド部１７０は、ｐパッド部１６０側とは反対側の短辺中央近傍に位置してる。

【0044】

そのｎパッド部１７０から、１本の直線状のｎ配線部１７１が長辺に平行に延伸しており、ｐ配線部１６１の２本の直線の中間に位置している。このｎ配線部１７１により、電流が面内に均一に拡散するようにしている。

【0045】

ｎドット部１７２は、溝２０の底面に露出するｎ層１１上であって、ｎ配線部１７１下の領域に設けられた円形のドット状の電極であり、複数のドットが長辺方向に沿って等間隔に配列されている。絶縁膜１５のうち、ｎドット部１７２上の領域には貫通孔（孔２１）が設けられており、その貫通孔内部はｎ配線部１７１が満たしており、これによりｎドット部１７２とｎ配線部１７１とが電気的に接続されている。ｎドット部１７２を設けることにより、コンタクト抵抗の低減を図っている。

【0046】

ｎパッド部１７０およびｎ配線部１７１は、ｐパッド部１６０およびｐ配線部１６１と同一の積層構造、材料からなる。つまり、Ａｌ合金／Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ａｌからなり、各層の厚さは、積層順に、１００ｎｍ、７０ｎｍ、１０ｎｍ、１５００ｎｍ、１０ｎｍである。また、ｎドット部１７２はｐドット部１６２と同一の積層構造、材料からなる。つまり、Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌからなり、各層の厚さは、積層順に、５０ｎｍ、２５０ｎｍ、１０ｎｍである。このように、ｎ電極１７の積層構造、材料をｐ電極１６と同一にしているため、ｐ電極１６とｎ電極１７を同時に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。また、ｐ電極１６の場合と同様の理由で、マイグレーションによるｎ配線部１７１の断線は抑制されており、光出力が向上している。

【0047】

（電流阻止層１８の構成）
電流阻止層１８は、ｐ層１３と透明電極１４との間であってｐドット部１６２下の領域に設けられている。電流阻止層１８はＳｉＯ₂ からなる。このように電流阻止層１８を設けることで、発光層１２のうちｐドット部１６２下の領域を発光させないようにしている。また、電流阻止層１８とｐ層１３との界面での反射によりｐドット部１６２に向かう光を減少させている。これらによりｐドット部１６２による吸収を減少させ、光出力の向上を図っている。

【0048】

電流阻止層１８の材料はＳｉＯ₂ に限らず、ＴｉＯ₂ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ＨｆＯ₂ などの酸化膜、ＳｉＮ、ＴｉＮ、などの窒化膜、ＳｉＯＮなどの酸窒化膜、ＭｇＦ₂ などのフッ化膜等を用いることができる。また、それらの材料の積層とすることができる。反射率を高めるためにＤＢＲ構造としてもよい。

【0049】

電流阻止層１８の形状は、平面視でｐドット部１６２を含む形状とし、ｐドット部１６２よりも幅が０〜９μｍ広い形状とするのがよい。ここで幅は、ｐドット部１６２の外周に垂直な方向においてその外周から電流阻止層１８の外周までの距離である。電流阻止層１８の形状をこのようにすることで、より発光効率を向上できる。より望ましくは３〜９μｍ、さらに望ましくは６〜９μｍである。

【0050】

ｐパッド部１６０とｎパッド部１７０を除いた上面全体には、ＳｉＯ₂ からなる保護膜１９が形成されている。保護膜１９の材料はＳｉＯ₂ に限らず、ＴｉＯ₂ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ＨｆＯ₂ などの酸化膜、ＳｉＮ、ＴｉＮ、などの窒化膜、ＳｉＯＮなどの酸窒化膜、ＭｇＦ₂ などのフッ化膜等を用いることができる。また、それらの材料の積層とすることができる。

【0051】

次に、実施例１の発光素子の製造方法について、図５を参照に説明する。

【0052】

まず、表面に凹凸加工が施されたサファイアからなる基板１０を用意し、水素雰囲気下で熱処理して表面に付着する不純物を除去する。次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、基板１０上にｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を順に積層する。原料ガスには、Ｇａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ａｌ源としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｎ源としてアンモニア、ｐ型ドーパントガスとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ｎ型ドーパントガスとしてシランを用いる。キャリアガスには水素と窒素を用いる。

【0053】

次に、ｐ層１３上に電流阻止層１８を形成する。電流阻止層１８は、蒸着またはＣＶＤによってＳｉＯ2 膜を形成後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによってパターン形成する。フォトリソグラフィ、スパッタまたは蒸着、リフトオフによってパターン形成してもよい。電流阻止層１８は、ｐ層１３上であって、後に形成するｐ電極１６のｐドット部１６２を含む領域にのみ形成する。

【0054】

次に、ｐ層１３および電流阻止層１８上の所定領域に、透明電極１４を形成する。透明電極１４は、スパッタによってＩＺＯ膜を形成後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによってパターン形成する。

【0055】

次に、ｐ層１３表面の所定の領域をドライエッチングして溝を形成し、溝の底面にｎ層１１を露出させる（図５（ａ）参照）。

【0056】

そして、透明電極１４上の所定領域にｐ電極１６のｐドット部１６２、溝底面に露出するｎ層１１上の所定領域にｎ電極１７のｎドット部１７２を形成する（図５（ｂ）参照）。ｐドット部１６２、ｎドット部１７２は、フォトリソグラフィ、蒸着、リフトオフによってパターン形成する。ｐドット部１６２、ｎドット部１７２を同一材料としているので同時に形成することができ、製造工程を簡略化して製造コストを低減することができる。その後熱処理を行い、ｐドット部１６２、ｎドット部１７２をアロイ化する。

【0057】

次に、上方全面を覆うようにして、ＣＶＤ法によって絶縁膜１５を形成する。次に、絶縁膜１５の所定領域（ｐドット部１６２、ｎドット部１７２の上部にあたる領域）をドライエッチングして絶縁膜１５を貫通する孔２１を形成する。孔２１の底面にはｐドット部１６２、ｎドット部１７２が露出する（図５（ｃ）参照）。

【0058】

次に、絶縁膜１５上の所定領域に、ｐ電極１６のｐパッド部１６０、ｐ配線部１６１、およびｎ電極１７のｎパッド部１７０、ｎ配線部１７１を形成し、ｐ配線部１６１はｐドット部１６２と接触し、ｎ配線部１７１はｎドット部１７２に接触するように形成する（図５（ｄ）参照）。パターニングはリフトオフ法による。より詳細に説明すると、以下の通りである。

【0059】

まず、フォトリソグラフィにより、絶縁膜１５上およびｎ層１１上にレジスト層を形成する。レジスト層のうち、後にｐ電極１６のｐパッド部１６０、ｐ配線部１６１、およびｎ電極１７のｎパッド部１７０、ｎ配線部１７１を形成する領域は開口したパターンとする。次に、レジスト層上、および開口に露出する絶縁膜１５およびｎ層１１上に、スパッタ法を用いてＮｄが２ａｔ％のＡｌ−Ｎｄ合金からなるＡｌ合金層１００を１００ｎｍ、Ｔｉ層１０１を７０ｎｍ、第１Ａｕ層１０２を１０ｎｍ、順に積層する。次に、蒸着法を用いて第２Ａｕ層１０３を１５００ｎｍ、Ａｌ層１０４を１０ｎｍ、順に積層する。次に、レジスト層を除去するとともに、レジスト層上に形成された金属の積層も除去する。以上により、所定の領域にＡｌ合金／Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ａｌからなるｐ電極１６のｐパッド部１６０、ｐ配線部１６１、およびｎ電極１７のｎパッド部１７０、ｎ配線部１７１を形成する。

【0060】

次に、ｐパッド部１６０およびｎパッド部１７０を除く全面に、ＣＶＤ法、フォトリソグラフィ、ドライエッチングによって保護膜１９を形成する。以上により、実施例１の発光素子が作製される。このように、実施例１の発光素子の製造方法は、絶縁膜１５上に反射層と配線層を一体に形成しているため、絶縁膜中に反射膜を形成する従来の発光素子に比べて製造工程が簡素であり、製造コストの低減を図ることができる。

【0061】

次に、実施例１の発光素子に関する各種データについて図を参照に説明する。

【0062】

図６は、実施例１の発光素子について、ｐ電極１６およびｎ電極１７中のＡｌ合金層１００の電気抵抗率を変化させたときのＡｌ合金層１００に流れる電流の電流密度の変化と、ｐ電極１６およびｎ電極１７中の第２Ａｕ層１０３の抵抗値に対するＡｌ合金層１００の抵抗値の比の変化を示したグラフである。

【0063】

シミュレーションにより、Ａｌ合金層１００にマイグレーションが発生しないためには、Ａｌ合金層１００に流れる電流の電流密度が１．５×１０⁵ Ａ／ｃｍ² 以下であることが必要であるとわかった。図６のグラフより、電流密度が１．５×１０⁵ Ａ／ｃｍ² 以下であるためには、Ａｌ合金の電気抵抗率を１×１０^-7Ω・ｍ以上とすればよいことがわかった。Ｎｄが２ａｔ％のＡｌ−Ｎｄ合金は、１．６×１０^-7Ω・ｍであり、これを満たしている。また、図６のグラフより、第２Ａｕ層１０３の抵抗値に対するＡｌ合金層１００の抵抗値の比が４７以上であれば、Ａｌ合金層１００に流れる電流の電流密度を１．５×１０⁵ Ａ／ｃｍ² 以下とできることがわかった。

【0064】

図７は、実施例１の発光素子について、加速試験を行い、通電時間と順方向電圧ＶＦの関係を測定した結果を示したグラフである。加速試験は、常温雰囲気において順方向電流ＩＦ＝１６０ｍＡでの連続通電試験である。比較のため、実施例１のｐ電極１６、ｎ電極１７における反射層の材料をＡｌ合金からＡｌに置き換え、他は実施例１と同一の構成とした発光素子（比較例１）、Ａｌ合金層１００のＡｌ合金を、Ｎｄが０．２ａｔ％のＡｌ−Ｎｄ合金に置き換え、他は実施例１と同一の構成とした発光素子（比較例２）、ｐ電極１６、ｎ電極１７から反射層（Ａｌ合金層１００）を省き、替わりにｐ電極１６下およびｎ電極１７下の絶縁膜１５中にＡｌからなる反射層を埋め込んだ発光素子（比較例３）についても、同様に通電時間と順方向電圧ＶＦの関係を測定した。なお、比較例３のみｐ配線部１６１およびｎ配線部１７１の線幅を４．７μｍとし、他は３．５μｍとした。

【0065】

図７のように、比較例１の発光素子では通電時間５０時間ほどで順方向電圧ＶＦが上昇し、Ａｌにマイグレーションが発生してｐ配線部１６１あるいはｎ配線部１７１に断線が生じた。また、比較例２の発光素子でも、通電時間２００時間ほどで順方向電圧ＶＦが上昇し、断線が発生した。

【0066】

一方、実施例１、比較例３の発光素子では、通電時間が１０００時間でも順方向電圧ＶＦの上昇は微量であり、マイグレーションによる断線は生じなかった。この結果、実施例１の発光素子は、比較例３と同等のマイグレーション抑制を、比較例３の構成よりも簡素な構成によって実現できていることがわかった。

【0067】

図８は、実施例１、比較例１〜３の発光素子の順方向電圧ＶＦ（順方向電流ＩＦ＝２０ｍＡ）を比較したグラフである。いずれもほぼ同等の順方向電圧ＶＦであり、実施例１、比較例１、２のように、反射層を配線層と一体化しても、順方向電圧ＶＦが若干上昇するか、あまり影響がないことがわかった。

【0068】

図９は、実施例１、比較例１〜３の発光素子の全放射束を比較したグラフである。図９のように、実施例１、比較例１、２の反射層を配線層と一体化した構造では、絶縁膜中に反射層を埋め込んだ比較例３の構造に比べて光出力が向上することがわかった。これは、比較例３では反射層と配線層とが絶縁膜を介して離間しているため、反射層と配線層との間で反射が生じ、光吸収が生じるが、実施例１、比較例１、２では反射層と配線層が一体化されていてそのような隙間はなく、光吸収が軽減されるためと考えられる。

【0069】

以上、実施例１の発光素子によれば、ｐ電極１６、ｎ電極１７として反射層と配線層を積層して一体化した構造とした場合であっても、マイグレーションを抑制することができ、ｐ配線部１６１およびｎ配線部１７１の断線を抑制することができる。また、反射層が配線層と一体化されているため、光出力が向上している。

【実施例2】

【0070】

実施例２の発光素子は、実施例１の発光素子のｐ電極１６およびｎ電極１７についての積層構造において、最表層であるＡｌ層１０４をＡｌ合金層２０４に置き換えたものである。他の構成は実施例１と同様である。

【0071】

図１０は、実施例２の発光素子を上方から見た平面図である。図１０のように、実施例２の発光素子はｐ電極２６、ｎ電極２７を有している。ｐ電極２６は、ｐパッド部１６０、ｐ配線部１６１、ｐドット部１６２を有している。また、ｎ電極２７は、ｎパッド部１７０、ｎ配線部１７１、ｎドット部１７２を有している。ｐ電極２６およびｎ電極２７の平面パターンは、実施例１の発光素子のｐ電極１６、ｎ電極１７と同様である。

【0072】

図１１は、実施例２のｐ配線部２６１の積層構造を示した断面図である。図１１のように、実施例２のｐ配線部２６１は、絶縁膜１５上に、Ａｌ合金からなるＡｌ合金層１００、ＴｉからなるＴｉ層１０１、Ａｕからなる第１Ａｕ層１０２、同じくＡｕからなる第２Ａｕ層１０３、Ａｌ合金からなるＡｌ合金層２０４を順に積層した構造である。Ａｌ合金層２０４は、Ａｌ合金層１００と同一の材料であり、厚さは１００ｎｍである。実施例２のｐパッド部１６０、ｎパッド部２７０およびｎ配線部２７１も同一の積層構造である。

【0073】

Ａｌ合金層２０４は、電気抵抗率が１×１０^-7Ω・ｍ以上であればＡｌ合金層１００とは異なるＡｌ合金であってもよい。また、Ａｌ合金層２０４の厚さは１００ｎｍである必要はないが、反射率を十分に高めるために１００ｎｍ以上とすることが望ましい。

【0074】

実施例２の発光素子によれば、実施例１の発光素子の利点に加えて、以下の利点がある。一旦発光素子の外部に放射された光のうち一部は、反射されて発光素子の方に向かって来る。そのような戻り光は、実施例１の発光素子ではｐ電極１６やｎ電極１７によって一部吸収された。一方、実施例２の発光素子では、戻り光をｐ電極２６およびｎ電極２７によって反射させ、再び素子外部へと光が向かうようにすることができる。そのため、実施例１の発光素子に比べて光出力を向上させることができる。

【0075】

（各種変形例）
実施例１、２では、透明電極とｐ配線部との間にｐドット部を設けることでコンタクト抵抗の低減を図っているが、ｐドット部を設けずに透明電極とｐ配線部とを直接接続するようにしてもよい。素子の構成がより簡素となり、低コスト化を図ることができる。同様に、ｎドット部を設けずにｎ層とｎ配線部を直接接続するようにしてもよい。図１２に、ｐドット部およびｎドット部を省略した変形例の発光素子の構造を示す。

【0076】

また、実施例１、２では、ｐドット部上にｐ配線部の反射層（Ａｌ合金層）が接して位置しているが、ｐドット部上の領域はＡｌ合金を設けないようにしてもよい。つまり、ｐ配線部についてｐドット部上以外はＡｌ合金／Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ａｌとしている場合に、ｐドット部上は、Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ａｌとしてもよい。図１３は、実施例１においてそのような構造とした例である。ｐ電極１６のコンタクト抵抗をより低減することができ、ｐ電極１６にＡｌ合金１００を設けることによる順方向電圧ＶＦの上昇をより抑制することができる。同様に、ｎドット部１７１上の領域にはｎ配線部１７１の反射層を設けないようにしてもよい。

【0077】

また、実施例１、２では、ｎ電極のｎパッド部、ｎ配線部についても、反射層、配線層を順に積層した構造としているが、反射層を設けずに配線層のみとした構造であってもよい。ただし、ｎ電極による光の吸収を低減し、光出力をより向上させるため、実施例１、２のように反射層を設けることが望ましい。また、ｐ電極のｐパッド部およびｐ配線部との構造の違いにより製造工程が増えるため、ｐ電極のｐパッド部およびｐ配線部と同一構造にして製造工程を簡略化するためにも反射層を設けることが望ましい。

【0078】

また、実施例１、２では、ｐ電極とｎ電極の双方について反射層、配線層を順に積層した構造としているが、ｐ電極のみをそのような構造としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明の発光素子は、照明装置や表示装置などの光源として利用することができる。

【符号の説明】

【0080】

１０：基板
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：ｐ層
１４：透明電極
１５：絶縁膜
１６、２６：ｐ電極
１７、２７：ｎ電極
１８：電流阻止層
１９：保護膜
１００、２０４：Ａｌ合金層
１０１：Ｔｉ層
１０２：第１Ａｕ層
１０３：第２Ａｕ層
１０４：Ａｌ層
１６０、２６０：ｐパッド部
１６１、２６１：ｐ配線部
１６２、２６２：ｐドット部
１７０、２７０：ｎパッド部
１７１、２７１：ｎ配線部
１７２、２７２：ｎドット部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】