特許 6690139 半導体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】6690139

(24)【登録日】2020年4月13日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】半導体発光素子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/14 20100101AFI20200421BHJP

   H01L 33/10 20100101ALI20200421BHJP

   H01L 33/38 20100101ALI20200421BHJP

   H01L 33/40 20100101ALI20200421BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/14

   H01L33/10

   H01L33/38

   H01L33/40

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-118918(P2015-118918)

(22)【出願日】2015年6月12日

(65)【公開番号】特開2017-5157(P2017-5157A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2018年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】月原 政志

(72)【発明者】

【氏名】中村 薫

【審査官】 小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５４１２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２５６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６０２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５１４９６（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】

ｎ型又はｐ型の第一半導体層、前記第一半導体層の上層に形成された活性層、及び前記活性層の上層に形成され前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層が、基板上に形成されてなる半導体発光素子であって、
Ａｇを含む金属材料からなり、前記第一半導体層の面のうち、前記活性層とは反対側の第一面の一部に接触して形成された第一電極と、
前記第一電極とは異なる金属材料であって、Ｔｉ又はＮｉの少なくとも一方を含む金属材料からなり、前記第一半導体層の前記第一面のうち、前記第一電極が接触していない領域の少なくとも一部に接触して形成された保護層と、
前記第二半導体層の面のうちの前記活性層とは反対側の面に接触して形成された第二電極と、
前記保護層の上層に形成され、一部が前記半導体層よりも外側に位置する絶縁層と、
前記基板と前記保護層との間に形成された接合層とを備え、
前記保護層は、前記第一半導体層と接触する領域において、前記第一電極と前記第一半導体層との接触抵抗よりも高い接触抵抗を示す、電流遮断部を有し、
前記第二電極は、前記基板の面に直交する方向に関して、前記電流遮断部と対向する位置に形成されており、
前記保護層は、前記第一電極の面のうち、前記第一半導体層と接触している面以外の全ての面を同一の材料によって覆うように形成されていることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項2】

前記基板上に形成された前記半導体層は、前記基板に近づくに連れて前記基板の面に平行な方向に係る面積が広がるように、鉛直方向に対して傾斜を示す側面を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子。

【請求項3】

前記絶縁層は、前記基板の面に平行な方向に前記第一電極から離間した外側の位置に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体発光素子。

【請求項4】

請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法であって、
成長基板を準備する工程と、
前記成長基板の上層に、前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層の順に前記半導体層を形成する工程（ａ）と、
前記第一半導体層の上面の一部に、Ａｇを含む金属材料を成膜して前記第一電極を形成する工程（ｂ）と、
前記第一半導体層の上面であって、前記第一電極よりも外側の位置に前記絶縁層を形成する工程（ｆ）と、
前記第一半導体層、前記第一電極、及び前記絶縁層の上面を同一の材料によって覆うように、前記第一電極とは異なる金属材料であって、Ｔｉ又はＮｉの少なくとも一方を含む金属材料を成膜して、前記第一電極よりも前記第一半導体層との接触抵抗の高い電流遮断部を含む保護層を形成する工程（ｃ）と、
前記第一電極及び前記保護層の上層に前記基板を貼り合わせると共に、前記第二半導体層を露出させる工程（ｄ）と、
露出された前記第二半導体層の上面のうち、前記基板の面に直交する方向に関して前記電流遮断部と対向する位置に第二電極を形成する工程（ｅ）とを有し、
前記工程（ｄ）は、
前記保護層の上層に接合層を形成する工程（ｄ１）と、
前記接合層の上層に、当該接合層を介して前記成長基板とは異なる基板を貼り合わせる工程（ｄ２）と、
前記第二半導体層側から前記成長基板を剥離して、前記第二半導体層を露出させる工程（ｄ３）とを有することを特徴とする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】

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、窒化物半導体を用いた発光素子の開発が進められている。この発光素子は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、これらｎ型半導体層及びｐ型半導体層に挟まれるように形成された活性層とを含んで構成される。ｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に電位差が設けられることで両者間に電流が流れ、活性層内で電子と正孔が再結合して発光する。活性層内で生成されたこの光を有効に利用すべく、種々の研究開発が進められている。

【0003】

例えば、下記特許文献１には、いわゆる「縦型構造」を有する発光素子が開示されている。縦型構造の素子とは、活性層に対して基板に直交する方向に電圧が印加されることで、活性層が発光する素子を指す。

【0004】

図４は、特許文献１に開示された発光素子の断面図を模式的に示したものである。従来の発光素子９０は、基板９１上に導電層９２、反射膜９３、絶縁層９４、反射電極９５、半導体層９９、及びｎ側電極１００を備えて構成される。半導体層９９は、ｐ型半導体層９６、活性層９７、及びｎ型半導体層９８が基板９１側から順に積層されて構成される。

【0005】

絶縁層９４の下層には金属材料からなる反射膜９３が形成されているが、この反射膜９３はオーミック性を有さず電極としての機能を奏さない。一方、反射電極９５は金属材料からなり、ｐ型半導体層９６の間でオーミック接触が実現されることで電極（ｐ側電極）として機能している。

【0006】

反射電極９５は、活性層９７で生成された光のうち、基板９１に向かう方向（図面下向き）に放射された光を反射させてｎ側半導体層９８側（図面上向き）に取り出すことで、光の取り出し効率を高める目的を兼ねている。反射膜９３も同様の目的で形成されており、反射電極９５が形成されていない箇所を通過して下向きに進行した光を反射させてｎ側半導体層９８側に進行方向を変えることで、光の取り出し効率が高められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４２０７７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明者の鋭意研究により、図４に示す従来の発光素子９０によれば、点灯を開始してから所定の時間が経過すると、急激に出力が低下し始め、場合によっては消灯してしまう素子の存在が確認された。

【0009】

本発明は、上記の課題に鑑み、寿命特性を改善した半導体発光素子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】

【0010】

本発明に係る半導体発光素子は、ｎ型又はｐ型の第一半導体層、前記第一半導体層の上層に形成された活性層、及び前記活性層の上層に形成され前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層が、基板上に形成されてなり、
金属材料からなり、前記第一半導体層の面のうち、前記活性層とは反対側の第一面の一部に接触して形成された第一電極と、
前記第一電極とは異なる金属材料からなり、前記第一半導体層の前記第一面のうち、前記第一電極が接触していない領域の少なくとも一部に接触して形成された保護層と、
前記第二半導体層の面のうちの前記活性層とは反対側の面に接触して形成された第二電極とを備え、
前記保護層は、前記第一半導体層と接触する領域において、前記第一電極と前記第一半導体層との接触抵抗よりも高い接触抵抗を示す、電流遮断部を有し、
前記第二電極は、前記基板の面に直交する方向に関して、前記電流遮断部と対向する位置に形成されていることを特徴とする。

【0011】

本発明者は、図４に示した従来の発光素子９０において、点灯を開始してから所定の時間が経過すると、急激に出力が低下し始めた理由を以下のように推察している。

【0012】

図４の発光素子９０が備える反射電極９５としては、活性層９７から放射される光に対して高い反射率を示す材料が用いられる。上記特許文献１には、この電極の材料としてＡｇが例示されている。

【0013】

しかし、このＡｇを初めとして反射電極として利用される金属材料は、イオンマイグレーションを生じやすい。マイグレーションが生じたにもかかわらず、点灯状態が継続されると、上記のマイグレーションが進行し、析出した反射電極の構成材料によってｐ型半導体層９６とｎ型半導体層９８とを短絡する場合がある。この場合、もはや通電しても点灯しなくなってしまう。また、ｐ型半導体層９６とｎ型半導体層９８とが短絡するまでには至らなくとも、反射電極の構成材料が半導体層内で析出する結果、意図しない電流経路が形成されることで発光効率が低下する場合がある。

【0014】

これに対し、上記の構成によれば、基板の面に直交する方向に関して、第二電極と対向する位置には、絶縁層ではなく、金属材料からなる保護層（より厳密には電流遮断部を構成する部分）が形成されている。保護層は金属材料で構成されているため、絶縁層に比べると、第一半導体層との間の密着性を高めることができる。これにより、マイグレーションの進行が抑制されるため、寿命特性が向上する。

【0015】

なお、この保護層は、第一半導体層との接触箇所において、第一電極と比べて第一半導体層との接触抵抗が高い、電流遮断部を有している。このため、通電時に第二電極から基板の面に直交する方向に電流が集中して流れるのが抑制され、活性層内を流れる電流を基板の面に平行な方向に拡げることができる。これにより、光取り出し効率の低下が抑制される。

【0016】

すなわち、本構成によれば、光取り出し効率の低下を抑制しながらも、寿命特性を向上した半導体発光素子が実現できる。

【0017】

前記電流遮断部を構成する金属材料、すなわち、保護層のうち、第一半導体層と接触する領域に形成された金属材料は、前記第一電極を構成する金属材料と比較して、前記第一半導体層を構成する材料との間の密着性が高いものとするのが好適である。一例として、前記電流遮断部を構成する金属材料は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒの少なくともいずれか一つを含むものとすることができる。

【0018】

保護層と第一半導体層の間が密着されることで、第一電極の構成材料のマイグレーションの進行が抑制される。

【0019】

また、前記半導体発光素子は、
前記基板と前記保護層との間に形成された接合層を有し、
前記保護層が、前記第一電極の面のうち、前記第一半導体層と接触している面以外の面を覆うように形成されているものとしても構わない。

【0020】

半導体発光素子においては、前記基板とは別の成長基板上に半導体層を成長させ、この半導体層が形成された成長基板を前記基板（ここでは、「成長基板」と区別するために「支持基板」と呼ぶ。）に貼り合わせた後に前記成長基板を剥離することで形成されるものが存在する。このような半導体発光素子は、「縦型構造」と呼ばれることがある。かかる構成においては、成長基板と支持基板を貼り合わせる際に接合層を介在させる。しかし、この接合層を構成する材料が第一電極側に拡散すると、光取り出し効率が低下してしまう。

【0021】

ところが、上記の半導体発光素子の構成によれば、保護層が、前記第一電極の面のうち、前記第一半導体層と接触している面以外の面を覆うように形成されている。このため、保護層によって、接合層を構成する材料が第一電極側に拡散するのを抑制できる。すなわち、本構成においては、保護層は、第一電極を構成する材料のマイグレーションの進行を抑制する第一の機能、活性層内を流れる電流を基板の面に平行な方向に拡げる第二の機能に加えて、接合層を構成する材料の拡散を抑制する第三の機能を兼ねる。

【0022】

前記第一電極を構成する金属材料は、前記保護層を構成する金属材料と比較して、前記活性層から放射される光の反射率が高いものとしても構わない。一例として、前記第一電極を構成する金属材料は、Ａｇ、Ａｌの少なくともいずれか一つを含むものとすることができる。

【0023】

なお、この金属材料としてＡｇを利用する場合、上記の構成によれば、第一電極の体積を減らすことができるため、生産時の低コスト化に寄与されるという効果もある。

【0024】

また、本発明は、
ｎ型又はｐ型の第一半導体層、前記第一半導体層の上層に形成された活性層、及び前記活性層の上層に形成され前記第一半導体層とは導電型の異なる第二半導体層を含む半導体層が、基板上に形成されてなる半導体発光素子の製造方法であって、
前記第二半導体層、前記活性層、及び前記第一半導体層の順に前記半導体層を形成する
工程（ａ）と、
前記第一半導体層の上面の一部に、金属材料を成膜して第一電極を形成する工程（ｂ）と、
前記第一半導体層の上面であって、前記第一電極が形成されていない領域の少なくとも一部に、前記第一電極とは異なる金属材料を成膜して、前記第一電極よりも前記第一半導体層との接触抵抗の高い電流遮断部を含む保護層を形成する工程（ｃ）と、
前記第一電極及び前記保護層の上層に前記基板を貼り合わせると共に、前記第二半導体層を露出させる工程（ｄ）と、
露出された前記第二半導体層の上面のうち、前記基板の面に直交する方向に関して前記電流遮断部と対向する位置に第二電極を形成する工程（ｅ）とを有することを特徴とする。

【0025】

また、前記製造方法は、成長基板を準備する工程を有し、
前記工程（ａ）は、前記成長基板の上層に前記半導体層を形成する工程であって、
前記工程（ｄ）は、
前記保護層の上層に接合層を形成する工程（ｄ１）と、
前記接合層の上層に、当該接合層を介して前記成長基板とは異なる基板を貼り合わせる工程（ｄ２）と、
前記第二半導体層側から前記成長基板を剥離して、前記第二半導体層を露出させる工程（ｄ３）とを有するものとしても構わない。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、光取り出し効率の低下を抑制しながらも、寿命特性を向上した半導体発光素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1A】半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。

【図1B】半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。

【図2】比較例の発光素子の構成を模式的に示す図面である。

【図3A】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3B】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3C】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3D】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3E】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3F】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3G】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3H】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3I】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図3J】半導体発光素子の製造方法を模式的に示す工程断面図の一部である。

【図4】従来の半導体発光素子の構成を模式的に示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明の半導体発光素子につき、図面を参照して説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。また、以下において、「ＡｌＧａＮ」という記述は、Ａｌ_ｍＧａ_１−ｍＮ（０＜ｍ＜１）という記述と同義であり、ＡｌとＧａの組成比の記述を単に省略して記載したものであって、ＡｌとＧａの組成比が１：１である場合に限定する趣旨ではない。「ＩｎＧａＮ」という記述についても同様である。

【0029】

［構成］
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。図１Ｂは光取り出し方向から見たときの平面図に対応し、図１Ａは図１Ｂ内におけるＸ−Ｘ線で切断したときの断面図に対応する。半導体発光素子１は、基板３、半導体層５、第一電極１３、第二電極１５、及び保護層１７を含んで構成される。以下では、半導体発光素子１を単に「発光素子１」と適宜略記する。

【0030】

（基板３）
基板３は、例えばＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性基板、又はＳｉなどの半導体基板で構成される。

【0031】

（半導体層５）
本実施形態では、半導体層５は、基板３に近い側からｐ型半導体層１１、活性層９及びｎ型半導体層７が順に積層されて形成されている。本実施形態では、ｐ型半導体層１１が「第一半導体層」に対応し、ｎ型半導体層７が「第二半導体層」に対応する。

【0032】

ｐ型半導体層１１は、例えばＭｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、又はＣなどのｐ型不純物がドープされた窒化物半導体層で構成される。窒化物半導体層としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を利用することができる。

【0033】

活性層９は、例えばＩｎＧａＮで構成される発光層及びｎ型ＡｌＧａＮで構成される障壁層が周期的に繰り返されてなる半導体層で形成される。これらの層はアンドープでもｐ型又はｎ型にドープされていても構わない。活性層９は、少なくともエネルギーバンドギャップの異なる２種類の材料からなる層が積層されて構成されていればよい。活性層９の構成材料は、生成したい光の波長に応じて適宜選択される。

【0034】

ｎ型半導体層７は、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、又はＴｅなどのｎ型不純物がドープされた窒化物半導体層で構成される。この窒化物半導体層としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を利用することができる。なお、ｎ型半導体層７は、ｐ型半導体層１１と異なる組成の材料で構成されているものとしても構わない。また、図１Ａに示す構造においては、ｎ型半導体層７の上面に微細な凹凸が形成されている。

【0035】

（第一電極１３）
第一電極１３は、ｐ型半導体層１１に接触して形成されており、ｐ型半導体層１１との間でオーミック接触が形成されている。本実施形態では、第一電極１３はｐ側電極を構成する。

【0036】

第一電極１３は、活性層９から射出される光に対して高い反射率（例えば８０％以上であり、より好ましくは９０％以上）を示す導電性の材料で構成されるのが好ましい。これにより、光取り出し効率が向上する。具体的には、第一電極１３は、例えばＡｇ、Ａｌ、又はＲｈを含む材料で構成される。

【0037】

（第二電極１５）
第二電極１５は、ｎ型半導体層７の上面に形成されており、例えばＣｕ−Ａｕで構成される。本実施形態では、第二電極１５はｎ側電極を構成する。

【0038】

図１Ｂに示すように、本実施形態の発光素子１では、基板３とは反対側から、すなわち光取り出し方向から見たときに、第二電極１５がｎ型半導体層７の周囲を取り囲むように形成されている。より詳細には、第二電極１５は、離間した３箇所において、所定の方向に延伸するように構成されている。ただし、この第二電極１５の延伸する本数については、３本に限られるものではなく４本以上であっても構わない。

【0039】

なお、図１Ｂに示す例では、第二電極１５が、一部の箇所において光取り出し方向から見て幅広な領域１５ａを有している。この領域１５ａは、例えばＡｕ、Ｃｕなどで構成されるワイヤ（不図示）が連絡されることで、パッド電極を構成するものとしても構わない。このとき、ワイヤの他端はパッケージ基板の給電パターンなどに接続されるものとして構わない。

【0040】

上述したように、図１Ａ及び図１Ｂに示す発光素子１においては、ｎ型半導体層７が光取り出し面を構成する。第一電極１３と第二電極１５の間に電圧を印加することで、活性層９内を電流が流れ、活性層９が発光する。発光素子１は、活性層９から放射された光をｎ型半導体層７側に取り出すことが想定されている。第一電極１３は、活性層９から基板３側に向けて放射された光をｎ型半導体層７側に向けて反射させることで、光取り出し効率を高める機能を果たしている。

【0041】

（導電層２０）
導電層２０は、基板３の上層に形成されている。本実施形態では、導電層２０は、保護層１７、接合層１９、接合層２１及び保護層２３の多層構造で構成されている。

【0042】

接合層１９及び接合層２１は、例えばＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｓｎ、Ｓｎなどで構成される。後述するように、これらの接合層１９と接合層２１は、基板３上に形成された接合層２１と、別の基板（後述する成長基板２５）上に形成された接合層１９を対向させた後に、両者を貼り合わせることで形成されたものである。これらの接合層１９及び接合層２１は、単一の層として一体化されているものとしても構わない。

【0043】

図１Ａに示すように、保護層１７は、一部の領域においてｐ型半導体層１１と接触している。以下では、保護層１７のうち、ｐ型半導体層１１と接触している箇所を「電流遮断部１７ａ」と称する。保護層１７は、電流遮断部１７ａとｐ型半導体層１１との接触抵抗が、第一電極１３とｐ型半導体層１１との接触抵抗よりも高くなるように、構成されている。一例として、電流遮断部１７ａは、ｐ型半導体層１１との間でショットキー接触が実現される保護層１７の領域である。そして、この電流遮断部１７ａが形成される領域は、基板３の面に直交する方向に関して、第二電極１５と対向している。

【0044】

また、この保護層１７は、特にｐ型半導体層１１と接触する箇所において、第一電極１３よりもｐ型半導体層１１との密着性の高い材料で構成されている。例えば、ｐ型半導体層１１との接触する箇所においては、ＮｉやＴｉ、又はこれらを含む合金で構成される。

【0045】

なお、保護層１７としては、例えばＮｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｒｈ等を含む金属材料又は合金が、一周期又は多周期にわたって積層される構成を採用することができる。保護層１７を上記の材料で構成することで、接合層１９を構成する材料が第一電極１３側に拡散するのを抑制できる。

【0046】

保護層２３は、例えば保護層１７と同一の材料で構成され、接合層（１９，２１）を構成する材料が基板３側に拡散するのを抑制する目的で設けられている。ただし、保護層２３は必ずしも備えられていなくても構わない。

【0047】

（絶縁層２４）
本実施形態において、発光素子１は、半導体層５の端部領域において、ｐ型半導体層１１の一部と接触して形成された絶縁層２４を備えている。絶縁層２４は、例えばＳｉＯ_2、ＳｉＮ、Ｚｒ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などで構成される。この絶縁層２４は、製造方法の項で後述するように、素子分離時におけるエッチングストッパとして機能させる目的で設けられている。

【0048】

なお、図１Ａでは図示していないが、半導体層５の側面に保護膜としての絶縁層を形成しても構わない。

【0049】

［作用］
図１に示す発光素子１によれば、基板３の面に直交する方向に関して、第二電極１５と対向する位置に電流遮断部１７ａが形成されているため、活性層９内の広い範囲に電流を流すことができ、発光効率が高められる。そして、この保護層１７ａによって電流を拡げる効果が実現できるため、図４に示す発光素子９０のように、電流を拡げる目的で絶縁層９４を設ける必要がない。

【0050】

また、保護層１７は、少なくともｐ型半導体層１１との接触領域においては、絶縁層と比較してｐ型半導体層１１との密着性の高い金属材料で構成されている。このため、従来の構成と比較して、第一電極１３を構成する材料（例えばＡｇ）のマイグレーションの進行が抑制される。

【0051】

更に、本実施形態の構成では、図１Ａに示すように、保護層１７は、第一電極１３の面のうち、ｐ型半導体層１１と接触している面以外の面を覆うように形成されている。よって、密着性の高い保護層１７によって第一電極１３を抑え込むことができるため、第一電極１３が安定化されることで、マイグレーションの進行を抑制する効果が更に高められる。

【0052】

（実施例）
図１Ａに示す発光素子１を実施例とした。また、図２に示す発光素子５０を比較例とした。比較例の発光素子５０は、図１Ａに示す発光素子１と比較して、基板３の面に直交する方向に関して第二電極１５に対向する位置には絶縁層５１が形成されている点が異なる。

【0053】

実施例の素子と比較例の素子をそれぞれ１００個準備し、各素子に対してそれぞれ５００ｍＡの電流を連続的に印加して出力の変化を調べた。すると、比較例においては、１０００時間が経過する迄に１個の素子が非発光状態となり、２個の素子の光出力が７０％程度に低下した。これに対し、実施例については、１０００時間経過後であっても、１００個全ての素子がほぼ初期と同等の光出力を示した。

【0054】

この結果からも、上述したように、保護層１７によってｐ型半導体層１１との接触面での密着性が高められたことで、第一電極１３を構成する材料のマイグレーションが抑制されていることが確認できる。

【0055】

［製造方法］
次に、発光素子１の製造方法の一例につき、図３Ａ〜図３Ｊに模式的に示す工程断面図を参照して説明する。なお、以下で説明する製造条件や膜厚等の寸法はあくまで一例である。

【0056】

（ステップＳ１）
図３Ａに示すように、成長基板２５を準備する。成長基板２５としては、一例としてＣ面を有するサファイア基板を用いることができる。

【0057】

準備工程として、成長基板２５のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的な一例としては、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着）装置の処理炉内に成長基板２５を配置し、処理炉内に水素ガスを流しながら、炉内温度を昇温することにより行われる。

【0058】

（ステップＳ２）
図３Ｂに示すように、成長基板２５の上層に、アンドープ層２７、ｎ型半導体層７、活性層９、及びｐ型半導体層１１を順に形成する。このステップＳ２は、例えば以下の手順で行われる。

【0059】

まず、成長基板２５の上面に、ＧａＮよりなる低温バッファ層を形成し、その上層にＧａＮよりなる下地層を形成する。これらの低温バッファ層及び下地層がアンドープ層２７に対応する。具体的なアンドープ層２７の形成方法は、例えば以下の通りである

【0060】

まず、МОＣＶＤ装置の炉内圧力、及び炉内温度を所定の条件とし、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、所定の流量でトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びアンモニアを処理炉内に供給する。これにより、成長基板２５の表面に、ＧａＮよりなる低温バッファ層を形成する。

【0061】

次に、ＭＯＣＶＤ装置の炉内温度及び炉内に供給するガスの流量を変更することで、低温バッファ層の表面にＧａＮよりなる下地層を形成する。

【0062】

次に、アンドープ層２７の上層にｎ型半導体層７を形成する。ｎ型半導体層７の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

【0063】

МОＣＶＤ装置の炉内圧力、及び炉内温度を所定の条件とし、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、所定の流量でＴＭＧ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア、及びｎ型不純物をドープするためのテトラエチルシランを供給する。これにより、例えばＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｎの組成を示すｎ型半導体層７がアンドープ層２７の上層に形成される。

【0064】

なお、この後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを所定時間供給することにより、ｎ型ＡｌＧａＮ層の上層に、薄膜（例えば厚みが５ｎｍ程度）のｎ型ＧａＮよりなる保護層を有してなるｎ型半導体層７を実現してもよい。なお、ｎ型半導体層７を構成する窒化物半導体の組成は適宜設定されるものとして構わない。

【0065】

上記の説明では、ｎ型半導体層７に含まれるｎ型不純物をＳｉとする場合について説明したが、ｎ型不純物としては、Ｓｉ以外にＧｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ又はＴｅ等を用いることができる。

【0066】

次に、ｎ型半導体層７の上層に活性層９を形成する。活性層９の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

【0067】

МОＣＶＤ装置の炉内圧力、及び炉内温度を所定の条件とし、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、所定の流量でＴＭＧ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニアを供給するステップと、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、及びテトラエチルシランを供給するステップとを繰り返し行う。これにより、ＩｎＧａＮよりなる発光層、及びｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層が複数周期積層されてなる活性層９が、ｎ型半導体層７の上層に形成される。なお、活性層９を構成する窒化物半導体の組成は適宜設定されるものとして構わない。

【0068】

次に、活性層９の上層にｐ型半導体層１１を形成する。ｐ型半導体層１１の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

【0069】

МОＣＶＤ装置の炉内圧力、及び炉内温度を所定の条件とし、処理炉内にキャリアガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、所定の流量でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びｐ型不純物をドープするためのビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を供給する。これにより、活性層９の表面に、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、ＴＭＡの流量を変更して原料ガスを供給することにより、Ａｌ_0.13Ｇａ_0.87Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりｐ型半導体層１１が形成される。

【0070】

なお、この工程の後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、ＣＰ₂Ｍｇの流量を変更して原料ガスを供給することにより、ｐ型不純物濃度が１×１０²⁰／ｃｍ³程度のｐ型ＧａＮ層を有してなるｐ型半導体層１１を実現してもよい。なお、活性層９を構成する窒化物半導体の組成は適宜設定されるものとして構わない。

【0071】

このステップＳ２が工程（ａ）に対応する。

【0072】

（ステップＳ３）
ステップＳ２で得られたウェハに対して活性化処理を行う。具体的な一例としては、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal：急速加熱）装置を用いて、窒素雰囲気下中６５０℃で１５分間の活性化処理を行う。

【0073】

（ステップＳ４）
ｐ型半導体層１１の上面の所定箇所に絶縁層２４を形成する（図３Ｃ参照）。

【0074】

より具体的には、隣接する素子との境界となる領域内におけるｐ型半導体層１１の上面に、例えばＡｌ₂Ｏ₃をスパッタリング法によって２００ｎｍ程度の膜厚で成膜することで絶縁層２４を形成する。なお、成膜する材料は絶縁性材料であればよく、Ａｌ₂Ｏ₃の他、ＳｉＮやＳｉＯ₂でも構わない。

【0075】

（ステップＳ５）
ｐ型半導体層１１の上面の所定領域に第一電極１３を形成する（図３Ｃ参照）。第一電極１３の具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。

【0076】

ｐ型半導体層１１の上面の所定領域に、導電性材料で構成された材料膜を成膜する。一例としては、スパッタリング法によってｐ型半導体層１１の上面の所定の領域に、膜厚１２０ｎｍ程度のＡｇを成膜する。

【0077】

ここで、材料膜に含まれるＡｇは、発光素子１が備える活性層９から射出される光に対して高い反射率（９０％以上）を示す材料の例である。活性層９から射出される光に対して高い反射率を示す材料であれば、Ａｇ以外の材料（例えばＡｌやＲｈなど）が含まれるものとしても構わない。また、これらの高反射率を示す材料を含む合金で構成されていても構わない。

【0078】

上記の材料膜を成膜した後に、ＲＴＡ装置等を用いてドライエア又は不活性ガス雰囲気中でコンタクトアニール処理を行う。これにより、ｐ型半導体層１１との間でオーミック接触が形成された、第一電極１３が形成される。

【0079】

ステップＳ５は、工程（ｂ）に対応する。このステップＳ５を、ステップＳ４の前に行っても構わない。

【0080】

（ステップＳ６）
次に、図３Ｄに示すように、ｐ型半導体層１１が露出している領域の上面、並びに第一電極１３及び絶縁層２４の上面に保護層１７を形成する（図３Ｄ参照）。

【0081】

より具体的には、例えば電子線蒸着装置（ＥＢ装置）を用いて、Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔの多層膜を成膜する。少なくともｐ型半導体層１１と接触する領域には、特にｐ型半導体層１１との密着性の高い金属材料である、ＮｉやＴｉ、又は少なくともこれらの一方を含む合金を成膜するのが好ましい。また、Ｎｉを成膜した後、Ｔｉ／Ｐｔの多層膜を複数周期成膜するものとしても構わない。その他、本ステップで成膜する金属材料としては、Ｔｉ，Ｐｔ，Ｎｉの他、Ｃｒ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｗなどを用いることもできる。

【0082】

なお、本ステップＳ６においては、ステップＳ５とは異なり、金属材料の成膜後に、アニール処理を行わないか、又は密着性の確保のために、ステップＳ５よりも低温でアニール処理を行う。上述したように、本ステップＳ６で成膜される材料は、ステップＳ５で成膜される材料とは異なる金属である。

【0083】

これにより、本ステップＳ６で成膜された金属材料膜（保護層１７）とｐ型半導体層１１との間ではショットキー接触が形成され、当該箇所には電流遮断部１７ａが形成される。

【0084】

図３Ｄに示すように、本ステップＳ６により、第一電極１３の面のうち、ｐ型半導体層１１と接触していない面が保護層１７で覆われる。

【0085】

このステップＳ６は、工程（ｃ）に対応する。

【0086】

（ステップＳ７）
図３Ｅに示すように、保護層１７の上面に接合層１９を形成する。具体的な方法の一例は、保護層１７の上面に、膜厚１０ｎｍのＴｉを蒸着させた後、Ａｕ８０％Ｓｎ２０％で構成されるＡｕ−Ｓｎハンダを膜厚３μｍ蒸着させることで接合層１９を形成する。

【0087】

本ステップＳ７は、工程（ｄ１）に対応する。

【0088】

（ステップＳ８）
図３Ｆに示すように、成長基板２５とは別に準備された基板３の上面に、保護層２３及び接合層２１を形成する。基板３としては、上述したようにＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏ等の導電性基板、又はＳｉ等の半導体基板を利用することができる。

【0089】

保護層２３は、例えばＰｔ層、Ｔｉ／Ｐｔの多層構造などを採用することができ、保護層２３は保護層１７と同じ材料で構成してもよい。なお、保護層２３については形成しないものとしても構わない。接合層２１は、ステップＳ７で形成された接合層１９と同一の材料で実現することができる。

【0090】

（ステップＳ９）
図３Ｇに示すように、成長基板２５の上層に形成された接合層１９と、基板３の上層に形成された接合層２１を貼り合わせることで、成長基板２５と基板３の貼り合わせを行う。具体的な一例としては、２８０℃の温度、０．２ＭＰａの圧力下で、貼り合わせ処理が行われる。

【0091】

この工程により、接合層１９及び接合層２１が溶融して接合されることで、基板３と成長基板２５が表裏面に貼り合わされた構造が形成される。つまり、接合層１９と接合層２１は、本ステップ以後においては一体化されているものとして構わない。そして、本ステップＳ９の実行前の段階で保護層２３及び保護層１７が形成されていることで、接合層（１９，２１）の構成材料の拡散が抑制されている。

【0092】

本ステップＳ９は、工程（ｄ２）に対応する。

【0093】

（ステップＳ１０）
次に、成長基板２５を剥離する（図３Ｈ参照）。より具体的には、成長基板２５を上に向け、基板３を下に向けた状態で、成長基板２５側からレーザ光を照射する。ここで、照射するレーザ光を、成長基板２５の構成材料（本実施形態ではサファイア）を透過し、アンドープ層２７の構成材料（本実施形態ではＧａＮ）によって吸収されるような波長の光とする。これにより、アンドープ層２７でレーザ光が吸収されるため、成長基板２５とアンドープ層２７の界面が高温化してＧａＮが分解され、成長基板２５が剥離される。

【0094】

その後、ウェハ上に残存しているＧａＮ（アンドープ層２７）を、塩酸等を用いたウェットエッチング、又はＩＣＰ装置を用いたドライエッチングによって除去し、ｎ型半導体層７を露出させる。なお、本ステップＳ１０においてアンドープ層２７が除去されて、ｐ型半導体層１１、活性層９、及びｎ型半導体層７が、基板３側からこの順に積層されてなる半導体層５が残存する（図３Ｉ参照）。

【0095】

ステップＳ１０は、工程（ｄ３）に対応する。なお、ステップＳ７〜Ｓ１０が、工程（ｄ）に対応する。

【0096】

（ステップＳ１１）
次に、図３Ｊに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ＩＣＰ装置を用いて絶縁層２４の上面が露出するまで半導体層５をエッチングする。このとき、上述したように絶縁層２４はエッチングストッパーとして機能する。

【0097】

なお、図３Ｊでは、半導体層５の側面が鉛直方向に対して傾斜を有するように図示しているが、これは一例であって、このような形状に限定する趣旨ではない。

【0098】

（ステップＳ１２）
次に、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いてｎ型半導体層７の上面をウェットエッチングし、微細な凹凸を形成する。

【0099】

（ステップＳ１３）
ｎ型半導体層７の上面の所定の領域、より詳細には、ｎ型半導体層７の上面のうち、第一電極１３に対して鉛直方向に対向しない領域の一部、すなわち保護層１７の電流遮断部１７ａに対して鉛直方向に対向する領域の一部に、第二電極１５を形成する。具体的な方法の一例としては、ｎ型半導体層７の上面のうち、第二電極１５を形成する予定の領域以外をレジスト等でマスクした状態で、ｎ型半導体層７の上面に膜厚１００ｎｍのＣｒと膜厚３μｍのＡｕを蒸着する。その後、マスクを剥離して、窒素雰囲気中で２５０℃、１分間程度のアニール処理を行う。

【0100】

このステップＳ１３が工程（ｅ）に対応する。

【0101】

（ステップＳ１４）
次に、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、基板３の裏面を例えばＡｇペーストにてパッケージと接合する。その後は、第二電極１５の一部領域に対してワイヤボンディングを行う。以上の工程を経て、図１Ａに示す発光素子１が製造される。

【0102】

［別実施形態］
以下、別の実施形態について説明する。

【0103】

〈１〉 図１Ａに示した半導体発光素子１は、ｎ型半導体層７の面、すなわち光取り出し面に凹凸面を有していた。これは、活性層９からｎ型半導体層７の表面に対して臨界角以上の角度で入射される光の量を低減させることで、光取り出し効率を向上させる狙いがある。しかし、ｎ型半導体層７の表面には必ずしもかかる凹凸が形成されていなくても構わない。この場合、製造に際して、上記ステップＳ１２が不要となる。

【0104】

〈２〉 上記の実施形態では、半導体層５を構成する層のうち、基板３に近い側をｐ型半導体層１１、基板３から遠い側をｎ型半導体層７として説明したが、これらの導電型を反転させても構わない

【符号の説明】

【0105】

１ ： 本発明の半導体発光素子
３ ： 基板
５ ： 半導体層
７ ： ｎ型半導体層
９ ： 活性層
１１ ： ｐ型半導体層
１３ ： 第一電極
１５ ： 第二電極
１５ａ ： 第二電極の幅広領域
１７ ： 保護層
１７ａ ： 電流遮断部
１９ ： 接合層
２０ ： 導電層
２１ ： 接合層
２３ ： 保護層
２４ ： 絶縁層
２５ ： 成長基板
２７ ： アンドープ層
５０ ： 比較例の発光素子
５１ ： 絶縁層
９０ ： 従来の発光素子
９１ ： 基板
９２ ： 導電層
９３ ： 反射膜
９４ ： 絶縁層
９５ ： 反射電極
９６ ： ｐ型半導体層
９７ ： 活性層
９８ ： ｎ型半導体層
９９ ： 半導体層
１００ ： ｎ側電極

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図3I】

【図3J】

【図4】