特開 2024-136698 発光素子およびその製造方法

(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】P2024136698

(43)【公開日】2024-10-04

(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 33/40 20100101AFI20240927BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01L33/40

H01L33/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047893

(22)【出願日】2023-03-24

(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

5F241CA05

5F241CA13

5F241CA40

5F241CA65

5F241CA73

5F241CA74

5F241CA82

5F241CA92

5F241CA93

(57)【要約】

【課題】電力効率の高いＵＶＣの発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含む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、ｐ層１４上に、ｐ層１４に接するＲｕ層を有するｐ電極１５を形成するｐ電極形成工程と、孔２３の底面に露出するｎ層１１上に、ｎ層１１に接し厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶであるＶ層と、Ｖ層上に接するＡｌであるＡｌ層と、を有したｎ電極１６を形成するｎ電極形成工程と、温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行い、ｐ電極１５およびｎ電極１６のコンタクト抵抗を低減するとともに、ｐ層１４のｐ型不純物の活性化を行う熱処理工程と、を有し、孔２３とｐ層１４の面積の合計に対するｐ電極１５の面積の割合が７０％以上となるように、孔２３およびｐ電極１５のパターンを設定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含む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、
基板上にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層する半導体層形成工程と、
前記ｐ層表面の所定の領域に、前記ｎ層に達する深さの孔を形成する孔形成工程と、
前記ｐ層上に、前記ｐ層に接するＲｕ層を有するｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に、前記ｎ層に接し厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行い、前記ｐ電極および前記ｎ電極のコンタクト抵抗を低減するとともに、前記ｐ層のｐ型不純物の活性化を行う熱処理工程と、を有し、
前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンを設定する、発光素子の製造方法。

【請求項2】

前記孔は、複数形成し、前記孔の配列パターンは正方格子状、正三角格子状、またはハニカム状とし、前記ｎ電極は、各前記孔の底面に形成する、請求項１に記載の発光素子の製造方法。

【請求項3】

前記熱処理工程後、前記ｐ電極および前記ｎ電極上にそれぞれ第１ｐｎ電極および第２ｐｎ電極を形成するｐｎ電極形成工程と、
絶縁体である保護膜を、素子上面全体を覆うように形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜の所定位置に孔を設け、前記保護膜上に孔を介して前記第１ｐｎ電極と接続するｐパッド電極と、孔を介して前記第２ｐｎ電極と接続し、前記ｐパッド電極から離間するｎパッド電極と、を形成するパッド電極形成工程と、
をさらに有する請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。

【請求項4】

発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
基板上にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、
前記ｐ層表面の所定の領域に設けられ、前記ｎ層に達する深さの孔と、
前記ｐ層上に接して設けられたＲｕ層を有するｐ電極と、
前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に設けられ、前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮ_ｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ_ｘからなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、を有し、
前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンが設定されている、発光素子。

【請求項5】

前記孔は、複数形成され、前記孔の配列パターンは格子状であり、前記ｎ電極は、各前記孔の底面に形成されている、請求項４に記載の発光素子。

【請求項6】

前記ｐ電極および前記ｎ電極上にそれぞれ設けられた第１ｐｎ電極および第２ｐｎ電極と、
素子上面全体を覆う絶縁体である保護膜と、
前記保護膜上に設けられ、前記保護膜に設けられた孔を介して前記第１ｐｎ電極と接続されたｐパッド電極と、
前記保護膜上に設けられ、前記保護膜に設けられた孔を介して前記第２ｐｎ電極と接続され、前記ｐパッド電極から離間して設けられたｎパッド電極と、
をさらに有する請求項４または請求項５に記載の発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は発光素子およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、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】

従来のＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子では、ｐ層と接触するｐ電極としてＩＴＯやＮｉ／Ａｕが広く用いられている。それらの材料はＵＶＣ（２００～２８０ｎｍ）では反射率が低い。そこでＵＶＣの発光素子では反射率が高いＲｈやＲｕをｐ電極として用いることが検討されている（特許文献１）。また、ｎ層と接触するｎ電極としてはＴｉ／Ａｌが広く用いられており、特許文献２のようにＶを用いることも知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－６４９５５号公報

【特許文献2】特開２００３－７７８６２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、ＵＶＣの発光素子は電力効率が低く、向上が求められていた。電力効率を高くするためには、光取り出し効率の向上と順方向電圧Ｖｆの低減を両立する必要があり、実現は困難であった。

【0006】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、電力効率の高いＵＶＣの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】

【0007】

本発明の一態様は、
発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含む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、
基板上にｎ層、発光層、ｐ層を順に積層する半導体層形成工程と、
前記ｐ層表面の所定の領域に、前記ｎ層に達する深さの孔を形成する孔形成工程と、
前記ｐ層上に、前記ｐ層に接するＲｕ層を有するｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、
前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に、前記ｎ層に接し厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、
温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行い、前記ｐ電極および前記ｎ電極のコンタクト抵抗を低減するとともに、前記ｐ層のｐ型不純物の活性化を行う熱処理工程と、を有し、
前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンを設定する、発光素子の製造方法にある。

【0008】

本発明の他の一態様は、
発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子において、
基板と、
基板上にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、
前記ｐ層表面の所定の領域に設けられ、前記ｎ層に達する深さの孔と、
前記ｐ層上に接して設けられたＲｕ層を有するｐ電極と、
前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に設けられ、前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮ_ｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ_ｘからなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、を有し、
前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンが設定されている、発光素子にある。

【発明の効果】

【0009】

上記態様によれば、Ｒｕからなるｐ電極の面積を広く取ることにより、ｐ電極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。また、ｐ電極、ｎ電極のいずれもコンタクト抵抗が低く、順方向電圧を低減することができる。そのため、ＵＶＣの発光素子の電力効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【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、基板に垂直な断面図。

【図2】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】発光素子のＩ－Ｖ特性を示したグラフ。

【図12】発光素子の発光波長と電力効率を示したグラフ（散布図）。

【図13】変形例１の電極パターンを示した図。

【図14】実施形態における発光素子の変形例２の構成を示した図であって、基板に垂直な断面図。

【図15】変形例２の電極パターンを示した図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

発光素子の製造方法は、発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法である。また、基板上にｎ層、発光層、ｐ層を順に積層する半導体層形成工程と、前記ｐ層表面の所定の領域に、前記ｎ層に達する深さの孔を形成する孔形成工程と、前記ｐ層上に、前記ｐ層に接するＲｕ層を有するｐ電極を形成するｐ電極形成工程と、前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に、前記ｎ層に接し厚さ５ｎｍ以上１５ｎｍ以下のＶまたはＶを主成分とする金属であるＶ層と、前記Ｖ層上に接するＡｌまたはＡｌを主成分とする金属であるＡｌ層と、を有したｎ電極を形成するｎ電極形成工程と、温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行い、前記ｐ電極および前記ｎ電極のコンタクト抵抗を低減するとともに、前記ｐ層のｐ型不純物の活性化を行う熱処理工程と、を有する。また、前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンを設定する。

【0012】

前記孔は、複数形成し、前記孔の配列パターンは正方格子状、正三角格子状、またはハニカム状とし、前記ｎ電極は、各前記孔の底面に形成してもよい。

【0013】

前記熱処理工程後、前記ｐ電極および前記ｎ電極上にそれぞれ第１ｐｎ電極および第２ｐｎ電極を形成するｐｎ電極形成工程と、絶縁体である保護膜を、素子上面全体を覆うように形成する保護膜形成工程と、前記保護膜の所定位置に孔を設け、前記保護膜上に孔を介して前記第１ｐｎ電極と接続するｐパッド電極と、孔を介して前記第２ｐｎ電極と接続し、前記ｐパッド電極から離間するｎパッド電極と、を形成するパッド電極形成工程と、をさらに有していてもよい。

【0014】

発光素子は、発光波長が２００～２８０ｎｍのＡｌを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる。また、基板と、基板上にｎ層、発光層、ｐ層の順に積層された半導体層と、前記ｐ層表面の所定の領域に設けられ、前記ｎ層に達する深さの孔と、前記ｐ層上に接して設けられたＲｕ層を有するｐ電極と、前記孔の底面に露出する前記ｎ層上に設けられ、前記ｎ層上に接して位置し、ＡｌＮ_ｘまたは前記ｎ層よりもＡｌ組成の高いＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ_ｘからなり、厚さが１ｎｍ以上３ｎｍ以下である第１層と、前記第１層上に接して位置し、Ａｌを主としＶを含む金属からなり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である第２層と、を有したｎ電極と、を有する。また、前記孔と前記ｐ層の面積の合計に対する前記ｐ電極の面積の割合が７０％以上となるように、前記孔および前記ｐ電極のパターンが設定されている。

【0015】

前記孔は、複数形成され、前記孔の配列パターンは格子状であり、前記ｎ電極は、各前記孔の底面に形成されていてもよい。

【0016】

前記ｐ電極および前記ｎ電極上にそれぞれ設けられた第１ｐｎ電極および第２ｐｎ電極と、素子上面全体を覆う絶縁体である保護膜と、前記保護膜上に設けられ、前記保護膜に設けられた孔を介して前記第１ｐｎ電極と接続されたｐパッド電極と、前記保護膜上に設けられ、前記保護膜に設けられた孔を介して前記第２ｐｎ電極と接続され、前記ｐパッド電極から離間して設けられたｎパッド電極と、をさらに有していてもよい。

【0017】

（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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。反射防止膜２２は、たとえば厚さが発光波長の１／４のＳｉＯ_２である。

【0021】

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５×１０^１８～５×１０^１９／ｃｍ^３である。ｎ層１１は複数の層で構成されていてもよい。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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、１×１０^１９／ｃｍ^３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。

【0025】

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電極１５の下部に当たる領域には孔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。

【0026】

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、正三角格子状である。他にも、たとえば正方格子状、ハニカム状のパターンとしてもよい。

【0027】

ｐ電極１５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、孔２３の設けられていない領域と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。ｐ電極１５の材料は、Ｒｕである。Ｒｕを主成分とする合金でもよい。ＲｕはＵＶＣにおいて高い反射率を有し、ｐ－ＡｌＧａＮであるｐ層１４に対するコンタクト抵抗も低いため、ＵＶＣの発光素子におけるｐ電極１５として好適である。

【0028】

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。Ｒｕからなる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。

【0029】

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、ＡｌＮ_ｘ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。

【0030】

ＡｌＮ_ｘ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Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ_ｘ（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。

【0031】

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。

【0032】

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・ｃｍ^２以下である。その理由は、第１に、ＡｌＮ_ｘ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。

【0033】

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ー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。

【0034】

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。ｐｎ電極１７Ａ、１７Ｂの材料は、たとえばＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌである。

【0035】

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およびｎ電極の側面と表面、半導体層の表面と側面、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。

【0036】

保護膜１８は絶縁体であり、たとえばＳｉＯ_２である。他にもＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＡｌＮなどを用いることができる。複数の材料の積層としてもよい。

【0037】

保護膜１８中には、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の放熱性を向上させている。反射膜１９を保護膜１８の中に埋め込んでいるのはマイグレーション防止のためである。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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、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。

【0041】

線状領域の角度は４５°に限らないが、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。

【0042】

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。たとえば、ｐパッド電極２０の直角二等辺三角形における等しい２辺の長さは２００μｍ以上である。

【0043】

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、放熱性を高めることができる。

【0044】

以上、実施形態における発光素子では、ｐ電極１５の材料としてＲｕを用い、素子上面の面積に対するｐ電極１５の面積の割合を７０％以上としており、これにより光取り出しを向上させることができる。また、ｐ電極１５、ｎ電極１６のいずれもコンタクト抵抗が低く、順方向電圧を低減することができる。そのため、発光素子の電力効率を向上させることができる。

【0045】

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。

【0046】

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）。

【0047】

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）。

【0048】

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。

【0049】

次に、温度５００～６５０℃、１～１０分間の熱処理を行う。熱処理は、たとえば窒素などの不活性ガス雰囲気の減圧下で行うことが好ましく、たとえば１×１０^２～１×１０^４Ｐａである。熱処理温度は好ましくは５００～５６０℃である。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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ＡｌＮ_ｘ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、ＡｌＮ_ｘ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。

【0053】

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、ＡｌＮ_ｘ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、ＡｌＮ_ｘ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。

【0054】

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）。

【0055】

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保護膜１８を形成する（図８参照）。保護膜１８の成膜は蒸着やスパッタ、ＣＶＤなどである。膜の緻密性からスパッタやＣＶＤが好ましい。

【0056】

次に、保護膜１８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。

【0057】

次に、保護膜１８上および反射膜１９上に、再度保護膜１８を形成する（図１０参照）。これにより、保護膜１８中に反射膜１９が埋め込まれた構造とする。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。

【0058】

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。次に、基板１０の裏面に反射防止膜２２を形成する。次に基板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。

【0059】

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。

【0060】

（実験１）
発光波長２７５ｎｍ、ｐ電極１５をＲｕとする実施形態に係る発光素子を作製した。比較のため、ｐ電極１５をＲｕからＲｈに替えた発光素子も作製した。

【0061】

図１１は、発光素子のＩ－Ｖ特性を示したグラフである。図１１のように、ｐ電極１５としてＲｈを用いた場合よりもＲｕを用いた場合の方が駆動電圧を低減できることが分かった。これは、ＲｈよりもＲｕの方がｐ層１４に対するコンタクト抵抗が低いためである。

【0062】

（実験２）
発光波長が２７５ｎｍとなるように発光層１２の組成を設定し、ｐ電極１５をＲｕとする実施形態に係る発光素子を複数作製した。比較のため、ｐ電極１５の材料をＲｕからＲｈに替えた発光素子も複数作製した。

【0063】

図１２は、発光素子の発光波長と電力効率を示したグラフ（散布図）である。電力効率は、ｐ電極１５をＲｈとした場合の電力効率の平均を１００％として規格化した値である。図１２のように、ｐ電極１５としてＲｈを用いた場合よりもＲｕを用いた場合の方が、電力効率が高い傾向にあることが分かった。これは、紫外線反射率はＲｕもＲｈも高いが、コンタクト抵抗はＲｈよりもＲｕの方が低いためと考えられる。また、電力効率のばらつきもＲｈよりＲｕの方が小さいことが分かった。実験１、２の結果、ＵＶＣの発光素子のｐ電極１５として、ＲｈよりもＲｕの方が好ましいことが分かった。

【0064】

４．実施形態の変形例
実施形態における発光素子の各種変形例を説明する。

【0065】

（変形例１）
実施形態に示した電極パターンは一例であり、素子上面の面積に対するｐ電極１５の面積の割合が７０％以上であれば他のパターンでもよい。たとえば、以下の変形例１のようなパターンとすることもできる。

【0066】

実施形態における発光素子の変形例１は、電極パターンを次のように替えたものであり、実施形態におけるｐ電極１５、ｎ電極１６、ｐパッド電極１２０、ｎパッド電極１２１、孔２３に替えて、ｐ電極１１５、ｎ電極１１６、ｐパッド電極１２０、ｎパッド電極１２１、孔１２３が設けられている。

【0067】

図１３は、実施形態における発光素子の変形例１の電極パターンを示した図である。図１３のように、ｐパッド電極１２０とｎパッド電極１２１は、素子の矩形パターンより少し内側となるパターンを、その矩形の辺に平行な直線に沿った帯状の線状領域によって２分したパターンである。線状領域は矩形のある一辺の近傍に位置しており、線状領域により２分されたパターンのうち、面積の小さい方がｐパッド電極１２０、面積の大きな方がｎパッド電極１２１である。

【0068】

孔２３に替えて設けられた孔１２３は、ｎパッド電極１２１の下部に位置し、複数の孔１２３が三角格子状に配列されている。ｐパッド電極１２０の下部の領域には配置されていない。そして、孔１２３の底面にｎ電極１１６、ｐｎ電極１７Ｂが順に設けられ、保護膜１８に開けられた孔２５を介してｐｎ電極１７Ｂとｎパッド電極１２１が接続されている。なお、孔２５のパターンはｎ電極１１６のパターンとほぼ同一であり、図１３においては図示を省略している。

【0069】

また、ｐ電極１５に替えて設けられたｐ電極１１５は、ｐ層１４のパターンから孔１２３を除いたパターンとなっている。ｐ電極１１５上にはｐｎ電極１７Ａが設けられ、孔２４を介してｐｎ電極１７Ａとｐパッド電極１２０が接続されている。ｐｎ電極１７Ａとｐパッド電極１２０を接続する孔２４は円形であり、矩形の辺に沿って複数配列されている。なお、孔２４の円の外側の円のパターンは、反射膜１９の境界を示している。

【0070】

（変形例２）
実施形態における発光素子の変形例２は、電極構造、電極パターンを替えたものであり、それ以外は実施形態における発光素子と同様である。

【0071】

図１４は、実施形態における発光素子の変形例２の構成を示した図であり、基板主面に垂直な断面図である。また、図１５は、実施形態における発光素子の変形例２の電極パターンを示した図である。図１５ではｐ電極２１５、ｎ電極２１６、ｐバッド電極２２０、ｎパッド電極２２１の平面パターンを図示している。

【0072】

図１４、１５のように、孔２３に替えて孔２２３が設けられている。孔２２３は円形であり、正三角格子状に配列されている。孔２２３の底面にはｎ電極２１６、ｐｎ電極２１７Ｂが順に設けられている。図２や図１３の場合とは異なり、孔２２３は全面的に配置されており、ｐパッド電極２２０の下部にも孔２２３が設けられている。ｐ電極２１５は、ｐ層１４の矩形のパターンから孔２２３の領域を除いたパターンに形成されている。また、ｐ電極２１５上にはｐｎ電極２１７Ｂがｐ電極２１５と同じ平面パターンで設けられている。

【0073】

また、保護膜１８に替えて保護膜２１８が設けられている。保護膜２１８は、第１保護膜２１８Ａ、第２保護膜２１８Ｂを順に積層させた構造である。第１保護膜２１８Ａ、第２保護膜２１８Ｂは同一材料としてもよいし、異なる材料としてもよい。

【0074】

中間電極２１９Ａ、２１９Ｂは、第１保護膜２１８Ａと第２保護膜２１８Ｂの間にそれぞれ設けられている。なお、図１５では中間電極２１９Ａ、２１９Ｂの図示は省略している。中間電極２１９Ａは、第１保護膜２１８Ａに設けられた孔を介してｐ電極１５と接続されている。また、中間電極２１９Ｂは、第１保護膜２１８Ａに設けられた孔を介してドット状の各ｎ電極１６と接続されている。これらの孔も図１５には図示せず省略している。

【0075】

ｐパッド電極２２０およびｎパッド電極２２１は、保護膜２１８Ｂ上に離間して設けられている。ｐパッド電極２２０は、第２保護膜２１８Ｂに開けられた孔を介して中間電極２１９Ａと接続されている。また、ｎパッド電極２２１は、第２保護膜２１８Ｂに開けられた孔を介して中間電極２１９Ｂと接続されている。これらの孔も図１５には図示せず省略している。図１５のように、ｐパッド電極２２０、ｎパッド電極２２１は、素子の矩形パターンより少し内側となるパターンを、その矩形の辺に平行な直線に沿った帯状の線状領域によって２等分したパターンである。

【0076】

変形例２では、孔２２３を全面的に配置することができ、発光の面内均一性を向上させることができる。また、ｐ電極１５、ｎ電極１６とｐパッド電極２２０、ｎパッド電極２２１の間に中間電極２１９Ａ、２１９Ｂを介在させており、これによりｐパッド電極２２０、ｎパッド電極２２１のパターンを自由に設定できる。

【符号の説明】

【0077】

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
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】

【図14】

【図15】