特許 6747308 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】6747308

(24)【登録日】2020年8月11日

(45)【発行日】2020年8月26日

(54)【発明の名称】発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/40 20100101AFI20200817BHJP

   H01L 33/42 20100101ALI20200817BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20200817BHJP

   H01L 33/38 20100101ALI20200817BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/40

   H01L33/42

   H01L33/32

   H01L33/38

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-8425(P2017-8425)

(22)【出願日】2017年1月20日

(65)【公開番号】特開2018-117089(P2018-117089A)

(43)【公開日】2018年7月26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】 小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２３２５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５２８６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６０２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５１３８３（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、前記透明電極に接して設けられたｐ電極と、前記ｎ層に接して設けられ、前記ｐ電極と同一材料からなるｎ電極と、を有した発光素子において、
前記ｐ電極および前記ｎ電極は、
前記ｐ電極については前記透明電極上に接して位置し、前記ｎ電極については前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第１層と、
前記第１層中に島状に複数に分離して形成され、前記ｐ電極については透明電極に接し、前記ｎ電極についてはｎ層に接触し、Ｃｕ、または、Ｃｕを含むＡｌ合金からなる第２層と、を含む
ことを特徴とする発光素子。

【請求項2】

前記第２層の平均膜厚は、３〜８Åである、ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

前記第２層は、Ｃｕからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記第１層は、Ａｌ、Ａｌ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｎｄ合金、またはＡｌ−Ｔａ合金からなる、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４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】

III 族窒化物半導体からなるフェイスアップ型の発光素子では、ｐ電極やｎ電極により光が吸収されてしまい、光取り出し効率が低下してしまうのを抑制する必要がある。その方法の１つは、ｐ電極やｎ電極の材料として高い反射率を有した材料を用いることである。たとえばｐ電極およびｎ電極として、透明電極とｎ層の双方にコンタクト可能なＴｉ／Ｒｈが用いられている。ｐ電極とｎ電極で同一材料であるため、ｐ電極とｎ電極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。ここで記号「／」は、積層を意味し、Ａ／ＢはＡを成膜した後Ｂを成膜した積層構造であることを意味する。以下においても材料の説明において「／」を同様の意味で用いる。

【0003】

特許文献１には、ｐ電極を覆うバリアメタルとｎ電極とを同一の材料とすることが記載されており、その材料として、Ｔｉ／Ｒｈ／Ｔｉ／Ａｕ／Ａｌが例示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【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】

【0005】

発明者らは、Ｒｈよりも反射率が高くて安価な材料であるＡｌあるいはＡｌ合金を用いて透明電極およびｎ層の双方に良好なコンタクトを取ることができないか検討した。その結果、透明電極上にＡｌを形成すると、透明電極とＡｌとの界面に酸化膜が形成され、高抵抗化してしまい、透明電極に対して良好なコンタクトを取ることができないことがわかった。

【0006】

そこで本発明の目的は、ｐ側とｎ側の双方に対して良好なコンタクトを取ることができ、かつ反射率の高いｐ電極およびｎ電極を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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、透明電極に接して設けられたｐ電極と、ｎ層に接して設けられ、ｐ電極と同一材料からなるｎ電極と、を有した発光素子において、ｐ電極およびｎ電極は、ｐ電極については透明電極上に接して位置し、ｎ電極についてはｎ層上に接して位置し、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第１層と、第１層中に島状に複数に分離して形成され、ｐ電極については透明電極に接し、ｎ電極についてはｎ層に接触し、Ｃｕ、または、Ｃｕを含むＡｌ合金からなる第２層と、を含むことを特徴とする発光素子である。

【0008】

第２層の平均膜厚は、３〜８Åであることが望ましい。この範囲であれば、ｐ電極およびｎ電極は透明電極、ｎ層の双方に対してより良好にコンタクトを取ることができる。

【0009】

第１層は、Ａｌ、または任意のＡｌ合金を用いることができる。Ａｌ合金は、たとえばＡｌ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｔａ合金である。ＡｌまたはＡｌ−Ｎｉ合金を用いれば、より良好にコンタクトを取ることができ、駆動電圧の低減を図ることができ、Ａｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｔａ合金を用いれば、その高い反射率によってｐ電極およびｎ電極による光の吸収をより低減することができ、光出力の向上を図ることができる。

【0010】

第１層の厚さは１００ｎｍ以上とすることが望ましい。第１層の反射率を十分に高めることができ、ｐ電極およびｎ電極による光の吸収をより低減することができ、光出力の向上を図ることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ｐ層側の透明電極とｎ層の双方に良好なコンタクトを取ることができ、かつ反射率の高いｐ電極およびｎ電極を、低コストな材料で実現できる。その結果、発光素子の出力を安価に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１の発光素子の構成について示した断面図。

【図2】実施例１の発光素子を上方から見た平面図。

【図3】ｐ電極１６およびｎ電極１７の積層構造を示した図。

【図4】変形例の発光素子の構成について示した断面図。

【図5】実施例１の発光素子の製造工程を示した図。

【図6】Ｎｉ層１００の厚さとｐ側コンタクト性の関係を示したグラフ。

【図7】Ｎｉ層１００の厚さとｎ側コンタクト性の関係を示したグラフ。

【図8】Ｎｉ層１００の厚さと順方向電圧ＶＦの関係を示したグラフ。

【図9】Ｎｉ層１００の厚さと全放射束の関係を示したグラフ。

【図10】実施例１と比較例１の全放射束を比較したグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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】

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

（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。

【0017】

（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。

【0018】

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。

【0019】

（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。

【0020】

（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。

【0021】

（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、を有している。

【0022】

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、一方の短辺側に位置してる。

【0023】

そのｐパッド部１６０から、１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。また、ｐ配線部１６１は、短辺方向において中央近傍に位置している。絶縁膜１５のうち、平面視でｐ配線部１６１と重なる領域には孔２１が設けられており、ｐ配線部１６１のパターン全体が、その孔２１の底面に露出する透明電極１４と接触している。つまり、ｐ電極１６は透明電極１４に線接触している。

【0024】

また、ｐ配線部１６１は、ｐパッド部１６０の中央部ではなく、端部で接続している。これにより、ｐ配線部１６１をより長く確保することができ、透明電極１４との接触面積も広く取ることができるので、順方向電圧ＶＦをより低減することができる。

【0025】

このように、ｐ電極１６のうち、ｐパッド部１６０は絶縁膜１５上に配置して透明電極１４と接触しないようにし、配線状に延伸するｐ配線部１６１で透明電極１４と接触するようにすることで、電流を面内に効率的に拡散させ、発光強度分布が均一となるようにしている。そして、ｐ配線部１６１によって透明電極１４と線接触するようにして、透明電極１４との接触面積を広くし、これにより順方向電圧ＶＦの低減を図っている。

【0026】

（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、を有している。

【0027】

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。

【0028】

ｎ配線部１７１は、ｎパッド部１７０から短辺に沿って延伸し、発光素子の長方形の角部にて屈曲し、長辺近傍において、ｐパッド部１６０側の短辺に向かって長辺方向に延伸する直線状の形状であり、ｐパッド部１６０近傍まで延びている。ｎ配線部１７１は絶縁膜１５上に位置している。ｐ配線部１６１とｎ配線部１７１は平行であり、その間隔は、短辺の長さの１／２である。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。

【0029】

絶縁膜１５のうち、ｎ配線部１７１下の領域には、その絶縁膜１５を貫通する孔２１が等間隔に複数設けられている。孔２１の底面にはｎ層１１が露出している。ｎ配線部１７１は、この孔２１を埋めるようにして設けられており、孔２１を介してｎ配線部１７１はｎ層１１と接触し、電気的に接続されている。つまり、ｎ電極１７はｎ層１１に点接触している。

【0030】

（ｐ電極１６およびｎ電極１７の材料）
ｐ電極１６およびｎ電極１７は、Ｎｉ／Ａｌ合金／Ｔｉ／Ａｕ／Ａｕ／Ａｌからなる。つまり、ＮｉからなるＮｉ層１００、Ａｌ合金からなるＡｌ合金層１０１、ＴｉからなるＴｉ層１０２、Ａｕからなる第１Ａｕ層１０３、同じくＡｕからなる第２Ａｕ層１０４、ＡｌからなるＡｌ層１０５を絶縁膜１５側から順に積層した構造である。各層の厚さは、積層順に、３〜８Å、１００ｎｍ、７０ｎｍ、１０ｎｍ、１５００ｎｍ、１０ｎｍである。

【0031】

図３に、ｐ電極１６およびｎ電極１７の積層構造を示す。図３（ａ）は、孔２１を介してｐ配線部１６１と透明電極１４とが接触する領域における、ｐ配線部１６１の積層構造を示した図である。また、図３（ｂ）は、孔２１を介してｎ配線部１７１とｎ層１１とが接触する領域における、ｎ配線部１７１の積層構造を示した図である。

【0032】

ｐ電極１６およびｎ電極１７の積層構造における各層の役割は次の通りである。Ｎｉ層１００は、透明電極１４に対して良好なコンタクトを取るために設ける層である。Ａｌ合金層１０１は、ｎ層１１に対して良好なコンタクトを取るため、および、発光層１２から放射される光のうち、およびｐ電極１６およびｎ電極１７に向かう光を反射し、ｐ電極１６およびｎ電極１７による光の吸収を低減するために設ける層である。Ｔｉ層１０１は、Ａｌ合金層１０１と第１Ａｕ層１０３間の金属の拡散をバリアする層である。第１Ａｕ層１０３は、表面酸化を防止するための層である。第２Ａｕ層１０４は、電流を輸送するための層である。Ａｌ層１０５は、保護膜１９との密着性を高めるための層である。

【0033】

Ｎｉ層１００は、図３のように、島状に複数に分離して設けられている。そのため、Ｎｉ層１００上のＡｌ合金層１０１は、そのＮｉ層１００の島と島の間の領域を埋めるように設けられている。

【0034】

したがって、ｐ電極１６と透明電極１４が接する孔２１の領域では、図３（ａ）のように、透明電極１４上にＮｉ層１００とＡｌ合金層１０１の双方が接する。Ｎｉは耐酸化性が高く、透明電極１４とＮｉ層１００との間に酸化物を形成せず、透明電極１４とＮｉ層１００とが直接接する。そのため、透明電極１４とＮｉ層１００との間で局所的な導通領域を形成し、ｐ電極１６は透明電極１４に対して良好にコンタクトを取ることができる。

【0035】

また、ｎ電極１７とｎ層１１が接する孔２１の領域においても、図３（ｂ）のように、ｎ層１１上にＮｉ層１００とＡｌ合金層１０１の双方が接する。Ａｌ合金層１０１は、ｎ層１１に対して良好にコンタクトを取ることができ、ｎ層１１とＡｌ合金層１０１との間で導通領域を形成する。そのため、ｎ電極１７はｎ層１１に対して良好にコンタクトを取ることができる。

【0036】

このように、ｐ電極１６とｎ電極１７は同一材料でありながら、透明電極１４とｎ層１１の双方に対して良好なコンタクトを取ることができる。

【0037】

Ｎｉ層１００の厚さは、３〜８Åである。ここで、厚さは平均膜厚であり、厚さの均一な１つの膜に換算したときの厚さである。Ｎｉ層１００が島状に複数に分離して形成されているのであれば、Ｎｉ層１００の厚さは上記範囲に限らないが、実施例１のように３〜８Åとすることが望ましい。Ｎｉ層１００の厚さを３Å以上とすれば、ｐ電極１６は透明電極１４に対して良好にコンタクトを取ることができる。また、Ｎｉ層１００の厚さを８Å以下とすれば、ｎ電極１７はｎ層１１に対して良好にコンタクトを取ることができる。より望ましいＮｉ層１００の厚さは６〜８Åである。

【0038】

なお、Ｎｉ層１００に替えて、ＣｏまたはＣｕからなる層を用いてもよいし、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕのうち少なくとも１種の元素を主成分とする合金を用いてもよい。

【0039】

Ａｌ合金層１０１は、Ａｌ−Ｎｉ合金からなる。Ａｌ−Ｎｉ合金以外にも、Ａｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｔａ合金、など任意のＡｌ合金を用いることができる。また、合金ではなくＡｌを用いてもよい。特に、ｎ層１１へのコンタクト抵抗の低さから、ＡｌまたはＡｌ−Ｎｄ合金を用いるのがよい。ｎ電極１７がｎ層１１に対してより良好にコンタクトを取ることができる。また、Ａｌ−Ｎｄ合金は、高い反射率を有しているため、ｐ電極１６およびｎ電極１７の光吸収低減により光出力の向上を期待できる。なお、Ｎｉ層１００は非常に薄く、かつ島状に形成されているため、ｐ電極１６およびｎ電極１７に向かう光はＮｉ層１００にほとんど影響されず、ｐ電極１６およびｎ電極１７の反射率は、ほぼＡｌ合金層１０１の反射率と等しくなる。

【0040】

Ａｌ合金層１０１の厚さは、１００ｎｍに限らないが、７５ｎｍ以上とすることが望ましい。７５ｎｍ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およびｎ電極１７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、反射率向上の飽和などを考慮して、３００ｎｍ以下とすることが望ましい。より望ましくは７５〜２００ｎｍである。

【0041】

（反射膜２２の構成）
絶縁膜１５中であって、ｐパッド部１６０下、ｎパッド部１７０下およびｎ配線部１７１下の領域には、Ａｌからなる反射膜２２が設けられている。反射膜２２は絶縁膜１５中にあるため、電気的に絶縁されており、マイグレーションが防止される。この反射膜２２は、ｐ電極１６、ｎ電極１７方向へ向かう光を反射させることでｐ電極１６、ｎ電極１７による光の吸収を抑制し、これにより発光効率を向上させるために設けるものである。

【0042】

反射膜２２は、Ａｌ以外にも、Ａｇ、Ａｌ合金、Ａｇ合金などの反射率の高い材料を用いることができる。反射膜２２は単層としてもよいし多層としてもよい。多層とする場合、Ａｌ合金／Ｔｉ、Ａｇ合金／Ａｌ、Ａｇ合金／Ｔｉ、Ａｌ／Ａｇ／Ａｌ、Ａｇ合金／Ｎｉなどを用いることができる。反射膜２２と絶縁膜１５との密着性を向上させるために、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌなどの薄膜を、反射膜２２と絶縁膜１５との間に設けてもよい。

【0043】

なお、図４に示すように、反射膜２２は設けなくともよい。反射膜２２を設けないことで光出力は低下するものの、製造工程がより簡素となり、コストの低減を図ることができる。

【0044】

（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との間であって孔２１下の領域（すなわち、ｐ配線部１６１と透明電極１４とが接触している領域下）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のうち孔２１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配線部１６１に向かう光を減少させている。これらによりｐ配線部１６１による光吸収を減少させ、光出力の向上を図っている。

【0045】

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。

【0046】

（保護膜１９の構成）
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。

【0047】

以上、実施例１の発光素子では、ｐ電極１６およびｎ電極１７がＮｉ層１００とＡｌ合金層１０１の積層であり、Ｎｉ層１００が透明電極１４上あるいはｎ層１１上に島状に複数に分離して形成されているため、透明電極１４とｎ層１１の双方に対して良好なコンタクトを取ることができ、ｐ電極１６とｎ電極１７とを同一材料とできる。

【0048】

また、ｐ電極１６とｎ電極１７はＮｉ層１００上にＡｌ合金層１０１を有するため、反射率が高い。そのため、発光層１２から放射されてｐ電極１６およびｎ電極１７に向かう光をＡｌ合金層１０１によって効果的に反射させることができ、ｐ電極１６およびｎ電極１７による光の吸収が低減される。その結果、実施例１の発光素子は光出力が向上している。

【0049】

（実施例１の発光素子の製造方法）
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。

【0050】

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。

【0051】

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、後に形成する孔２１を含む領域にのみ形成する。

【0052】

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。

【0053】

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２０を形成し、溝２０の底面にｎ層１１を露出させる（図５（ａ）参照）。

【0054】

次に、上方全面を覆うようにして、反射膜２２が埋め込まれた絶縁膜１５を形成する。詳細には次のように形成する。まず、ＣＶＤ法によって上方全面に第１絶縁膜を形成する。そして、第１絶縁膜上の所定領域（後に形成するｐパッド部１６０、ｐ配線部１６１、ｎパッド部１７０およびｎ配線部１７１に平面視で重なる領域）に、蒸着、フォトリソグラフィ、エッチングによって反射膜２２を形成する。リフトオフによって反射膜２２を形成してもよい。次に、ＣＶＤ法によって、第１絶縁膜上および反射膜２２上に第２絶縁膜を形成し、第１絶縁膜と第２絶縁膜とで一体の絶縁膜１５とする。以上により、内部の所定領域に反射膜２２が埋め込まれた絶縁膜１５を形成する。

【0055】

なお、図４に示す変形例の発光素子のように、反射膜２２を設けない場合には、単に絶縁膜１５を形成する工程とできるので、製造工程をより簡素化することができ、製造コストの低減を図ることができる。

【0056】

次に、絶縁膜１５の所定領域（ｐ配線部１６１と透明電極１４あるいはｎ配線部１７１とｎ層１１とを接触させる領域）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の底面には透明電極１４、ｎ層１１が露出する（図５（ｂ）参照）。

【0057】

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、孔２１を介してｐ配線部１６１は透明電極１４と接触し、ｎ配線部１７１はｎ層１１に接触するように形成する（図５（ｃ）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。

【0058】

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。

【0059】

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、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法によりＮｉからなるＮｉ層１００を３〜８Å形成する。ここで、３〜８Åの厚さは、平均の厚さである。平均の厚さがこの範囲では、Ｎｉ層１００は複数の島状に分離されて形成される。

【0060】

次に、スパッタ法によってＡｌ−ＮｉからなるＡｌ合金層１０１を１００ｎｍ、ＴｉからなるＴｉ層１０２を７０ｎｍ、Ａｕからなる第１Ａｕ層１０３を１０ｎｍ、順に積層する。ここでＡｌ合金層１０１は、Ｎｉ層１００の島と島の間の領域も埋めるようにして形成される。そのため、孔２１の領域では、透明電極１４上、あるはｎ層１１上に、Ｎｉ層１００とＡｌ合金層１０１の双方が接触する。

【0061】

次に、ＲＨ（抵抗加熱）蒸着法により、Ａｕからなる第２Ａｕ層１０４を１５００ｎｍ、ＡｌからなるＡｌ層１０５を１０ｎｍ、順に積層する。

【0062】

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Ｎｉ／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。

【0063】

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の発光素子では、ｐ電極１６およびｎ電極１７を、透明電極１４とｎ層１１の双方に対して良好なコンタクトを取ることができる材料としており、ｐ電極１６とｎ電極１７を同時に形成することで製造工程を簡略化している。

【0064】

（各種実験例）
次に、実施例１の発光素子に関する各種のデータを説明する。

【0065】

図６は、ｐ電極１６およびｎ電極１７のｐ側コンタクト性についてのＮｉ層１００厚さ依存性を示したグラフである。ｐ側コンタクト性は、透明電極１４上にテストエレメントグループ（ＴＥＧ）用パターンであってｐ電極１６およびｎ電極１７と同一の積層構造の電極を形成して、２０ｍＡでの電圧値ｐｐによって評価した。比較のため、Ｎｉ層１００およびＡｌ合金層１０１を、Ｔｉ層とＲｈ層の積層に置き換えた電極（比較例１）についても、電圧値ｐｐのＴｉ層厚さ依存性を評価した。

【0066】

図６のように、Ｎｉ層１００、Ｔｉ層がいずれの厚さであっても、Ｎｉ層１００を用いた実施例１の電極は、Ｔｉ層を用いた比較例の電極に比べてｐｐ値が低く、比較例よりも実施例１の方が、透明電極１４に対して良好なコンタクトを取ることができるとわかった。また、図６のように、実施例１の電極では、Ｎｉ層１００の厚さが増加すると急激にｐｐ値が減少し、３Å以上でほぼ一定のｐｐ値となることがわかった。

【0067】

図７は、ｐ電極１６およびｎ電極１７のｎ側コンタクト性についてのＮｉ層１００厚さ依存性を示したグラフである。ｎ側コンタクト性は、ｎ層１１上にテストエレメントグループ（ＴＥＧ）用パターンであってｐ電極１６およびｎ電極１７と同一の積層構造の電極を形成して、２０ｍＡでの電圧値ｎｎによって評価した。同様に比較例１についても電圧値ｎｎを評価した。

【0068】

図７のように実施例１、比較例１の双方ともに、Ｎｉ層１００、Ｔｉ層の厚さの増加とともにｎｎ値が増加していくことがわかった。特に、厚さ１０Åまでは実施例１、比較例１とでほぼ同等のｎｎ値増加であるが、厚さ１０Åより大きくなると、実施例１の方がｎｎ値の増加が大きくなることがわかった。また、８Å以下ではｎｎ値の増加は微増であることがわかった。

【0069】

図８は、実施例１の発光素子について、２０ｍＡでの順方向電圧ＶＦとＮｉ層１００の厚さとの関係を示したグラフである。比較例１の発光素子についても、同様に順方向電圧ＶＦとＮｉ層１００の厚さとの関係を示す。

【0070】

図８のように、実施例１の発光素子では、Ｎｉ層１００の厚さが３Åまでは急激にＶＦが低下し、３〜８Åではほぼ一定のＶＦとなり、８Åを超えるとＶＦがわずかに上昇していくことがわかった。また、比較例１の発光素子では、Ｔｉ層の厚さが１２Åまでは次第にＶＦが低下していくが、１２Åより厚いとほぼＶＦは一定となった。また、いずれの厚さにおいても、実施例１の発光素子の方が比較例１の発光素子よりもＶＦが小さいことがわかった。

【0071】

図６〜８から、Ｎｉ層１００の厚さを３〜８Åとすることにより、ｐ側とｎ側の双方に対して良好なコンタクトを取ることができ、ＶＦを低減できることがわかった。また、ｐ側のコンタクト性の方が、ｎ側のコンタクト性よりもＶＦへの寄与が大きいことがわかった。

【0072】

図９は、実施例１の発光素子について、２０ｍＡで駆動した場合の全放射束のＮｉ層１００厚さ依存性を示したグラフである。図９のように、Ｎｉ層１００の厚さが増加するにつれて全放射束も増加する傾向にあり、厚さが６Å以上では全放射束はほぼ一定となって飽和する傾向にあることがわかった。図６〜８と図９から、ＶＦを維持しつつ光出力を向上させるためには、Ｎｉ層１００の厚さを６〜８Åとすることが最適であるとわかった。

【0073】

図１０は、実施例１の発光素子と比較例１の発光素子について、２０ｍＡで駆動した場合の全放射束を比較したグラフである。実施例１におけるＮｉ層１００の厚さ、および比較例１におけるＴｉ層の厚さは６Å、８Åとした。図１０のように、実施例１の発光素子は比較例１の発光素子に比べて光出力が高く、０．６〜２．２％光出力が向上することがわかった。

【実施例2】

【0074】

実施例２は、Ｎｉ層１００を、Ｎｉを含むＡｌ合金（たとえばＡｌ−Ｎｉ合金）に変更したものである。Ｎｉを含むＡｌ合金は、熱処理によってＡｌ合金中に複数のＮｉ粒が析出する。よって、実施例１のＮｉ層１００と同様に、透明電極１４上あるいはｎ層１１上にＮｉ粒が島状に複数に分離して位置する構造となる。また、そのＮｉ粒間はＡｌ合金で満たされた構造となり、透明電極１４上あるいはｎ層１１上にＡｌ合金も接触する構造となる。すなわち、Ｎｉを含むＡｌ合金を熱処理することで、実施例１と同様の構造が実現される。その結果、実施例１と同様の効果が得られる。

【0075】

なお、Ｎｉを含むＡｌ合金以外に、Ｃｏ、Ｃｕを含むＡｌ合金も用いることができる。つまり、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕのうち少なくとも１種の元素を含むＡｌ合金であればよい。

【0076】

（各種変形例）
実施例１の発光素子は、ｐ電極については線接触、ｎ電極については点接触させる構造であるが、これに限らず、点接触、線接触、面接触のいずれであってもよい。

【0077】

また、実施例１、２の発光素子はフェイスアップ型の素子であったが、本発明はフリップチップ型の素子にも適用することができる。

【0078】

実施例１では、Ｎｉ層を蒸着やスパッタなどで成膜することにより、島状に複数に分離した形状を形成し、実施例２では、Ｎｉを含むＡｌ合金中にＮｉ粒を析出させることで、Ａｌ合金中にＮｉが島状に複数に分離した形状を形成したが、本発明はこれらの方法に限らない。透明電極あるいはｎ層上にＡｌ合金が接して設けられ、Ａｌ合金中に島状に複数に分離してＮｉ層が形成され、Ｎｉ層が透明電極あるいはｎ層に接するのであれば、任意の形成方法を採用することができる。

【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：ｐ電極
１７：ｎ電極
１８：電流阻止層
１９：保護膜
２２：反射膜
１００：Ｎｉ層
１０１：Ａｌ合金層
１０２：Ｔｉ層
１０３：第１Ａｕ層
１０４：第２Ａｕ層
１０５：Ａｌ層
１６０：ｐパッド部
１６１：ｐ配線部
１７０：ｎパッド部
１７１：ｎ配線部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】