(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024116493
(43)【公開日】2024-08-28
(54)【発明の名称】発光素子およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/10 20100101AFI20240821BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20240821BHJP
H01L 33/40 20100101ALI20240821BHJP
【ＦＩ】
H01L33/10
H01L33/32
H01L33/40
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023022147
(22)【出願日】2023-02-16
(71)【出願人】
【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】110000648
【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】水谷 浩一
(72)【発明者】
【氏名】面家 英樹
(72)【発明者】
【氏名】松井 慎一
(72)【発明者】
【氏名】牧野 浩明
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA03
5F241AA24
5F241CA13
5F241CA40
5F241CA87
5F241CA92
5F241CA98
5F241CB15
5F241FF16
(57)【要約】
【課題】紫外線反射率が高く、かつオーミック接触可能なｐ電極を有した発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子であり、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１４の順に積層された半導体層と、前記ｐ層１４上に接して設けられたｐ電極と、を有し、前記ｐ電極は、前記ｐ層１４と接して設けられ、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、ＲｕまたはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層と、前記コンタクト層上に接して設けられ、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子であり、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１４の順に積層された半導体層と、前記ｐ層１４上に接して設けられたｐ電極と、を有し、前記ｐ電極は、前記ｐ層１４と接して設けられ、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、ＲｕまたはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層と、前記コンタクト層上に接して設けられ、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
ｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、
前記ｐ層上に接して設けられたｐ電極と、
を有し、
前記ｐ電極は、
前記ｐ層と接して設けられ、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、ＲｕまたはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層と、
前記コンタクト層上に接して設けられ、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層と、を有する発光素子。
ｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、
前記ｐ層上に接して設けられたｐ電極と、
を有し、
前記ｐ電極は、
前記ｐ層と接して設けられ、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、ＲｕまたはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層と、
前記コンタクト層上に接して設けられ、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層と、を有する発光素子。
【請求項2】
前記コンタクト層はＲｕであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率は３×１０－３Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率は５５％以上である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項3】
前記コンタクト層はＮｉ／Ａｕであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率は２×１０－３Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率は４０％以上である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項4】
前記コンタクト層と前記反射層の界面に、前記コンタクト層の材料と前記反射層の材料とが混在する領域を有しない、請求項１に記載の発光素子。
【請求項5】
発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
基板表面にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層して半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記ｐ層に接して、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下のＲｈ、Ｒｕ、またはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、
前記ｐ層に対するコンタクト抵抗を低減する熱処理を行う熱処理工程と、
前記コンタクト層に接して、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層を形成し、前記コンタクト層と前記反射層を順に積層したｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、を有する発光素子の製造方法。
基板表面にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層して半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記ｐ層に接して、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下のＲｈ、Ｒｕ、またはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、
前記ｐ層に対するコンタクト抵抗を低減する熱処理を行う熱処理工程と、
前記コンタクト層に接して、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層を形成し、前記コンタクト層と前記反射層を順に積層したｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、を有する発光素子の製造方法。
【請求項6】
前記コンタクト層はＲｈであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率を２×１０－２Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率を７０％以上とする、請求項５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項7】
前記コンタクト層はＲｕであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率を３×１０－３Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率を５５％以上とする、請求項５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項8】
前記コンタクト層はＮｉ／Ａｕであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率を２×１０－３Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率を４０％以上とする、請求項５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】
本発明は発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、発光波長がＵＶＣ（波長２００～２８０ｎｍ）のＩＩＩ族窒化物半導体からなる紫外線ＬＥＤを水や空気などの殺菌、消毒に使用することが注目されており、紫外線ＬＥＤの高効率化に向けた研究、開発が盛んに行われている。
【0003】
特許文献１には、ＵＶＣ発光のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子におけるｐ電極として、ｐ型半導体層に接触し、厚さが１０ｎｍ以下のＲｈ層と、Ｒｈ層に接触し、厚さが２０ｎｍ以上のＡｌ層とを有した構造が記載されている。このような構造とすることでコンタクト抵抗を低減するとともに反射率を向上できることが記載されている。また、ｐ電極をアニールすることでＲｈ層とＡｌ層が混ざり合い、Ｒｈ層単層に比べて反射率が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２２－３０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
現状、ｐ－ＡｌＧａＮやｐ－ＧａＮに対してオーミック接触可能な材料は紫外領域（特にＵＶＣ）の光に対して反射率が低い。Ａｌは紫外線領域の光に対して高い反射率を有しているが、ｐ－ＡｌＧａＮやｐ－ＧａＮに対してオーミック接触できない。そのため、紫外線反射率が高く、かつオーミック接触可能なｐ電極が望まれていた。
【0006】
また、特許文献１では、Ａｌの拡散によりｐ層とＡｌとが接する可能性があり、コンタクト抵抗が悪化してしまう可能性があった。
【0007】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、紫外線反射率が高く、かつオーミック接触可能なｐ電極を有した発光素子およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様は、
発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
ｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、
前記ｐ層上に接して設けられたｐ電極と、
を有し、
前記ｐ電極は、
前記ｐ層と接して設けられ、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、ＲｕまたはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層と、
前記コンタクト層上に接して設けられ、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層と、を有する発光素子にある。
発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
ｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、
前記ｐ層上に接して設けられたｐ電極と、
を有し、
前記ｐ電極は、
前記ｐ層と接して設けられ、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、ＲｕまたはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層と、
前記コンタクト層上に接して設けられ、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層と、を有する発光素子にある。
【0009】
本発明の他態様は、
発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
基板表面にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層して半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記ｐ層に接して、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下のＲｈ、Ｒｕ、またはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、
前記ｐ層に対するコンタクト抵抗を低減する熱処理を行う熱処理工程と、
前記コンタクト層に接して、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層を形成し、前記コンタクト層と前記反射層を順に積層したｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、を有する発光素子の製造方法にある。
発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法において、
基板表面にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層して半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記ｐ層に接して、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下のＲｈ、Ｒｕ、またはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、
前記ｐ層に対するコンタクト抵抗を低減する熱処理を行う熱処理工程と、
前記コンタクト層に接して、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層を形成し、前記コンタクト層と前記反射層を順に積層したｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、を有する発光素子の製造方法にある。
【発明の効果】
【0010】
上記発光素子では、コンタクト層によってｐ層に対するオーミック接触を可能としつつ、反射層によって紫外線も反射することができる。
【0011】
以上のごとく、上記態様によれば、紫外線反射率が高く、かつオーミック接触可能なｐ電極を有した発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態における発光素子の構成を示した図であって基板の主面に垂直な断面図。
【図2】実施形態における発光素子の電極の平面パターンを示した図。
【図3】実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
【図4】実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
【図5】実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
【図6】実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
【図7】実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
【図8】実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
【図9】実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
【図10】実施形態における発光素子の製造工程を示した図。
【図11】試料ａ～ｅの反射率を示したグラフ。
【図12】試料ｆ、ｇの反射率を示したグラフ。
【図13】試料ｈ、ｉの反射率を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0013】
発光素子は、発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下でありＩＩＩ族窒化物半導体からなる。また、ｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、前記ｐ層上に接して設けられたｐ電極と、を有する。また、前記ｐ電極は、前記ｐ層と接して設けられ、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、ＲｕまたはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層と、前記コンタクト層上に接して設けられ、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層と、を有する。
【0014】
上記発光素子において、前記コンタクト層はＲｕであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率は２×１０－３Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率は５５％以上であってもよい。
【0015】
上記発光素子において、前記コンタクト層はＮｉ／Ａｕであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率は２×１０－３Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率は４０％以上であってもよい。
【0016】
上記発光素子において、前記コンタクト層と前記反射層の界面に、前記コンタクト層の材料と前記反射層の材料とが混在する領域を有しなくてもよい。
【0017】
発光素子の製造方法は、発光波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法である。そして、基板表面にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層して半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記ｐ層に接して、厚さが０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下のＲｈ、Ｒｕ、またはＮｉ／Ａｕであるコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、前記ｐ層に対するコンタクト抵抗を低減する熱処理を行う熱処理工程と、前記コンタクト層に接して、厚さが５０ｎｍ以上であり、ＡｌまたはＡｌを主とする合金である反射層を形成し、前記コンタクト層と前記反射層を順に積層したｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、を有する。
【0018】
上記発光素子の製造方法において、前記コンタクト層はＲｈであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率を２×１０－２Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率を７０％以上としてもよい。
【0019】
前記コンタクト層はＲｕであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率を２×１０－３Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率を５５％以上としてもよい。
【0020】
前記コンタクト層はＮｉ／Ａｕであり、前記ｐ電極のコンタクト抵抗率を２×１０－３Ω・ｃｍ２以下、発光波長における反射率を４０％以上としてもよい。
【0021】
（実施形態）
図１は、実施形態における発光素子の構成を示した図であり、基板に垂直な断面図である。また、図２は、実施形態における発光素子の電極の平面パターンを示した図である。実施形態における発光素子は、フリップチップ型の紫外発光素子であり、発光波長はＵＶＣ、たとえば２００～２８０ｎｍである。
図１は、実施形態における発光素子の構成を示した図であり、基板に垂直な断面図である。また、図２は、実施形態における発光素子の電極の平面パターンを示した図である。実施形態における発光素子は、フリップチップ型の紫外発光素子であり、発光波長はＵＶＣ、たとえば２００～２８０ｎｍである。
【0022】
１．発光素子の構成
図１に示すように、実施形態における発光素子は、基板１０、ｎ層１１、発光層１２、電子ブロック層１３、ｐ層１４、ｐ電極１５、ｎ電極１６、ｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂ、保護膜１８、反射膜１９、ｐパッド電極２０、ｎパッド電極２１、反射防止膜２２を有している。以下、各構成について説明する。
図１に示すように、実施形態における発光素子は、基板１０、ｎ層１１、発光層１２、電子ブロック層１３、ｐ層１４、ｐ電極１５、ｎ電極１６、ｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂ、保護膜１８、反射膜１９、ｐパッド電極２０、ｎパッド電極２１、反射防止膜２２を有している。以下、各構成について説明する。
【0023】
基板１０は、ｃ面を主面とするサファイアからなる基板である。サファイア以外にも、発光波長に対して透過率が高く、III族窒化物半導体を成長させることができる材料であれば任意の材料を用いてよい。基板１０の厚さは、たとえば０．４～１ｍｍである。この範囲とすることで光取り出し効率の向上を図ることができる。一方で、基板１０が厚くなるため、発光素子内に熱がこもりやすくなり、放熱性が低下し、素子寿命の低下を引き起こす。そこで、実施形態では、後述のような電極パターンとすることで放熱性の改善を図っている。
【0024】
基板１０の裏面（ｎ層１１側とは反対側の面であり、光取り出し側）には、反射防止膜２２が設けられている。反射防止膜２２を設けることにより、基板１０裏面で紫外線が反射して素子側に戻ってしまうことを抑制し、光取り出しを向上させている。
【0025】
反射防止膜２２は、単層、または屈折率の異なる材料を交互に積層させた構造であり、光の干渉によって反射が弱め合うように各層の厚さが設定されている。反射防止膜２２の材料は、ＵＶＣに対して透過性を有した絶縁体である。たとえば、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、ＭｇＦ２などである。
【0026】
ｎ層１１は、基板１０上にバッファ層（図示しない）を介して位置している。ｎ層１１は、ｎ－ＡｌＧａＮからなる。ｎ型不純物はＳｉであり、Ｓｉ濃度が５×１０１８～５×１０１９／ｃｍ３である。ｎ層１１は複数の層で構成されていてもよい。
【0027】
発光層１２は、ｎ層１１上に位置している。発光層１２は、井戸層と障壁層が交互に繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。繰り返し数はたとえば２～５である。井戸層はＡｌＧａＮからなり、そのＡｌ組成は所望の発光波長に応じて設定される。障壁層は、井戸層よりもＡｌ組成の大きなＡｌＧａＮである。井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きなＡｌＧａＩｎＮでもよい。また、発光層１２はＳＱＷ構造でもよい。
【0028】
電子ブロック層１３は、発光層１２上に位置している。電子ブロック層１３は、発光層１２の障壁層よりもＡｌ組成比の高いｐ－ＡｌＧａＮからなる。電子ブロック層１３によって、ｎ電極１６から注入した電子が発光層１２を超えてｐ層１４側に拡散してしまうのを抑制している。
【0029】
ｐ層１４は、電子ブロック層１３上に位置している。ｐ層１４は、ｐ－ＡｌＧａＮからなる。実施形態における発光素子は、ｎ層１１からｐ層１４まですべての半導体層がＡｌＧａＮであり、これによって半導体層による紫外線の吸収を抑制している。ｐ層１４のＡｌ組成はたとえば５～８０％である。ｐ型不純物はＭｇである。Ｍｇ濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以上である。ｐ層１４はＡｌ組成やＭｇ濃度の異なる複数の層で構成されていてもよい。その場合、ｐ電極１５と接する層がＡｌ組成５～８０％のｐ－ＡｌＧａＮであればよい。また、ｐ層１４は、ＡｌＧａＮに限らず、Ａｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体であればよく、ＡｌＧａＩｎＮでもよい。
【0030】
ｐ層１４表面の一部領域には、ｎ層１１に達する深さの孔２３が形成されている。孔２３はドット状であり、複数の孔２３が格子状に配列されて設けられている（図２参照）。ただし、ｐパッド電極２０の下部に当たる領域（素子の矩形パターンにおける一の角部）には孔２３が設けられていない。孔２３の底面にはｎ層１１が露出している。ｎ層１１を露出させるための孔２３をドット状の配列パターンとすることで、面内の発光の均一さを確保しつつ、孔２３による発光面積（ｐ層１４の面積）の減少をなるべく少なくし、光出力の向上を図っている。
【0031】
各孔２３の平面パターンは、たとえば円である。他に、正六角形などの多角形でもよい。正六角形の場合は孔２３の側面をｍ面とするのがよい。孔２３の配列パターンは、たとえば正方格子状、正三角格子状、ハニカム状のパターンである。
【0032】
ｐ電極１５（コンタクト層）は、ｐ層１４上に設けられている。ｐ電極１５は、ｐ層１４表面のうち、ｐ層１４の端辺近傍を除いて設けられており（図２参照）、これにより発光面積を広く取っている。ｐ電極１５は、発光層１２から放射される紫外線を基板１０側に反射させて光取り出し効率を高める反射電極である。
【0033】
ｐ電極１５の材料は、ｐ層１４に対して低コンタクトであってＵＶＣの反射率の高い材料であり、Ｒｈ、Ｒｕ、またはＮｉ／Ａｕである。ｐ電極１５の厚さは、０．５～６ｎｍである。Ｎｉ／Ａｕについては、Ｎｉ層の厚さは１原子層以上であればよい。このような厚さとすることでｐ電極１５に対するコンタクト抵抗を低減しつつ、紫外線を透過させてｐｎ電極１７ＡのＡｌ層により紫外線を反射させることができる。
【0034】
コンタクト抵抗を低減しつつ、紫外線反射率をより高めるため、ｐ電極１５の厚さは１～４ｎｍとすることが好ましい。
【0035】
素子上面の面積（孔２３とｐ層１４の面積の合計）に対するｐ電極１５の面積の割合は、７０％以上とする。孔２３およびｐ電極１５の平面パターンはこれを満たすように設定する。たとえば、孔２３の直径や配列数、配列間隔を調整する。ｐ電極１５の面積を広く取ることにより、ｐ電極１５による紫外線の反射を増やし、光取り出し効率を向上させることができる。より好ましくは７５％以上である。
【0036】
ｎ電極１６は、各孔２３の底面に露出するｎ層１１上に設けられている。そのため、ｎ電極１６もドット状に配列されたパターンである（図２参照）。ｎ電極１６の材料は、Ｖ／Ａｌ／Ｔｉを熱処理した構造体である。他にもＴｉ／Ａｌ／Ｔｉなどを用いることができる。Ｖ／Ａｌ／Ｔｉを熱処理した構造体は、具体的には、ＡｌＮｘからなる層と、Ａｌを主としＶとＴｉを含む金属からなる層と、Ｔｉからなる層と、を順に積層させた構造である。
【0037】
ＡｌＮｘからなる層は、厚さ１～３ｎｍである。ｘは、たとえば０．４～０．７である。またｘは、厚さ方向にｎ層１１から離れるにつれて減少していてもよい。この場合はｘの厚さ方向の平均が０．４～０．７である。また、ｎ層１１側からのＧａの拡散がある場合もあり、その場合には、ｎ層１１よりもＡｌ組成比が高いＡｌｙＧａ１－ｙＮｘ（０．４≦ｘ≦０．７）である。ｎ層１１のＡｌ組成比がａであれば、ａ＜ｙ≦１である。ｙはたとえば０．７以上である。またこの場合も、ｘは厚さ方向にｎ層１１から離れるにつれて減少していてもよく、ｙは厚さ方向にｎ層１１から離れるにつれて増加していてもよい。
【0038】
Ａｌを主としＶとＴｉを含む金属からなる層は、厚さ５０～５００ｎｍである。Ａｌ、Ｖ、Ｔｉの比率は、たとえばＡｌが５０～８５ｍｏｌ％、Ｖが５～２０ｍｏｌ％、Ｔｉが１０～３０ｍｏｌ％である。
【0039】
上記構造のｎ電極１６では、ｎ層１１に対するコンタクト抵抗が低減されている。たとえば、ｎ層１１に対するｎ電極１６のコンタクト抵抗率は４×１０－４Ω・ｃｍ２以下である。その理由は、第１に、ＡｌＮｘからなる層がｎ層１１に対する良好なコンタクト層として機能しているためと考えられる。また、第２に、ｎ層１１表面に窒素空孔が生じ、ｎ型化するためコンタクト抵抗が低下していると考えられる。
【0040】
Ｔｉからなる層は、アロイ時にｎ電極１６中のＡｌが蒸発してしまうのを抑制するカバ－として設けるものである。Ｔｉ以外にもＴｉＮ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕなどを用いることができる。
【0041】
ｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂは、ｐ電極１５上、ｎ電極１６上にそれぞれ設けられている。ｐｎ電極１７Ａの平面パターンは、ｐ電極１５の平面パターンと同様である。また、ｐｎ電極１７Ｂの平面パターンは、ｎ電極１６の平面パターンと同様であり、複数のドットが配列されたパターンである。
【0042】
ｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂの材料は、Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌである。ｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂのうち第１層であるＡｌ層は、ｐ電極１５、ｎ電極１６にそれぞれ接している。Ａｌ層は紫外線を反射させる反射層である。ｐｎ電極１７Ａは、ｐ電極１５の熱処理後に形成されるため、ｐ電極１５とＡｌ層との間での原子拡散は生じておらず、ｐ電極１５とＡｌ層との界面にｐ電極材料とＡｌが混在した層を含まない。そのため、ｐ電極１５によるコンタクト抵抗低減効果を損なうことなく、Ａｌ層によって紫外線を反射させることができる。つまり、順方向電圧Ｖｆの低減と光取り出し効率の向上とを両立することができる。
【0043】
たとえば、Ｒｈ／Ａｌとする場合には、コンタクト抵抗率を２×１０－２Ω・ｃｍ２以下、ＵＶＣにおける紫外線反射率を７０％以上とすることができる。また、たとえば、Ｒｕ／Ａｌとする場合には、コンタクト抵抗率を３×１０－３Ω・ｃｍ２以下、ＵＶＣにおける紫外線反射率を５５％以上とすることができる。また、たとえば、Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌとする場合には、コンタクト抵抗率を２×１０－３Ω・ｃｍ２以下、ＵＶＣにおける紫外線反射率を４０％以上とすることができる。
【0044】
ｐｎ電極１７Ａ、１７ＢにおけるＡｌ層の厚さは、１０～５００ｎｍである。この範囲とすることで紫外線反射率を十分に高めることができる。Ａｌ層による紫外線反射率は５０ｎｍあたりまでは厚いほど高く、５０ｎｍ以上で飽和する。そのため、Ａｌ層の厚さのばらつきを考慮すれば８０ｎｍ以上が好ましい。一方、反射率の飽和、材料コスト、成膜時間などを考慮すれば２００ｎｍ以下が好ましい。
【0045】
なお、実施形態ではｐｎ電極１７Ａ、１７ＢとしてＡｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌを用いているが、ｐ電極１５と接する第１層がＡｌであれば他の材料でもよい。また、Ａｌに替えてＡｌを主とする合金を用いてもよい。
【0046】
保護膜１８は、素子上面全体を覆うように設けられている。すなわち、ｐ電極１５、ｎ電極１６、およびｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂの側面と表面、半導体層（ｎ層１１、発光層１２、電子ブロック層１３、ｐ層１４）の表面と側面、素子分離溝２６の側面、孔２３の内部、に連続して設けられている。保護膜１８の材料はＳｉＯ２などである。
【0047】
保護膜１８は、第１保護膜１８Ａ、第２保護膜１８Ｂの２層で構成され、第１保護膜１８Ａと第２保護膜１８Ｂの間にＡｌからなる反射膜１９が設けられている。反射膜１９は、後述の孔２４、２５が存在する領域を除いて全面的に設けられている。反射膜１９によって基板１０側に光を反射させ、光取り出し効率の向上を図っている。また、保護膜１８に反射膜１９を埋め込むことにより、保護膜１８の放熱性を向上させるとともに、反射膜１９のマイグレーションを防止している。
【0048】
反射膜１９の材料はＡｌに限らず、発光波長における反射率の高い任意の材料でよい。Ａｌを主とする合金でもよい。また、反射膜１９は、第１保護膜１８Ａと第２保護膜１８Ｂの間ではなく、第１保護膜１８Ａ中や第２保護膜１８Ｂ中に反射膜１９を設けてもよい。反射膜１９を複数設ける場合、平面パターンを変えてもよい。また、第１保護膜１８Ａと第２保護膜１８Ｂは同一材料でもよいし異なる材料でもよい。
【0049】
ｐパッド電極２０およびｎパッド電極２１は、保護膜１８上に離間して設けられている。ｐパッド電極２０は、保護膜１８に開けられた孔２４を介してｐｎ電極１７Ａと接続されている。また、ｎパッド電極２１は、保護膜１８に開けられた孔２５を介して各ｐｎ電極１７Ｂと接続されている。ｐパッド電極２０およびｎパッド電極２１の材料は、たとえばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／ＡｕＳｎである。
【0050】
ｐパッド電極２０およびｎパッド電極２１の平面パターンは、図２に示すように、素子の矩形パターンより少し内側となる矩形パターンに対し、その矩形の角部においてその矩形の辺に対して４５°を成す直線Ｌに沿った幅Ｗの線状領域によって２分し、直角二等辺三角形のパターンとなる方をｐパッド電極２０、他方（矩形の角を落とした形状の五角形）をｎパッド電極２１とするものである。ｐパッド電極２０の下部にはｎ電極１６は位置しておらず、ｎパッド電極２１の下部に全てのｎ電極１６が位置し、ｎパッド電極２１と接続されている。
【0051】
線状領域の角度は４５°に限らないが、線状領域の面積を小さくしてｐパッド電極２０およびｎパッド電極２１の面積の和をなるべく大きくするために、４５°に近いことが好ましく、たとえば３０～６０°が好ましく、４０～５０°がより好ましい。
【0052】
また、線状領域の位置および幅Ｗは、ｐパッド電極２０およびｎパッド電極２１の面積の和が、発光面積（ｐ電極１５の面積）に対して９０％以上となるように設定することが好ましい。もちろん、幅Ｗは、ｐパッド電極２０とｎパッド電極２１間で短絡しないような幅とする。たとえば幅Ｗは１００μｍ以上である。また、ｐパッド電極２０は、サブマウント側と良好に接合できる大きさとする。放熱面積（平面視でｐ電極１５のうちサブマウントと接している領域の面積）を広くして放熱性を高めるためである。
【0053】
ｐパッド電極２０およびｎパッド電極２１の平面パターンを上記のようにすることで、ｐパッド電極２０とｎパッド電極２１の面積の和を大きく取ることができ、放熱面積を広くすることができるので、発光素子の放熱性を高めることができる。特に、ＵＶＣの発光素子では基板１０を厚くして光取り出し効率の向上を図る必要があり、放熱性が低下していたが、上記により放熱性が改善できるため、基板を厚くした場合でも十分な放熱性を確保できる。
【0054】
以上、実施形態における発光素子では、ｐ電極１５として厚さが０．５～６ｎｍのＲｈ、Ｒｕ、またはＮｉ／Ａｕを用い、ｐｎ電極１７Ａの第１層としてＡｌ層を用いているため、ｐ層１４に対してオーミック接触可能としつつ、紫外線反射率を向上させることができる。その結果、実施形態における発光素子では順方向電圧Ｖｆの低減と光取り出し効率の向上を両立することができる。
【0055】
２．発光素子の製造工程
実施形態における発光素子の製造工程について、図を参照に説明する。
実施形態における発光素子の製造工程について、図を参照に説明する。
【0056】
まず、サファイアからなる基板１０を用意する。そして、基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法によってｎ層１１、発光層１２、電子ブロック層１３、ｐ層１４を順に形成する（図３参照）。
【0057】
次に、ｐ層１４の所定領域をドライエッチングし、ｎ層１１に達する深さの孔２３を複数形成する（図４参照）。
【0058】
次に、ｐ層１４上にスパッタや蒸着によってｐ電極１５を形成する（図５参照）。次に、孔２３の底面に露出するｎ層１１上にスパッタや蒸着によってＶ層、Ａｌ層、Ｔｉ層を順に積層してｎ電極１６を形成する（図６参照）。ｐ電極１５よりも先にｎ電極１６を形成してもよいが、なるべくｐ層１４表面が清浄な状態でｐ電極１５を形成したいため、実施形態ではｐ電極１５を先に形成している。
【0059】
次に、温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行う。雰囲気は、たとえば窒素などの不活性ガス雰囲気である。熱処理は減圧下で行うことが好ましく、たとえば１×１０２～１×１０４Ｐａである。熱処理温度は好ましくは５００～６００℃である。なお、ｐ電極１５としてＮｉ／Ａｕを用いる場合には、酸素を含む雰囲気で熱処理をする。
【0060】
この熱処理は、ｐ層１４のＭｇ活性化処理とｐ電極１５およびｎ電極１６の低コンタクト抵抗化とを兼ねている。
【0061】
実施形態では、ｎ電極１６としてＶ／Ａｌ／Ｔｉを用いることで熱処理温度を低減し、ｐ層１４のＭｇ活性化処理とｐ電極１５およびｎ電極１６のコンタクト抵抗の低減とを共通化して同時に行うことで熱処理回数を減らしている。熱処理温度の低温化と熱処理回数減少の結果、発光素子の電気特性の劣化を抑制できる。
【0062】
ここで、ｎ電極１６は、上記熱処理によって次のような構造に変化する。ｎ電極１６であるＶ／Ａｌ／ＴｉのうちＶはＡｌ中に拡散していき、ｎ層１１やＴｉには拡散しない。この拡散の結果、Ｖ層は消失する。また、Ｖ／Ａｌ／Ｔｉ中のＡｌは、ｎ層１１中のＮと反応し、ｎ層１１とＡｌ層の界面にはＡｌＮｘが形成される。Ｖは、ＡｌとＮの反応を促進する触媒のような作用をしていると考えられる。この熱処理の結果、ｎ電極１６の構造は、ＡｌＮｘからなる層と、Ａｌを主としＶとＴｉを含む金属からなる層と、Ｔｉからなる層との３層構造に変化する。
【0063】
ｎ電極１６がこのような構造に変化することにより、ｎ層１１に対するｎ電極１６のコンタクト抵抗が低減する。その理由はすでに述べたとおりである。すなわち、第１に、ＡｌＮｘからなる層がｎ層１１に対して良好なコンタクト層として機能していると考えられること、第２に、ＡｌＮｘの形成によりｎ層１１に窒素空孔が生じたことでｎ層１１のｎ型化がより促進したと考えられることである。
【0064】
次に、ｐ電極１５上およびｎ電極１６上に、スパッタや蒸着によってｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂをそれぞれ形成する（図７参照）。ｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂは、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌであり、第１層であるＡｌ層はｐ電極１５に接している。
【0065】
ここで、ｐ電極１５の熱処理後にｐｎ電極１７Ａを形成しており、ｐｎ電極１７Ａの形成後には熱処理をしていない。そのため、ｐ電極１５とｐｎ電極１７Ａの第１層であるＡｌ層との間で原子の拡散が生じず、ｐ電極１５とＡｌ層の界面においてｐ電極１５の原子とＡｌとが混じり合った領域が形成されない。その結果、ｐ電極１５によるｐ層１４への良好なコンタクトを損なわずに、Ａｌ層による紫外線反射率の向上を図ることができる。
【0066】
次に、素子分離溝２６を形成する。素子分離溝２６は基板１０が露出する深さである。次に、素子上面全体を覆う第１保護膜１８Ａを形成する（図８参照）。第１保護膜１８Ａの成膜はＣＶＤ、スパッタ、蒸着、ＡＬＤなどである。膜の緻密性からスパッタ、ＣＶＤ、ＡＬＤが好ましい。
【0067】
次に、第１保護膜１８Ａ上であって、後に孔２４、２５を形成する領域を除く領域に、Ａｌからなる反射膜１９を形成する（図９参照）。反射膜１９の成膜は蒸着やスパッタ、パターニングはウェットエッチングである。
【0068】
次に、第１保護膜１８Ａ上および反射膜１９上に第２保護膜１８Ｂを形成する。第２保護膜１８Ｂの成膜はＣＶＤ、スパッタ、蒸着、ＡＬＤなどである。膜の緻密性からスパッタが好ましい。これにより第１保護膜１８Ａ、第２保護膜１８Ｂを順に積層させた構造であって間に反射膜１９が形成された構造の保護膜１８を形成する（図１０参照）。
【0069】
なお、素子分離溝２６の底面には保護膜１８を形成せず、素子ごとに保護膜１８が分離していることが好ましい。素子ごとに分割する際、保護膜１８に力が加わったり、保護膜１８の応力に変動が生じたりしないようにするためである。
【0070】
次に、保護膜１８の所定領域をドライエッチングしてｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂに達する孔２４、孔２５を形成する。そして、保護膜１８上にｐパッド電極２０、ｎパッド電極２１をそれぞれ形成し、ｐパッド電極２０は孔２４を介してｐｎ電極１７Ａと接続し、ｎパッド電極２１は孔２５を介してｐｎ電極１７Ｂと接続するようにする。ｐパッド電極２０、ｎパッド電極２１のパターンは図２に示す通りである。ｐパッド電極２０、ｎパッド電極２１の成膜は蒸着やスパッタ、パターニングはリフトオフである。
【0071】
次に、基板１０の裏面を研磨して基板１０を所定の厚さとし、その後に基板１０裏面に反射防止膜２２を形成する。そして、基板１０を個々の素子に分割する。以上によって図１に示す実施形態における発光素子が製造される。
【0072】
３．実験結果
実施形態に係る各種実験結果について説明する。
実施形態に係る各種実験結果について説明する。
【0073】
実験例１
サファイア基板上にＮｉ／Ａｕを形成し、熱処理を行った後、Ａｕ層上にＡｌ層を形成し、サファイア基板側から波長２７５ｎｍの紫外線を照射して反射率を測定した。また、比較のためＮｉ／Ａｕのみの場合についても同様に反射率を測定した。
サファイア基板上にＮｉ／Ａｕを形成し、熱処理を行った後、Ａｕ層上にＡｌ層を形成し、サファイア基板側から波長２７５ｎｍの紫外線を照射して反射率を測定した。また、比較のためＮｉ／Ａｕのみの場合についても同様に反射率を測定した。
【0074】
図１１は、試料ａ～ｅの反射率を示したグラフである。試料ａ～ｅはＮｉ／Ａｕの厚さとＡｌ層の有無が異なっている。各試料ａ～ｅにおけるＮｉ／Ａｕの層、Ａｌ層の厚さは下記表１の通りである。表１中、Ｎｉ／Ａｕの欄には、全体の厚さに加え、Ｎｉ層とＡｕ層の厚さを括弧内に記載している。
【0075】
【表1】
【0076】
図１１のように、Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌの構造においては、Ｎｉ／Ａｕが薄いほど反射率が向上することが分かった。特に、Ｎｉ／Ａｕの厚さを６ｎｍ以下とすれば、Ｎｉ／Ａｕのみの構造とする場合よりも反射率を向上できることが分かり、反射率を３５％以上にできることが分かった。したがって、Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌの構造としてＮｉ／Ａｕの厚さを６ｎｍ以下とすることで、ｐ層１４にオーミック接触可能としつつ、紫外線反射率を向上できることが分かった。
【0077】
実験例２
サファイア基板上にＲｈ層を形成し、熱処理を行った後、Ａｌ層を形成し、実験例１と同様に反射率を測定した。また比較のためＲｈのみとした場合についても同様に反射率を測定した。
サファイア基板上にＲｈ層を形成し、熱処理を行った後、Ａｌ層を形成し、実験例１と同様に反射率を測定した。また比較のためＲｈのみとした場合についても同様に反射率を測定した。
【0078】
図１２は、各試料ｆ、ｇの反射率を示したグラフである。試料ｆがＲｈ単層で厚さ１５０ｎｍの場合、試料ｇがＲｈ／ＡｌでＲｈ層４ｎｍ、Ａｌ層１５０ｎｍの場合である。
【0079】
図１２のように、Ｒｈ単層の反射率よりもＲｈ／Ａｌの反射率の方が高く、反射率を７０％以上にできることが分かった。この結果、Ｒｈ／Ａｌの構造とすることでオーミック接触可能としつつ、紫外線反射率を向上できることが分かった。
【0080】
実験例３
サファイア基板上にＲｕ層を形成し、熱処理を行った後、Ａｌ層を形成し、実験例１と同様に反射率を測定した。また比較のためＲｕのみとした場合についても同様に反射率を測定した。
サファイア基板上にＲｕ層を形成し、熱処理を行った後、Ａｌ層を形成し、実験例１と同様に反射率を測定した。また比較のためＲｕのみとした場合についても同様に反射率を測定した。
【0081】
図１３は、各試料ｈ、ｉの反射率を示したグラフである。試料ｈがＲｕ単層で厚さ１５０ｎｍの場合、試料ｉがＲｕ／ＡｌでＲｕ層４ｎｍ、Ａｌ層１５０ｎｍの場合である。
【0082】
図１３のように、Ｒｕ単層の反射率よりもＲｕ／Ａｌの反射率の方が高く、反射率を５５％以上にできることが分かった。この結果、Ｒｕ／Ａｌの構造とすることでオーミック接触可能としつつ、紫外線反射率を向上できることが分かった。
【符号の説明】
【0083】
１０：基板
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：電子ブロック層
１４：ｐ層
１５：ｐ電極
１６：ｎ電極
１７Ａ、１７Ｂ：ｐｎ電極
１８：保護膜
１８Ａ：第１保護膜
１８Ｂ：第２保護膜
１９：反射膜
２０：ｐパッド電極
２１：ｎパッド電極
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：電子ブロック層
１４：ｐ層
１５：ｐ電極
１６：ｎ電極
１７Ａ、１７Ｂ：ｐｎ電極
１８：保護膜
１８Ａ：第１保護膜
１８Ｂ：第２保護膜
１９：反射膜
２０：ｐパッド電極
２１：ｎパッド電極
【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】