窒化物半導体発光素子およびその製造方法
【課題】窒化物半導体発光素子の電流拡散効率を向上させるとともに、コンタクト抵抗をも低減でき、大きな駆動電流密度においても発光均一性と高い光出力を得ながら、動作電圧を低減させる得る窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板の同一面側にｎ側およびｐ側電極パッドが形成された窒化物半導体発光素子であって、ｐ側電極パッド（およびｎ側電極パッド）から枝状に延伸された延長部を形成し、それによって発光素子中の電流分布を改善する電極構造の窒化物半導体発光素子において、ｎ側およびｐ側のシート抵抗がいずれも充分に低い場合に、ｐ型窒化物半導体層上に形成された透光性導電膜からなる電流拡散層のシート抵抗を一定条件下において高くすることにより、ｐ型窒化物半導体層と電流拡散層とのコンタクト抵抗を低減し、且つ、シート抵抗の面内分布がより均一になり、光出力も向上する。
【解決手段】基板の同一面側にｎ側およびｐ側電極パッドが形成された窒化物半導体発光素子であって、ｐ側電極パッド（およびｎ側電極パッド）から枝状に延伸された延長部を形成し、それによって発光素子中の電流分布を改善する電極構造の窒化物半導体発光素子において、ｎ側およびｐ側のシート抵抗がいずれも充分に低い場合に、ｐ型窒化物半導体層上に形成された透光性導電膜からなる電流拡散層のシート抵抗を一定条件下において高くすることにより、ｐ型窒化物半導体層と電流拡散層とのコンタクト抵抗を低減し、且つ、シート抵抗の面内分布がより均一になり、光出力も向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）を利用して作製される発光素子に関し、特に液晶表示装置のバックライトや一般的照明などのための高輝度光源として利用可能な窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体発光素子を種々の照明用途に利用するためには、赤、緑および青の光の３原色を発光し得る発光素子が不可欠である。発光ダイオード（ＬＥＤ）に関しては、近年までは３原色のうちの青色ＬＥＤが完成されずに欠けていたので、ＬＥＤを種々の照明用途に利用することができていなかった。
【０００３】
しかし、１９９０年代に窒化物半導体による青色ＬＥＤが開発されて以後において、ＬＥＤを用いた照明製品は、交通信号機だけに留まることなく、液晶モニターのバックライト、液晶テレビのバックライト、さらには家庭用の各種照明用途などに利用されている。
【０００４】
最近では、ＬＥＤバックライトを搭載した液晶テレビが、その価格の低下に伴って急速に普及し始めている。また、ＬＥＤを用いた照明器具は、従来の照明器具に比べて低消費電力、省スペースおよび水銀フリーを可能にし、環境にも望ましいというメリットを有している。そして、２００９年夏以後において、それ以前に比べて遥かに安い価格でＬＥＤを用いた照明器具が発売され、その普及が一気に進んでいる。
【０００５】
ところで、照明器具や液晶テレビのバックライトなどの光としては、白色光であることを要する。ＬＥＤを利用した白色光は、一般に青色ＬＥＤとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）黄色蛍光体との組合せ、または青色ＬＥＤと緑色蛍光体と赤色蛍光体との組合せにより実現され得る。すなわち、ＬＥＤを利用して白色光を得るためには、いずれの場合でも青色ＬＥＤが必要となる。このようなことから、高輝度の青色ＬＥＤを安価かつ大量に提供し得る製造方法が望まれている。
【０００６】
一般に、青色や青緑色などの短波長光を放射し得るＬＥＤやレーザダイオード（ＬＤ）の発光層には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、およびこれらの混晶などのように、Ｖ族元素として窒素を含有するIII−Ｖ族化合物半導体が用いられる。
【０００７】
一般的な窒化物半導体発光素子は、サファイア基板上において順次堆積されたｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体発光層およびｐ型窒化物半導体層を含でいる。これらのｐ型半導体層側とｎ型半導体層側のそれぞれには、外部電源と接続するためのｐ側電極パッドとｎ側電極パッドが形成されている。
【０００８】
一般にｐ型窒化物半導体層のシート抵抗はｎ型窒化物半導体層に比べて高いので、ｐ型半導体層内の電流拡散を補助する目的のために、ｐ型半導体層のほぼ全面上に例えばＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）などの透光性導電膜が積層されており、この透光性導電膜上にｐ側電極パッドが形成されている。すなわち、透光性導電膜は発光層からの光を透過させるとともに、電流拡散層としての機能を果たしている。
【０００９】
一方、サファイア基板などの絶縁性基板が用いられている場合、その基板の裏面上にｎ側電極パッドを形成することができない。したがって、ｐ型半導体層側からのエッチングによってｎ型半導体層を部分的に露出させ、その露出領域上にｎ側電極パッドが形成される。そして、ｐ側電極パッドとｎ側電極パッドとの間で通電することによって、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とに挟まれた発光層からの発光が得られる。
【００１０】
上述のような基板の同一面側にｎ側電極パッドとｐ側電極パッドとが形成された窒化物半導体発光素子において、ｎ側電極パッドおよびｐ側電極パッドから枝状に延伸された延長部を形成し、それによって発光素子中の電流分布を改善することが例えば特許文献１および特許文献２に教示されている。
【００１１】
特許文献１では、ｐ型半導体層上の透光性導電膜からなる電流拡散層上にｐ側電極パッドが形成され、そこからｐ側枝電極が延びている。この発光素子はｎ型半導体層がエッチングによって部分的に露出された領域を有し、この露出領域上にｎ側電極パッドが形成され、そこからｎ側枝電極が延びている。
【００１２】
ｎ側枝電極とｐ側枝電極とは互いに対向している部分において平行である。すなわち、ｐ側枝電極から透光性導電膜からなる電流拡散層を通って電流が拡散すべき距離が一定に設定されている。同様に、ｎ側枝電極から電流が拡散すべき距離も一定に設定されている。したがって、これらの枝電極によって、ｐ側電極パッドからｎ側電極パッドの方向に向かって流れる電流分布の均一性が改善され得る。
【００１３】
一方、上述のような透光性導電膜が備えられてなる窒化物半導体発光素子において、電極パッド直下への電流の集中を抑制する目的で、電極パッド直下に絶縁層を設けることが例えば特許文献３および特許文献４に教示されている。
【００１４】
特許文献３および特許文献４に開示された窒化物半導体発光素子によれば、電極パッド直下に絶縁層を設けることにより、透光性導電膜の横方向への電流拡散を効果的に促進させ、発光効率を高めることができるが、ｎ側電極パッド近傍において発光が強くなり、また、良好な電気的特性が得られにくく、発光効率が必ずしも高められないという問題があった。
【００１５】
そこで、ｎ側電極パッド電極直下における透光性導電膜及び半導体層での電流集中が抑制されて発光効率に優れるとともに、電極による光の吸収や多重反射による損失が抑制されて光取り出し効率に優れ、高い外部量子効率及び電気的特性を有することを目的とした窒化物半導体発光素子が例えば特許文献５に教示されている。
【００１６】
従来の窒化物半導体発光素子ではｎ側とｐ側の層のシート抵抗を同程度とし、電流を均一に拡散させることが発光効率の点から好ましいとされていたのに対し、特許文献５では、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、ｎ側であるｎ型窒化物半導体層１０１のシート抵抗を、ｐ側である透光性導電膜１０２のシート抵抗よりも低くすることにより、ｎ側電極パッド１０３付近での発光を低減させることで、光取り出し効率が向上すること、この際、ｐ側電極パッド１０４による光の吸収や多重反射は、その直下に絶縁層１０５を設けることで防止できることが記載されている。
【００１７】
またさらに特許文献５では、窒化物半導体発光素子１００の動作電圧にはｎ側の層のシート抵抗が支配的に働くとして、ｎ側の層のシート抵抗を低くすることにより、特に、３０〜１００ｍＡ程度の大きな駆動電流を発光素子に印加する場合に、電気的特性が大きく向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特表２００３−５２４２９５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４９３０号公報
【特許文献３】特許第３８４１４６０号公報
【特許文献４】特開２００８−１９２７１０号公報
【特許文献５】特開２０１０−２３２６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところが近年では、窒化物半導体発光素子の更なる高い特性（高出力、低電圧、低発熱）および低コスト化が要求されており、その中で、ｎ側およびｐ側のシート抵抗がいずれも１０Ω／□未満のものが開発されてきている。
【００２０】
このような窒化物半導体発光素子では、更なるシート抵抗の低減は困難であり、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗をさらに下げる目的でｎ型不純物を添加すると、ｎ型窒化物半導体層の結晶性が悪化するという問題があり、また、ｎ型窒化物半導体層の膜厚を厚くすると生産性の悪化およびコストアップの要因となるという問題があった。
【００２１】
上述のような問題に鑑み、本発明は、窒化物半導体発光素子の電流拡散効率を向上させるとともに、コンタクト抵抗をも低減でき、大きな駆動電流密度においても発光均一性と高い光出力を得ながら、動作電圧を低減させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者達は、種々の検討の結果、基板の同一面側にｎ側電極パッドとｐ側電極パッドとが形成された窒化物半導体発光素子であって、ｐ側電極パッド（およびｎ側電極パッド）から枝状に延伸された延長部を形成し、それによって発光素子中の電流分布を改善する電極構造の窒化物半導体発光素子において、ｎ側およびｐ側のシート抵抗がいずれも充分に低い場合に、ｐ型窒化物半導体層上に形成された透光性導電膜からなる電流拡散層のシート抵抗を一定条件下において高くすることにより、ｐ型窒化物半導体層と透光性導電膜からなる電流拡散層とのコンタクト抵抗を低減し、且つ、シート抵抗の面内分布がより均一になり、光出力も向上することを見出した。
【００２３】
すなわち、本発明の１つの態様による窒化物半導体発光素子においては、基板上面上の窒化物半導体領域内において１以上のｎ型窒化物半導体層、活性層、および１以上のｐ型窒化物半導体層をこの順に含み、ｎ型窒化物半導体層はｐ型窒化物半導体層側からのエッチングによって形成された部分的露出領域を有し、ｎ型窒化物半導体層の部分的露出領域にはｎ側電極パッドが形成されており、ｐ型窒化物半導体層上には電流拡散層が形成されており、電流拡散層上にはp側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極が形成されており、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２がn型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高く、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とn型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、Ｒｓ２＝ｘ×Ｒｓ１（但し、１．５≦ｘ≦４）であることを特徴としている。
【００２４】
なお、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１は、１０Ω／□未満であることが好ましい。ｎ型半導体層の部分的露出領域上にはｎ側電極パッドおよびそれから延びるｎ側枝電極が形成されていることが好ましい。基板上面上の窒化物半導体領域内において、ｎ型半導体層の部分的露出領域は、ｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極に囲まれた略中央部に形成されていることが好ましい。ｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極の下部に形成されている電流拡散層とｐ型窒化物半導体層の間に、電流非注入層が形成されているこが好ましい。窒化物半導体発光素子は、１００ｍＡ以上の大電流にて駆動されることが好ましい。窒化物半導体領域は矩形形状であって、ｐ側電極パッドの中心とｎ側電極パッドの中心を直線で結んだときに、この直線と平行な窒化物半導体領域の辺の長さをＹとして直線に垂直な辺の長さをＸとすれば、０．８≦Ｙ/Ｘ＜１の条件を満たすことが好ましく、Ｙ/Ｘ＝０．９の条件を満たすことがより好ましい。ｐ側電極パッド及びｎ側電極パッドが窒化物半導体領域の長辺方向の中央において短辺方向に並んで配置され、ｐ側パッドに比べてｎ側電極パットが窒化物半導体領域の中央近くに配置されていることが好ましい。
【００２５】
本発明のもう１つの態様による化合物半導体発光素子の製造方法においては、基板上面上の窒化物半導体領域内において１以上のｎ型窒化物半導体層、活性層、および１以上のｐ型窒化物半導体層をこの順に形成する工程と、ｐ型窒化物半導体層の一部をエッチングすることによりｎ型窒化物半導体層の部分的露出領域を形成する工程と、ｎ型半導体層の部分的露出領域にｎ側電極パッドを形成する工程と、ｐ型窒化物半導体層上に電流拡散層を形成する工程と、電流拡散層上にp側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極を形成する工程と、を少なくとも有し、電流拡散層をアニールすることにより、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２をn型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高くすることを特徴としている。
【００２６】
なお、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、Ｒｓ２＝ｘ×Ｒｓ１（但し、１．５≦ｘ≦４）になるように前記電流拡散層をアニールすることが好ましい。ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１は、１０Ω／□未満であることが好ましい。電流拡散層のアニールは３８０〜４５０℃の温度範囲にて行うことが好ましく、４１０〜４３０℃の温度範囲にて行うことがより好ましく、略４１０℃の温度囲にて行うことがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ｐ側電極パッド（およびｎ側電極パッド）から枝状に延伸された延長部有する窒化物半導体発光素子において、ｐ型窒化物半導体層上に形成された透光性導電膜からなる電流拡散層のシート抵抗を一定条件下において高くすることにより、ｐ型窒化物半導体層と透光性導電膜からなる電流拡散層とのコンタクト抵抗が低減し、且つ、シート抵抗の面内分布がより均一になり、窒化物半導体発光素子の発光部の面内発光を均一にすることが可能となり、光出力も向上する。またこの際、ｎ側電極パッドにも枝状に延伸された延長部を形成することにより、さらに窒化物半導体発光素子の発光部の面内発光を均一にすることが可能となり、光出力がより向上する。
【００２８】
また、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１を１０Ω／□未満とすることにより、窒化物半導体発光素子の動作電圧を低減する事が可能となる。また、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係により、結果的に電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２をも低く抑えることもできるので、さらに窒化物半導体発光素子の動作電圧を低減する事が可能となる。
【００２９】
また、ｎ型半導体層の部分的露出領域をｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極に囲まれた略中央部に形成することにより、窒化物半導体発光素子外周部の非発光領域や光吸収領域を低減できるので、光の外部取り出し効率が向上する。
【００３０】
また、ｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極の下部に形成されている電流拡散層とｐ型窒化物半導体層の間に電流非注入層を形成することにより、光吸収領域として作用するｐ側電極直下を非発光とすると共に、電流非注入層による光の反射効果により光の外部取り出し効率が向上する。
【００３１】
また、本願発明の窒化物半導体発光素子は、１００ｍＡ以上の大電流にて駆動しても、安定して動作することができるので、高効率、且つ、高信頼性が得られる。
【００３２】
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、電流拡散層をアニールすることにより、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２をｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高くできるので、ｎ型窒化物半導体層のさらなるシート抵抗の低減を要さず、不純物の添加によるｎ型窒化物半導体層の結晶性悪化や、ｎ型窒化物半導体層の膜厚を厚くするとによる生産性の悪化およびコストアップという問題がなく、窒化物半導体発光素子の電流拡散効率を向上させるとともに、アニール温度条件を最適化することにより、コンタクト抵抗をも低減でき、大きな駆動電流密度においても発光均一性と高い光出力を得ながら、動作電圧を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態によって作製され得る窒化物半導体発光素子の一例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）中の線Ａ−Ａに沿った模式的断面図である。
【図２】図１のｐ側枝電極パターンとｎ側枝電極パターンの場合における電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係（Ｒｓ２／Ｒｓ１）に依存する光出力を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施形態によってｐ側枝電極の形状を変形させて作製した窒化物半導体発光素子の例を示す上面図である。
【図４】図３（ａ）〜（ｃ）各々の電極パターンの場合における電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係（Ｒｓ２／Ｒｓ１）に依存する光出力を示すグラフである。
【図５】正方形に近い上面形状の窒化物半導体発光素子において、ｐ側電極パッドとｎ側電極パッドを結ぶ直線に対して平行な辺の長さをＹとして垂直な辺の長さをＸとした場合に、Ｙ／Ｘの値が発光素子の電力効率（％）に及ぼす影響を示すグラフである。
【図６】長方形形状の窒化物半導体発光素子の一例を示す上面図である。
【図７】長方形窒化物半導体発光素子の電極パターンの場合におけるＲｓ２／Ｒｓ１と光出力との関係を示す図である。
【図８】アニール温度と電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２との関係、および電流拡散層とｐ型コンタクト層との間のコンタクト抵抗Ｒｃとアニール温度との関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）は、従来の技術による窒化物半導体発光素子の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）中の線Ｂ−Ｂに沿った模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜窒化物半導体発光素子＞
図１（ａ）は本発明の一実施形態によって作製され得る窒化物半導体発光素子の一例の上面図を示しており、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａに沿った模式的断面図である。なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。
【００３５】
図１（ａ）および（ｂ）に示された窒化物半導体発光素子においては、基板１上に、バッファ層２、ｎ型窒化物半導体層３、活性層４、ｐ型窒化物半導体層であるｐ型クラッド層５、およびｐ型コンタクト層６がこの順に堆積されて窒化物半導体積層体が形成される。そして、ｐ型コンタクト層６上には透光性の電流拡散層７が形成され、この電流拡散層７の一部領域上にｐ側電極パッド８およびそれから延びるｐ側枝電極８ａが設けられる。他方、ｎ型窒化物半導体層３の一部がエッチングによって露出され、その露出領域上にｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａが設けられる。
【００３６】
ここで、ｎ型窒化物半導体層３、活性層４、およびｐ型クラッド層５によりダブルヘテロ接合が形成されている。また、活性層４としては、アンドープ、ｎ型、ｐ型、およびｎ型とｐ型の両方の不純物を含む窒化物半導体が単層または複数層の量子井戸構造を構成するように必要に応じて選択される。そして、活性層４を挟んで、ｎ型窒化物半導体層３とｐ型クラッド層５との間にｐｎ接合が形成される。
【００３７】
＜ｎ型窒化物半導体層＞
ダブルへテロ接合構造の技術的意義に照らせば、クラッド層は発光層に比べて大きなバンドギャップを有し、そのギャップ差に基づく電位障壁によって電子および正孔を発光層内にせき止める機能を有するものである。ただし、図１（ａ）および（ｂ）中のｎ型窒化物半導体層３は、便宜上、ｎ型クラッド層や、ｎ側電極７との良好なオーミック接触のためのコンタクト層をも含み得る。このようなｎ型窒化物半導体層３は、例えばｎ型不純物がドープされた窒化物半導体層だけのみならず、アンドープ窒化物半導体層などをも含む複数層としても形成され得る。すなわち、ｎ型窒化物半導体層３としては、例えば、アンドープ層、ｎ型ドープ層、ｎ型コンタクト層などを適宜に含み得る。
【００３８】
以上のように、ｎ型窒化物半導体層３は、ｎ型クラッド層として機能する単層であってもよいし多層であってもよいが、単層の場合にはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、またはＩｎＧａＮを用いることができ、これにＳｉを含んでいてもよいしアンドープであってもよい。また、ｎ型窒化物半導体層３が複数層の場合には、それはＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの積層構造であってもよいし、複数の層が繰り返し積層された周期的多層構造であてもよい。さらに、それらの多層構造は、超格子構造を形成していてもよい。
【００３９】
＜活性層＞
活性層４は、ＧａＮ障壁層とＩｎ含有窒化物半導体の井戸層とを交互に積層させたものであることが好ましい。井戸層の好ましい厚さは、その発光する光の波長に依存するが、
２〜２０ｎｍの範囲内であることが好ましい。このような活性層４の構造は、量子井戸構造に限られず、単一井戸構造、多重井戸構造、多重量子井戸構造などのいずれであってもよい。活性層４が複数の井戸層を含む場合、少なくとも１つの井戸層が発光作用を果たせばよい。このような井戸層は、例えばＩｎｐＧａ１−ｐＮ（０＜ｐ＜１）からなることが好ましい。
【００４０】
＜ｐ型クラッド層＞
上述したように、ダブルへテロ接合構造の技術的意義に照らせば、ｐ型クラッド層５は発光層に比べて大きなバンドギャップを有し、そのギャップ差に基づく電位障壁によって電子および正孔を発光層内にせき止める機能を有するものである。ただし、図１（ａ）および（ｂ）中のｐ型クラッド層５は、蒸発防止層、キャリアブロック層、または電流拡散層として働くｐ型層をも含み得る。すなわち、ｐ型クラッド層５は単層または複数層のいずれであってもよく、単層の場合にはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、またはＩｎＧａＮにｐ型不純物をドープしたものまたはアンドープのものを用いることができる。ｐ型クラッド層５が複数層の場合には、それはＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの積層構造であってもよいし、複数の層が繰り返し積層された周期的多層構造を形成していてもよい。さらに、これらの多層構造は、超格子構造を形成していてもよい。
【００４１】
このようなｐ型クラッド層５の厚さは、５００ｎｍ以下であることが好ましい。なぜならば、５００ｎｍを超える厚さのｐ型クラッド層５を気相堆積によって形成する場合に、活性層４が高い温度で長時間にわたって熱に曝されることになり、活性層４の熱劣化によって非発光領域が増大するからである。なお、活性層４中に含まれるＩｎの蒸発を防止するために、活性層４に接して蒸発防止層を設けることが好ましく、これは上述のように上部ｐ型クラッド層５に含まれ得るものである。
【００４２】
＜ｐ型コンタクト層＞
ｐ型コンタクト層６は、透光性の電流拡散層７に対する接触抵抗を低減するために設けられるものである。このようなｐ型コンタクト層６は、ｐ型クラッド層５に比べて高濃度にｐ型不純物をドープした窒化物半導体であることが好ましい。なお、ｐ型コンタクト層６を設けることなく、ｐ型クラッド層５上に電流拡散層７を形成してもよい。この場合、ｐ型クラッド層５の上側表面近傍のｐ型不純物を高濃度にすることが好ましい。
【００４３】
＜ｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極＞
ｐ側電極パッド８は、外部回路と電気的に結線するワイヤーボンドの台座となるものである。一方、ｐ側電極パッド８から延びるｐ側枝電極８ａは、活性層４に電流をより均一に注入する目的で電流拡散層７上に形成される。ｐ側電極パッド８およびそれから延びるｐ側枝電極８ａは、公知の態様で形成することができ、例えばＴｉ、Ａｌ、Ａｕなどの材料を用いることができる。また、ｐ側電極パッド８およびそれから延びるｐ側枝電極８ａは単層構造に限られず、多層構造で形成とすることもできる。ｐ側電極パッド８が多層構造からなる場合には、その最上層としては厚さ５００ｎｍ程度のＡｕ層を形成することが好ましい。これにより、化合物半導体発光素子をパッケージに実装するときに、外部回路とのワイヤーボンド安定性を確保することができる。
【００４４】
なお、活性層４からの発光の一部は、ｐ型クラッド層５側の方向に発せられる。したがって、ｐ側電極パッド８およびそれから延びるｐ側枝電極８ａは、活性層４からｐ型クラッド層５側への光取り出し方向に配置される電極となる。
【００４５】
＜ｎ側電極パッドおよびそれから延びるｎ側枝電極＞
ｎ側電極パッド９は、外部回路と電気的に結線するワイヤーボンドの台座となるものである。一方、ｎ側電極パッド９から延びるｎ側枝電極９ａは、活性層４に電流をより均一に注入する目的で形成される。ｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａは、公知の態様で形成することができ、例えばＴｉ、Ａｌ、Ａｕなどの材料を用いることができる。また、ｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａは単層構造に限られず、多層構造で形成とすることもできる。ｎ側電極パッド９が多層構造からなる場合には、その最上層としては厚さ５００ｎｍ程度のＡｕ層を形成することが好ましい。これにより、化合物半導体発光素子をパッケージに実装するときに、外部回路とのワイヤーボンド安定性を確保することができる。
【００４６】
なお、図１（ａ）および（ｂ）に示されたｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａは、基板１が絶縁性材料からなる場合の配置を例示している。すなわち、基板１として絶縁性材料を用いる場合には、ｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａはｎ型窒化物半導体層３の一部露出領域上に設けられる。しかし、基板１として導電性材料を用いる場合には、ｎ側電極パッド９は基板１およびそれから延びるｎ側枝電極９ａは基板の裏面上に形成され得る。
【００４７】
なお、ｎ側枝電極９ａがない場合でも、従来例に比べてｐ型窒化物半導体層と透光性導電膜からなる電流拡散層７とのコンタクト抵抗が低減し、且つ、シート抵抗の面内分布がより均一になり、窒化物半導体発光素子の発光部の面内発光を均一にすることが可能となり、光出力も向上するので、ｎ側枝電極９ａは形成しなくてもよいが、ｎ側枝電極９ａを形成すると、さらに窒化物半導体発光素子の発光部の面内発光を均一にすることが可能となり、光出力がより向上する。
【００４８】
＜電流拡散層＞
電流拡散層７は、活性層４からの光を透過させるとともに、ｐ型コンタクト層６に対するコンタクトを形成してその表面全体に電流を拡散させることにより、その下方にある活性層４の発光面積を拡大するために設けられる。したがって、電流拡散層７としては、ｐ型コンタクト層６に比べて低抵抗の材料を用いることが好ましい。これにより、ｐ側電極パッド８から注入される電流を電流拡散層７の面方向に拡散させることができる。このような電流拡散層７を構成する材料としては、例えばＩＴＯ、ＩＺＯなどを好ましく使用することができ、ＩＴＯを使用することが特に好ましい。なぜならば、ＩＴＯは、透光性およびコンタクト抵抗の観点から特に優れているからである。
【００４９】
電流拡散層７の厚さは、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。なぜならば、電流拡散層７が１００ｎｍより薄ければその高いシート抵抗のために発光素子の動作電圧の上昇を招き、４００ｎｍより厚ければその光透過性が低下して発光素子の光取り出し効率が低下するからである。
【００５０】
＜電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係＞
ｐ側電極パッド（およびｎ側電極パッド）から枝状に延伸された延長部有する窒化物半導体発光素子において、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１とがどの様な関係にあるときに、窒化物半導体発光素子の光出力が向上するのかを、図１（ａ）に示した電極パターンおよび、シミュレーションにより最適化した幾つかの電極パターンのｐ側枝電極を有する窒化物半導体発光素子を作製して確認した。
【００５１】
図２に、図１（ａ）に記載の窒化物半導体発光素子における電極パターンにおいて、特に、１００ｍＡ以上の大電流を印加した場合のＲｓ２／Ｒｓ１と光出力との関係を示す。図２から明らかな様に、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１に対し電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加させていくと、窒化物半導体発光素子の光出力は徐々に増大し、Ｒｓ２／Ｒｓ１＝２．５近傍において極大値を取り、その後徐々に減少していく。この傾向は、つぎに示す異なる電極パターンを有する窒化物半導体発光素子においても同様である。
【００５２】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１に記載の窒化物半導体発光素子と同様の構成で製造された窒化物半導体発光素子において、ｐ側枝電極（およびｎ側枝電極）の形状を変形させて作製した窒化物半導体発光素子の上面図である。図３（ａ）の上面図において模式的に示されている窒化物半導体発光素子は、上述の図１（ａ）に比べて、ｎ側枝電極を設けず、ｐ側電極パッド１８、ｐ側枝電極１８ａおよびｎ側電極パッド１９を形成したことが特徴である。また、図３（ｂ）の上面図において模式的に示されている窒化物半導体発光素子は、図３（ａ）に比べて、ｎ側電極パッド２９を中心としてｐ側枝電極２８ａを略等距離に配設すると共に、ｐ側枝電極２８ａの一部より分岐してｐ側電極パッド２８を形成した側の窒化物半導体発光素子の上面対角線方向にさらにｐ側枝電極２８ｂ、２８ｃが設けられていることが特徴である。また、図３（ｃ）の上面図において模式的に示されている窒化物半導体発光素子は、上述の図３（ｂ）に比べて、ｐ側枝電極３８ａの一部より分岐したｐ側枝電極は設けず、ｐ側電極パッド３８、ｐ側枝電極３８ａおよびｎ側電極パッド３９を形成したことが特徴である。このような電極パターン形状において、特に、１００ｍＡ以上の大電流を印加した場合のＲｓ２／Ｒｓ１と光出力との関係を図４に示す。
【００５３】
図４から明らかな様に、ｎ側枝電極を設けない場合もｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１に対し電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加させていくと、窒化物半導体発光素子の光出力は徐々に増大する傾向を示すが、光出力の極大値はｎ側枝電極を設ける場合に較べて、より電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加させる方向へとシフトする傾向にあり、２≦Ｒｓ２/Ｒｓ１≦４の条件が満たされる場合に高い光出力を示すことがわかった。
【００５４】
図５は、上述の図１および図３のような上面形状が正方形（ｐ側電極パッドとｎ側電極パッドを結ぶ直線に対して平行な辺の長さをＹとし、垂直な辺の長さをＸとする）に近い形状の窒化物半導体発光素子チップにおいて、Ｙ／Ｘの値が発光素子の電力効率（％）に及ぼす影響を示すグラフである。このグラフから、０．８≦Ｙ/Ｘ≦１の条件を満たすことが好ましく、Ｙ／Ｘ＝０．９であることがより好ましいことが分かる。
【００５５】
尚、本発明は、０．８≦Ｙ/Ｘ≦１の場合に限られず、上面形状が長方形の窒化物半導体発光素子チップ(０．４≦Ｙ/Ｘ＜０．８)にも適用できる、但し、上面形状が正方形に近い窒化物半導体発光素子チップの方が、より小さなサイズ（上面から見た面積換算）で、上面形状が長方形の窒化物半導体発光素子チップと同等の電気特性が得られるので、窒化物半導体発光素子の小型化を実現できる。
【００５６】
図６は、長方形形状の窒化物半導体発光素子の上面図である。図６の上面図において模式的に示されている窒化物半導体発光素子は、上述の図１および図３とは異なり、化物半導体発光素子チップの長辺Ｘと短辺Ｙの比率が０．４に設計されている。図６の長方形形状の窒化物半導体発光素子では、ｐ側電極パッド４８、ｐ側枝電極４８ａ、ｎ側電極パッド４９およびｎ側枝電極４９ｂを形成している。このような電極パターンの場合の注入電流３０ｍＡでのＲｓ２／Ｒｓ１と光出力との関係を図７に示す。
【００５７】
図７から明らかな様に、長方形形状の窒化物半導体発光素子の場合もｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１に対し電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加させていくと、窒化物半導体発光素子の光出力は徐々に増大する傾向を示すが、光出力の極大値は上面形状が正方形に近い形状の場合に較べて、より電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加が少ない方向へとシフトする傾向にあり、長方形形状の窒化物半導体発光素子の光出力は、１．５≦Ｒｓ２/Ｒｓ１≦３．５の条件が満たされる場合に高い光出力を示す。
【００５８】
上述の検討結果より、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、少なくとも１．５≦Ｒｓ２/Ｒｓ１≦４の条件が満たされる場合に、窒化物半導体発光素子の外観形状や電極パターン形状に関係なく高い光出力を示すことを見出した。
【実施例】
【００５９】
以下に記載する本発明の実施例１〜４による発光素子は上述の図１（ａ）および（ｂ）に示された発光素子構造に基づいて作製され、実施例５の発光素子は図３（ｃ）に示された発光素子構造に基づいて作成されている。
【００６０】
これらの実施例１〜５により得られた窒化物半導体発光素子の種々の特性を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
＜実施例１＞
実施例１の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、図１（ｂ）に模式的に示されているように、例えば（０００１）面方位の主面を有するサファイアからなる基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２を介して、ｎ型窒化物半導体層３が堆積される。このｎ型窒化物半導体層３は、約１０００℃の基板温度で堆積された厚さ９μｍのＧａＮ下地層と厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（キャリア濃度：約６×１０１８ｃｍ−３）を含んでおり、シート抵抗Ｒｓ１は約６〜８Ω/□であった。
【００６３】
ｎ型窒化物半導体層３上には、活性層４が堆積される。この活性層４は多重量子井戸構造を有しており、例えば、厚さ３．５ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ量子井戸層と厚さ６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層とが基板温度約８９０℃のもとで６回繰返して積層されている。
【００６４】
活性層４上には、基板温度約１０８０℃において、例えば、厚さ１５ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｐ型クラッド層５（キャリア濃度：約２×１０１９ｃｍ−３）が堆積され、その上に、例えば、厚さ８０ｎｍのＭｇドープｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層６（キャリア濃度：５×１０１９ｃｍ−３）が堆積され、窒化物半導体領域が構成される。
【００６５】
ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層５の上には、例えば、厚さ１８０ｎｍのＩＴＯからなる電流拡散層７がスパッタによって形成される。このＩＴＯからなる電流拡散層７のシート抵抗Ｒｓ２は、成膜時には約２００Ω／□であった。ＩＴＯからなる電流拡散層７の成膜後に酸素２％と窒素９８％の混合ガス雰囲気中で６００℃において１０分の第１アニールが行われ、波長４５０ｎｍの光に対するＩＴＯからなる電流拡散層７の透過率が９４％以上に高められる。第１アニール終了後にＩＴＯからなる電流拡散層７が一旦大気に曝された後再び炉内に戻されて、真空雰囲気中で４５０℃における５分の第２アニールが行われ、ＩＴＯからなる電流拡散層７のシート抵抗Ｒｓ２が低下する。この第２アニール後のＩＴＯからなる電流拡散層７のシート抵抗Ｒｓ２は１１Ω／□まで低下し、ＩＴＯからなる電流拡散層７とｐ型ＧａＮコンタクト層１２のコンタクト抵抗Ｒｃが０．０５Ω・ｃｍ２になる。
【００６６】
本発明による発光素子においては、ＩＴＯからなる電流拡散層７の厚さは、特に１２０ｎｍから３４０ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。
【００６７】
ＩＴＯからなる電流拡散層７は、周知のフォトリソグラフィ法を用いてエッチングされて、その部分的領域が除去される。ＩＴＯからなる電流拡散層７が部分的に除去された領域において、フォトリソグラフィ法を用いてエッチングがさらに行われ、ｐ型コンタクト層６、ｐ型クラッド層５、および活性層４を部分的にエッチング除去し、ｎ型窒化物半導体層３の一部領域を露出させる。
【００６８】
その後、上記部分的露出領域に、フォトリソグラフィ法を利用して、電子線蒸着と周知のリフトオフ法によって、例えば、Ｎｉ（厚さ１００ｎｍ）／Ｐｔ（厚さ５０ｎｍ）／Ａｕ（厚さ５００ｎｍ）からなるｐ側電極パッド８、ｐ側枝電極８ａ、ｎ側電極パッド９、およびｎ側枝電極９ａが同時に形成される。ここで、フォトリソグラフィの精度の観点と電極による光吸収の抑制の観点から、ｐ側およびｎ側枝電極の幅は４μｍから８μｍの範囲内に形成される。なお、窒化物半導体発光素子チップの側面方向に放射される光が吸収されないように、ｐ側枝電極８ａは電流拡散層７の長辺側の側縁から約１５μｍ以上内側に形成されることが好ましい。
【００６９】
さらに、フォトリソグラフィ法を利用してエッチングを行い、ｎ型窒化物半導体層３の側面に傾斜面が形成される。このｎ型窒化物半導体層３の側面の傾斜角は、本実施例１においては、その層に平行な平面に対して４０度に設定される。この傾斜側面の効果によって、発光素子の周辺部における光の取出し効率を高めることができる。
【００７０】
以上のようにして、本実施例１においては、長辺（Ｘ）＝５３２μｍと短辺（Ｙ）＝４４３μｍ（Ｙ／Ｘ＝０．８３）を有する正方形に近い窒化物半導体発光素子を得た。
【００７１】
＜実施例２＞
本発明の実施例２による窒化物半導体発光素子の製造方法では、実施例１に比べて、ＩＴＯからなる電流拡散層の成膜後の第２アニールのアニール温度を低くし、真空雰囲気中で４３０℃において５分間行なうことで、シート抵抗Ｒｓ２が１３Ω／□と高くなる一方、ＩＴＯからなる電流拡散層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃは０．０４Ω・ｃｍ２と減少する。シート抵抗Ｒｓ２が実施例１より高くなるのは、第２アニールの温度が下がることによって、電流拡散層の結晶性が低下したためと考えられる。一方、電流拡散層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層のコンタクト抵抗Ｒｃが実施例１と比べて減少する原因は、ショットキー障壁の高さが小さくなったためと考えられる。
【００７２】
また、実施例２の１２０ｍＡにおける光出力は、実施例１と比べて高くなっている。これは、ＩＴＯからなる電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１のバランスが良くなって窒化物半導体発光素子全体の電流の拡散が改善されたためと考えられる。
【００７３】
さらに、実施例２では、実施例１に比べて動作電圧も減少している。この電圧減少は、実施例１よりも電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２は高くなっているものの、上面にｐ枝電極８ａを設けた電流拡散層を、第２アニールのアニール温度でアニールする際に、実施例１より低いアニール温度でアニールしたことで、電流拡散層とｐ型コンタクト層のコンタクト抵抗Ｒｃが減少し、その減少量が電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２の上昇分よりも大きな電圧減少効果をもっているため、窒化物半導体発光素子全体としての動作電圧が低下したためと考えられる。
【００７４】
＜実施例３＞
本発明の実施例３による窒化物半導体発光素子の製造方法では、ＩＴＯからなる電流拡散層の成膜後の第２アニールのアニール温度を、実施例１および実施例２に比べて更に下げ、真空雰囲気中で４１０℃において５分間行なった。その結果、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２は１５Ω／□と高くなる一方、ＩＴＯからなる電流拡散層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃは０．０３Ω・ｃｍ２と減少する。また、この実施例３の１２０ｍＡにおける光出力は最も高くなっており、動作電圧も最も低くなっていることから、第２アニールのアニール温度が最適化されていることが分かる。
【００７５】
＜実施例４＞
本発明の実施例４による窒化物半導体発光素子の製造方法では、ＩＴＯからなる電流拡散層の成膜後の第２アニールのアニール温度を、実施例１〜３に比べて更に下げ、真空雰囲気中で３８０℃において５分間行なった。その結果、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２は２０Ω／□と高くなる一方、ＩＴＯからなる電流拡散層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃも０．０５Ω・ｃｍ２と、実施例２および実施例３に較べて増加した。このように電流拡散層とｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃが実施例２および実施例３の場合と異なって上昇したのは、第２アニールのアニール温度が一定範囲より低くなると、電流拡散層とｐ型コンタクト層との界面の接合が悪くなったためと考えられる。また、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２と電流拡散層とｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃの両方の抵抗値の上昇によって、窒化物半導体発光素子全体の動作電圧も上昇した。また、実施例２および実施例３と比べて光出力が低下したのは、第２アニールのアニール温度が最適値より低いためＩＴＯの透過率が悪くなったためと考えられる。
【００７６】
上述の実施例１〜４の第２アニールのアニール温度範囲内における、アニール温度と電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２との関係およびアニール温度と電流拡散層とｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃとの関係を図８に示す。
【００７７】
図８から明らかなように第２アニールのアニール温度は、３８０℃〜４５０℃の間であれば、従来より光出力が高く、且つ、コンタクト抵抗Ｒｃも低くすることができるので、窒化物半導体発光素子の動作電圧も低減することが可能となる。第２アニールのアニール温度は、４１０℃〜４３０℃の間でｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃが最適化され、４１０℃付近でのコンタクト抵抗Ｒｃが最も低い値となる。
【００７８】
上記実施例１〜４のように、第２アニールのアニール温度を最適化することにより、窒化物半導体発光素子を、１００ｍＡ以上の大電流で通電する際、電流拡散が良くなり、光の取出効率に優れるともに、動作電圧の低減も実現でき、優れた外部量子効率と電気特性を有する窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００７９】
さらに上記実施例１〜４に、ｐ側電極パッド、ｐ側枝電極、ｎ側電極パッドおよびｎ側枝電極の直下に絶縁の非注入層を設けることで、より効果的な特性改善も期待できる。
【００８０】
＜実施例５＞
本発明の実施例５においては、全てのパラメタを最適化したＸ＝５１２μｍ、Ｙ＝４６１μｍ、Ｙ／Ｘ＝０．９、およびＲｓ２／Ｒｓ１＝３（図４参照）の条件下で、実施例１の場合と同じチップ面積を有しかつ図３（Ｃ）の電極パターンを有する窒化物半導体発光素子が作製された。この実施例５の発光素子において、表１に示されているように、電力効率および光出力とも最良い結果が得られた。
【００８１】
以上において本発明の実施形態およびそれに基づく実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態およびそれに基づく実施例に開示された種々の技術的事項を適宜に選択して組み合わせることをも予定している。また、今回開示された実施形態およびそれに基づく実施例は、すべての点で例示であって限定的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の実施形態およびそれに基づく実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明により、窒化物半導体発光素子の電流拡散効率を向上させるとともに、コンタクト抵抗をも低減でき、大きな駆動電流密度においても発光均一性と高い光出力を得ながら、動作電圧を低減させることができ、そのように改善された窒化物半導体発光素子はＬＥＤ照明、液晶ＴＶのバックライトなどに好ましく利用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ 基板、３ ｎ型窒化物半導体層、４ 活性層、５ ｐ型クラッド層、６ ｐ型コンタクト層、７ 電流拡散層、８ ｐ側電極パッド、８ａ ｐ側枝電極、９ ｎ側電極パッド。
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）を利用して作製される発光素子に関し、特に液晶表示装置のバックライトや一般的照明などのための高輝度光源として利用可能な窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体発光素子を種々の照明用途に利用するためには、赤、緑および青の光の３原色を発光し得る発光素子が不可欠である。発光ダイオード（ＬＥＤ）に関しては、近年までは３原色のうちの青色ＬＥＤが完成されずに欠けていたので、ＬＥＤを種々の照明用途に利用することができていなかった。
【０００３】
しかし、１９９０年代に窒化物半導体による青色ＬＥＤが開発されて以後において、ＬＥＤを用いた照明製品は、交通信号機だけに留まることなく、液晶モニターのバックライト、液晶テレビのバックライト、さらには家庭用の各種照明用途などに利用されている。
【０００４】
最近では、ＬＥＤバックライトを搭載した液晶テレビが、その価格の低下に伴って急速に普及し始めている。また、ＬＥＤを用いた照明器具は、従来の照明器具に比べて低消費電力、省スペースおよび水銀フリーを可能にし、環境にも望ましいというメリットを有している。そして、２００９年夏以後において、それ以前に比べて遥かに安い価格でＬＥＤを用いた照明器具が発売され、その普及が一気に進んでいる。
【０００５】
ところで、照明器具や液晶テレビのバックライトなどの光としては、白色光であることを要する。ＬＥＤを利用した白色光は、一般に青色ＬＥＤとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）黄色蛍光体との組合せ、または青色ＬＥＤと緑色蛍光体と赤色蛍光体との組合せにより実現され得る。すなわち、ＬＥＤを利用して白色光を得るためには、いずれの場合でも青色ＬＥＤが必要となる。このようなことから、高輝度の青色ＬＥＤを安価かつ大量に提供し得る製造方法が望まれている。
【０００６】
一般に、青色や青緑色などの短波長光を放射し得るＬＥＤやレーザダイオード（ＬＤ）の発光層には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、およびこれらの混晶などのように、Ｖ族元素として窒素を含有するIII−Ｖ族化合物半導体が用いられる。
【０００７】
一般的な窒化物半導体発光素子は、サファイア基板上において順次堆積されたｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体発光層およびｐ型窒化物半導体層を含でいる。これらのｐ型半導体層側とｎ型半導体層側のそれぞれには、外部電源と接続するためのｐ側電極パッドとｎ側電極パッドが形成されている。
【０００８】
一般にｐ型窒化物半導体層のシート抵抗はｎ型窒化物半導体層に比べて高いので、ｐ型半導体層内の電流拡散を補助する目的のために、ｐ型半導体層のほぼ全面上に例えばＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）などの透光性導電膜が積層されており、この透光性導電膜上にｐ側電極パッドが形成されている。すなわち、透光性導電膜は発光層からの光を透過させるとともに、電流拡散層としての機能を果たしている。
【０００９】
一方、サファイア基板などの絶縁性基板が用いられている場合、その基板の裏面上にｎ側電極パッドを形成することができない。したがって、ｐ型半導体層側からのエッチングによってｎ型半導体層を部分的に露出させ、その露出領域上にｎ側電極パッドが形成される。そして、ｐ側電極パッドとｎ側電極パッドとの間で通電することによって、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とに挟まれた発光層からの発光が得られる。
【００１０】
上述のような基板の同一面側にｎ側電極パッドとｐ側電極パッドとが形成された窒化物半導体発光素子において、ｎ側電極パッドおよびｐ側電極パッドから枝状に延伸された延長部を形成し、それによって発光素子中の電流分布を改善することが例えば特許文献１および特許文献２に教示されている。
【００１１】
特許文献１では、ｐ型半導体層上の透光性導電膜からなる電流拡散層上にｐ側電極パッドが形成され、そこからｐ側枝電極が延びている。この発光素子はｎ型半導体層がエッチングによって部分的に露出された領域を有し、この露出領域上にｎ側電極パッドが形成され、そこからｎ側枝電極が延びている。
【００１２】
ｎ側枝電極とｐ側枝電極とは互いに対向している部分において平行である。すなわち、ｐ側枝電極から透光性導電膜からなる電流拡散層を通って電流が拡散すべき距離が一定に設定されている。同様に、ｎ側枝電極から電流が拡散すべき距離も一定に設定されている。したがって、これらの枝電極によって、ｐ側電極パッドからｎ側電極パッドの方向に向かって流れる電流分布の均一性が改善され得る。
【００１３】
一方、上述のような透光性導電膜が備えられてなる窒化物半導体発光素子において、電極パッド直下への電流の集中を抑制する目的で、電極パッド直下に絶縁層を設けることが例えば特許文献３および特許文献４に教示されている。
【００１４】
特許文献３および特許文献４に開示された窒化物半導体発光素子によれば、電極パッド直下に絶縁層を設けることにより、透光性導電膜の横方向への電流拡散を効果的に促進させ、発光効率を高めることができるが、ｎ側電極パッド近傍において発光が強くなり、また、良好な電気的特性が得られにくく、発光効率が必ずしも高められないという問題があった。
【００１５】
そこで、ｎ側電極パッド電極直下における透光性導電膜及び半導体層での電流集中が抑制されて発光効率に優れるとともに、電極による光の吸収や多重反射による損失が抑制されて光取り出し効率に優れ、高い外部量子効率及び電気的特性を有することを目的とした窒化物半導体発光素子が例えば特許文献５に教示されている。
【００１６】
従来の窒化物半導体発光素子ではｎ側とｐ側の層のシート抵抗を同程度とし、電流を均一に拡散させることが発光効率の点から好ましいとされていたのに対し、特許文献５では、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、ｎ側であるｎ型窒化物半導体層１０１のシート抵抗を、ｐ側である透光性導電膜１０２のシート抵抗よりも低くすることにより、ｎ側電極パッド１０３付近での発光を低減させることで、光取り出し効率が向上すること、この際、ｐ側電極パッド１０４による光の吸収や多重反射は、その直下に絶縁層１０５を設けることで防止できることが記載されている。
【００１７】
またさらに特許文献５では、窒化物半導体発光素子１００の動作電圧にはｎ側の層のシート抵抗が支配的に働くとして、ｎ側の層のシート抵抗を低くすることにより、特に、３０〜１００ｍＡ程度の大きな駆動電流を発光素子に印加する場合に、電気的特性が大きく向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特表２００３−５２４２９５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４９３０号公報
【特許文献３】特許第３８４１４６０号公報
【特許文献４】特開２００８−１９２７１０号公報
【特許文献５】特開２０１０−２３２６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところが近年では、窒化物半導体発光素子の更なる高い特性（高出力、低電圧、低発熱）および低コスト化が要求されており、その中で、ｎ側およびｐ側のシート抵抗がいずれも１０Ω／□未満のものが開発されてきている。
【００２０】
このような窒化物半導体発光素子では、更なるシート抵抗の低減は困難であり、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗をさらに下げる目的でｎ型不純物を添加すると、ｎ型窒化物半導体層の結晶性が悪化するという問題があり、また、ｎ型窒化物半導体層の膜厚を厚くすると生産性の悪化およびコストアップの要因となるという問題があった。
【００２１】
上述のような問題に鑑み、本発明は、窒化物半導体発光素子の電流拡散効率を向上させるとともに、コンタクト抵抗をも低減でき、大きな駆動電流密度においても発光均一性と高い光出力を得ながら、動作電圧を低減させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者達は、種々の検討の結果、基板の同一面側にｎ側電極パッドとｐ側電極パッドとが形成された窒化物半導体発光素子であって、ｐ側電極パッド（およびｎ側電極パッド）から枝状に延伸された延長部を形成し、それによって発光素子中の電流分布を改善する電極構造の窒化物半導体発光素子において、ｎ側およびｐ側のシート抵抗がいずれも充分に低い場合に、ｐ型窒化物半導体層上に形成された透光性導電膜からなる電流拡散層のシート抵抗を一定条件下において高くすることにより、ｐ型窒化物半導体層と透光性導電膜からなる電流拡散層とのコンタクト抵抗を低減し、且つ、シート抵抗の面内分布がより均一になり、光出力も向上することを見出した。
【００２３】
すなわち、本発明の１つの態様による窒化物半導体発光素子においては、基板上面上の窒化物半導体領域内において１以上のｎ型窒化物半導体層、活性層、および１以上のｐ型窒化物半導体層をこの順に含み、ｎ型窒化物半導体層はｐ型窒化物半導体層側からのエッチングによって形成された部分的露出領域を有し、ｎ型窒化物半導体層の部分的露出領域にはｎ側電極パッドが形成されており、ｐ型窒化物半導体層上には電流拡散層が形成されており、電流拡散層上にはp側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極が形成されており、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２がn型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高く、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とn型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、Ｒｓ２＝ｘ×Ｒｓ１（但し、１．５≦ｘ≦４）であることを特徴としている。
【００２４】
なお、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１は、１０Ω／□未満であることが好ましい。ｎ型半導体層の部分的露出領域上にはｎ側電極パッドおよびそれから延びるｎ側枝電極が形成されていることが好ましい。基板上面上の窒化物半導体領域内において、ｎ型半導体層の部分的露出領域は、ｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極に囲まれた略中央部に形成されていることが好ましい。ｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極の下部に形成されている電流拡散層とｐ型窒化物半導体層の間に、電流非注入層が形成されているこが好ましい。窒化物半導体発光素子は、１００ｍＡ以上の大電流にて駆動されることが好ましい。窒化物半導体領域は矩形形状であって、ｐ側電極パッドの中心とｎ側電極パッドの中心を直線で結んだときに、この直線と平行な窒化物半導体領域の辺の長さをＹとして直線に垂直な辺の長さをＸとすれば、０．８≦Ｙ/Ｘ＜１の条件を満たすことが好ましく、Ｙ/Ｘ＝０．９の条件を満たすことがより好ましい。ｐ側電極パッド及びｎ側電極パッドが窒化物半導体領域の長辺方向の中央において短辺方向に並んで配置され、ｐ側パッドに比べてｎ側電極パットが窒化物半導体領域の中央近くに配置されていることが好ましい。
【００２５】
本発明のもう１つの態様による化合物半導体発光素子の製造方法においては、基板上面上の窒化物半導体領域内において１以上のｎ型窒化物半導体層、活性層、および１以上のｐ型窒化物半導体層をこの順に形成する工程と、ｐ型窒化物半導体層の一部をエッチングすることによりｎ型窒化物半導体層の部分的露出領域を形成する工程と、ｎ型半導体層の部分的露出領域にｎ側電極パッドを形成する工程と、ｐ型窒化物半導体層上に電流拡散層を形成する工程と、電流拡散層上にp側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極を形成する工程と、を少なくとも有し、電流拡散層をアニールすることにより、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２をn型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高くすることを特徴としている。
【００２６】
なお、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、Ｒｓ２＝ｘ×Ｒｓ１（但し、１．５≦ｘ≦４）になるように前記電流拡散層をアニールすることが好ましい。ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１は、１０Ω／□未満であることが好ましい。電流拡散層のアニールは３８０〜４５０℃の温度範囲にて行うことが好ましく、４１０〜４３０℃の温度範囲にて行うことがより好ましく、略４１０℃の温度囲にて行うことがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ｐ側電極パッド（およびｎ側電極パッド）から枝状に延伸された延長部有する窒化物半導体発光素子において、ｐ型窒化物半導体層上に形成された透光性導電膜からなる電流拡散層のシート抵抗を一定条件下において高くすることにより、ｐ型窒化物半導体層と透光性導電膜からなる電流拡散層とのコンタクト抵抗が低減し、且つ、シート抵抗の面内分布がより均一になり、窒化物半導体発光素子の発光部の面内発光を均一にすることが可能となり、光出力も向上する。またこの際、ｎ側電極パッドにも枝状に延伸された延長部を形成することにより、さらに窒化物半導体発光素子の発光部の面内発光を均一にすることが可能となり、光出力がより向上する。
【００２８】
また、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１を１０Ω／□未満とすることにより、窒化物半導体発光素子の動作電圧を低減する事が可能となる。また、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係により、結果的に電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２をも低く抑えることもできるので、さらに窒化物半導体発光素子の動作電圧を低減する事が可能となる。
【００２９】
また、ｎ型半導体層の部分的露出領域をｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極に囲まれた略中央部に形成することにより、窒化物半導体発光素子外周部の非発光領域や光吸収領域を低減できるので、光の外部取り出し効率が向上する。
【００３０】
また、ｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極の下部に形成されている電流拡散層とｐ型窒化物半導体層の間に電流非注入層を形成することにより、光吸収領域として作用するｐ側電極直下を非発光とすると共に、電流非注入層による光の反射効果により光の外部取り出し効率が向上する。
【００３１】
また、本願発明の窒化物半導体発光素子は、１００ｍＡ以上の大電流にて駆動しても、安定して動作することができるので、高効率、且つ、高信頼性が得られる。
【００３２】
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、電流拡散層をアニールすることにより、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２をｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高くできるので、ｎ型窒化物半導体層のさらなるシート抵抗の低減を要さず、不純物の添加によるｎ型窒化物半導体層の結晶性悪化や、ｎ型窒化物半導体層の膜厚を厚くするとによる生産性の悪化およびコストアップという問題がなく、窒化物半導体発光素子の電流拡散効率を向上させるとともに、アニール温度条件を最適化することにより、コンタクト抵抗をも低減でき、大きな駆動電流密度においても発光均一性と高い光出力を得ながら、動作電圧を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態によって作製され得る窒化物半導体発光素子の一例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）中の線Ａ−Ａに沿った模式的断面図である。
【図２】図１のｐ側枝電極パターンとｎ側枝電極パターンの場合における電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係（Ｒｓ２／Ｒｓ１）に依存する光出力を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施形態によってｐ側枝電極の形状を変形させて作製した窒化物半導体発光素子の例を示す上面図である。
【図４】図３（ａ）〜（ｃ）各々の電極パターンの場合における電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係（Ｒｓ２／Ｒｓ１）に依存する光出力を示すグラフである。
【図５】正方形に近い上面形状の窒化物半導体発光素子において、ｐ側電極パッドとｎ側電極パッドを結ぶ直線に対して平行な辺の長さをＹとして垂直な辺の長さをＸとした場合に、Ｙ／Ｘの値が発光素子の電力効率（％）に及ぼす影響を示すグラフである。
【図６】長方形形状の窒化物半導体発光素子の一例を示す上面図である。
【図７】長方形窒化物半導体発光素子の電極パターンの場合におけるＲｓ２／Ｒｓ１と光出力との関係を示す図である。
【図８】アニール温度と電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２との関係、および電流拡散層とｐ型コンタクト層との間のコンタクト抵抗Ｒｃとアニール温度との関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）は、従来の技術による窒化物半導体発光素子の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）中の線Ｂ−Ｂに沿った模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜窒化物半導体発光素子＞
図１（ａ）は本発明の一実施形態によって作製され得る窒化物半導体発光素子の一例の上面図を示しており、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａに沿った模式的断面図である。なお、本願の図面において、長さ、幅、厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。
【００３５】
図１（ａ）および（ｂ）に示された窒化物半導体発光素子においては、基板１上に、バッファ層２、ｎ型窒化物半導体層３、活性層４、ｐ型窒化物半導体層であるｐ型クラッド層５、およびｐ型コンタクト層６がこの順に堆積されて窒化物半導体積層体が形成される。そして、ｐ型コンタクト層６上には透光性の電流拡散層７が形成され、この電流拡散層７の一部領域上にｐ側電極パッド８およびそれから延びるｐ側枝電極８ａが設けられる。他方、ｎ型窒化物半導体層３の一部がエッチングによって露出され、その露出領域上にｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａが設けられる。
【００３６】
ここで、ｎ型窒化物半導体層３、活性層４、およびｐ型クラッド層５によりダブルヘテロ接合が形成されている。また、活性層４としては、アンドープ、ｎ型、ｐ型、およびｎ型とｐ型の両方の不純物を含む窒化物半導体が単層または複数層の量子井戸構造を構成するように必要に応じて選択される。そして、活性層４を挟んで、ｎ型窒化物半導体層３とｐ型クラッド層５との間にｐｎ接合が形成される。
【００３７】
＜ｎ型窒化物半導体層＞
ダブルへテロ接合構造の技術的意義に照らせば、クラッド層は発光層に比べて大きなバンドギャップを有し、そのギャップ差に基づく電位障壁によって電子および正孔を発光層内にせき止める機能を有するものである。ただし、図１（ａ）および（ｂ）中のｎ型窒化物半導体層３は、便宜上、ｎ型クラッド層や、ｎ側電極７との良好なオーミック接触のためのコンタクト層をも含み得る。このようなｎ型窒化物半導体層３は、例えばｎ型不純物がドープされた窒化物半導体層だけのみならず、アンドープ窒化物半導体層などをも含む複数層としても形成され得る。すなわち、ｎ型窒化物半導体層３としては、例えば、アンドープ層、ｎ型ドープ層、ｎ型コンタクト層などを適宜に含み得る。
【００３８】
以上のように、ｎ型窒化物半導体層３は、ｎ型クラッド層として機能する単層であってもよいし多層であってもよいが、単層の場合にはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、またはＩｎＧａＮを用いることができ、これにＳｉを含んでいてもよいしアンドープであってもよい。また、ｎ型窒化物半導体層３が複数層の場合には、それはＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの積層構造であってもよいし、複数の層が繰り返し積層された周期的多層構造であてもよい。さらに、それらの多層構造は、超格子構造を形成していてもよい。
【００３９】
＜活性層＞
活性層４は、ＧａＮ障壁層とＩｎ含有窒化物半導体の井戸層とを交互に積層させたものであることが好ましい。井戸層の好ましい厚さは、その発光する光の波長に依存するが、
２〜２０ｎｍの範囲内であることが好ましい。このような活性層４の構造は、量子井戸構造に限られず、単一井戸構造、多重井戸構造、多重量子井戸構造などのいずれであってもよい。活性層４が複数の井戸層を含む場合、少なくとも１つの井戸層が発光作用を果たせばよい。このような井戸層は、例えばＩｎｐＧａ１−ｐＮ（０＜ｐ＜１）からなることが好ましい。
【００４０】
＜ｐ型クラッド層＞
上述したように、ダブルへテロ接合構造の技術的意義に照らせば、ｐ型クラッド層５は発光層に比べて大きなバンドギャップを有し、そのギャップ差に基づく電位障壁によって電子および正孔を発光層内にせき止める機能を有するものである。ただし、図１（ａ）および（ｂ）中のｐ型クラッド層５は、蒸発防止層、キャリアブロック層、または電流拡散層として働くｐ型層をも含み得る。すなわち、ｐ型クラッド層５は単層または複数層のいずれであってもよく、単層の場合にはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、またはＩｎＧａＮにｐ型不純物をドープしたものまたはアンドープのものを用いることができる。ｐ型クラッド層５が複数層の場合には、それはＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮなどの積層構造であってもよいし、複数の層が繰り返し積層された周期的多層構造を形成していてもよい。さらに、これらの多層構造は、超格子構造を形成していてもよい。
【００４１】
このようなｐ型クラッド層５の厚さは、５００ｎｍ以下であることが好ましい。なぜならば、５００ｎｍを超える厚さのｐ型クラッド層５を気相堆積によって形成する場合に、活性層４が高い温度で長時間にわたって熱に曝されることになり、活性層４の熱劣化によって非発光領域が増大するからである。なお、活性層４中に含まれるＩｎの蒸発を防止するために、活性層４に接して蒸発防止層を設けることが好ましく、これは上述のように上部ｐ型クラッド層５に含まれ得るものである。
【００４２】
＜ｐ型コンタクト層＞
ｐ型コンタクト層６は、透光性の電流拡散層７に対する接触抵抗を低減するために設けられるものである。このようなｐ型コンタクト層６は、ｐ型クラッド層５に比べて高濃度にｐ型不純物をドープした窒化物半導体であることが好ましい。なお、ｐ型コンタクト層６を設けることなく、ｐ型クラッド層５上に電流拡散層７を形成してもよい。この場合、ｐ型クラッド層５の上側表面近傍のｐ型不純物を高濃度にすることが好ましい。
【００４３】
＜ｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極＞
ｐ側電極パッド８は、外部回路と電気的に結線するワイヤーボンドの台座となるものである。一方、ｐ側電極パッド８から延びるｐ側枝電極８ａは、活性層４に電流をより均一に注入する目的で電流拡散層７上に形成される。ｐ側電極パッド８およびそれから延びるｐ側枝電極８ａは、公知の態様で形成することができ、例えばＴｉ、Ａｌ、Ａｕなどの材料を用いることができる。また、ｐ側電極パッド８およびそれから延びるｐ側枝電極８ａは単層構造に限られず、多層構造で形成とすることもできる。ｐ側電極パッド８が多層構造からなる場合には、その最上層としては厚さ５００ｎｍ程度のＡｕ層を形成することが好ましい。これにより、化合物半導体発光素子をパッケージに実装するときに、外部回路とのワイヤーボンド安定性を確保することができる。
【００４４】
なお、活性層４からの発光の一部は、ｐ型クラッド層５側の方向に発せられる。したがって、ｐ側電極パッド８およびそれから延びるｐ側枝電極８ａは、活性層４からｐ型クラッド層５側への光取り出し方向に配置される電極となる。
【００４５】
＜ｎ側電極パッドおよびそれから延びるｎ側枝電極＞
ｎ側電極パッド９は、外部回路と電気的に結線するワイヤーボンドの台座となるものである。一方、ｎ側電極パッド９から延びるｎ側枝電極９ａは、活性層４に電流をより均一に注入する目的で形成される。ｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａは、公知の態様で形成することができ、例えばＴｉ、Ａｌ、Ａｕなどの材料を用いることができる。また、ｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａは単層構造に限られず、多層構造で形成とすることもできる。ｎ側電極パッド９が多層構造からなる場合には、その最上層としては厚さ５００ｎｍ程度のＡｕ層を形成することが好ましい。これにより、化合物半導体発光素子をパッケージに実装するときに、外部回路とのワイヤーボンド安定性を確保することができる。
【００４６】
なお、図１（ａ）および（ｂ）に示されたｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａは、基板１が絶縁性材料からなる場合の配置を例示している。すなわち、基板１として絶縁性材料を用いる場合には、ｎ側電極パッド９およびそれから延びるｎ側枝電極９ａはｎ型窒化物半導体層３の一部露出領域上に設けられる。しかし、基板１として導電性材料を用いる場合には、ｎ側電極パッド９は基板１およびそれから延びるｎ側枝電極９ａは基板の裏面上に形成され得る。
【００４７】
なお、ｎ側枝電極９ａがない場合でも、従来例に比べてｐ型窒化物半導体層と透光性導電膜からなる電流拡散層７とのコンタクト抵抗が低減し、且つ、シート抵抗の面内分布がより均一になり、窒化物半導体発光素子の発光部の面内発光を均一にすることが可能となり、光出力も向上するので、ｎ側枝電極９ａは形成しなくてもよいが、ｎ側枝電極９ａを形成すると、さらに窒化物半導体発光素子の発光部の面内発光を均一にすることが可能となり、光出力がより向上する。
【００４８】
＜電流拡散層＞
電流拡散層７は、活性層４からの光を透過させるとともに、ｐ型コンタクト層６に対するコンタクトを形成してその表面全体に電流を拡散させることにより、その下方にある活性層４の発光面積を拡大するために設けられる。したがって、電流拡散層７としては、ｐ型コンタクト層６に比べて低抵抗の材料を用いることが好ましい。これにより、ｐ側電極パッド８から注入される電流を電流拡散層７の面方向に拡散させることができる。このような電流拡散層７を構成する材料としては、例えばＩＴＯ、ＩＺＯなどを好ましく使用することができ、ＩＴＯを使用することが特に好ましい。なぜならば、ＩＴＯは、透光性およびコンタクト抵抗の観点から特に優れているからである。
【００４９】
電流拡散層７の厚さは、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。なぜならば、電流拡散層７が１００ｎｍより薄ければその高いシート抵抗のために発光素子の動作電圧の上昇を招き、４００ｎｍより厚ければその光透過性が低下して発光素子の光取り出し効率が低下するからである。
【００５０】
＜電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係＞
ｐ側電極パッド（およびｎ側電極パッド）から枝状に延伸された延長部有する窒化物半導体発光素子において、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１とがどの様な関係にあるときに、窒化物半導体発光素子の光出力が向上するのかを、図１（ａ）に示した電極パターンおよび、シミュレーションにより最適化した幾つかの電極パターンのｐ側枝電極を有する窒化物半導体発光素子を作製して確認した。
【００５１】
図２に、図１（ａ）に記載の窒化物半導体発光素子における電極パターンにおいて、特に、１００ｍＡ以上の大電流を印加した場合のＲｓ２／Ｒｓ１と光出力との関係を示す。図２から明らかな様に、ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１に対し電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加させていくと、窒化物半導体発光素子の光出力は徐々に増大し、Ｒｓ２／Ｒｓ１＝２．５近傍において極大値を取り、その後徐々に減少していく。この傾向は、つぎに示す異なる電極パターンを有する窒化物半導体発光素子においても同様である。
【００５２】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１に記載の窒化物半導体発光素子と同様の構成で製造された窒化物半導体発光素子において、ｐ側枝電極（およびｎ側枝電極）の形状を変形させて作製した窒化物半導体発光素子の上面図である。図３（ａ）の上面図において模式的に示されている窒化物半導体発光素子は、上述の図１（ａ）に比べて、ｎ側枝電極を設けず、ｐ側電極パッド１８、ｐ側枝電極１８ａおよびｎ側電極パッド１９を形成したことが特徴である。また、図３（ｂ）の上面図において模式的に示されている窒化物半導体発光素子は、図３（ａ）に比べて、ｎ側電極パッド２９を中心としてｐ側枝電極２８ａを略等距離に配設すると共に、ｐ側枝電極２８ａの一部より分岐してｐ側電極パッド２８を形成した側の窒化物半導体発光素子の上面対角線方向にさらにｐ側枝電極２８ｂ、２８ｃが設けられていることが特徴である。また、図３（ｃ）の上面図において模式的に示されている窒化物半導体発光素子は、上述の図３（ｂ）に比べて、ｐ側枝電極３８ａの一部より分岐したｐ側枝電極は設けず、ｐ側電極パッド３８、ｐ側枝電極３８ａおよびｎ側電極パッド３９を形成したことが特徴である。このような電極パターン形状において、特に、１００ｍＡ以上の大電流を印加した場合のＲｓ２／Ｒｓ１と光出力との関係を図４に示す。
【００５３】
図４から明らかな様に、ｎ側枝電極を設けない場合もｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１に対し電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加させていくと、窒化物半導体発光素子の光出力は徐々に増大する傾向を示すが、光出力の極大値はｎ側枝電極を設ける場合に較べて、より電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加させる方向へとシフトする傾向にあり、２≦Ｒｓ２/Ｒｓ１≦４の条件が満たされる場合に高い光出力を示すことがわかった。
【００５４】
図５は、上述の図１および図３のような上面形状が正方形（ｐ側電極パッドとｎ側電極パッドを結ぶ直線に対して平行な辺の長さをＹとし、垂直な辺の長さをＸとする）に近い形状の窒化物半導体発光素子チップにおいて、Ｙ／Ｘの値が発光素子の電力効率（％）に及ぼす影響を示すグラフである。このグラフから、０．８≦Ｙ/Ｘ≦１の条件を満たすことが好ましく、Ｙ／Ｘ＝０．９であることがより好ましいことが分かる。
【００５５】
尚、本発明は、０．８≦Ｙ/Ｘ≦１の場合に限られず、上面形状が長方形の窒化物半導体発光素子チップ(０．４≦Ｙ/Ｘ＜０．８)にも適用できる、但し、上面形状が正方形に近い窒化物半導体発光素子チップの方が、より小さなサイズ（上面から見た面積換算）で、上面形状が長方形の窒化物半導体発光素子チップと同等の電気特性が得られるので、窒化物半導体発光素子の小型化を実現できる。
【００５６】
図６は、長方形形状の窒化物半導体発光素子の上面図である。図６の上面図において模式的に示されている窒化物半導体発光素子は、上述の図１および図３とは異なり、化物半導体発光素子チップの長辺Ｘと短辺Ｙの比率が０．４に設計されている。図６の長方形形状の窒化物半導体発光素子では、ｐ側電極パッド４８、ｐ側枝電極４８ａ、ｎ側電極パッド４９およびｎ側枝電極４９ｂを形成している。このような電極パターンの場合の注入電流３０ｍＡでのＲｓ２／Ｒｓ１と光出力との関係を図７に示す。
【００５７】
図７から明らかな様に、長方形形状の窒化物半導体発光素子の場合もｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１に対し電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加させていくと、窒化物半導体発光素子の光出力は徐々に増大する傾向を示すが、光出力の極大値は上面形状が正方形に近い形状の場合に較べて、より電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を増加が少ない方向へとシフトする傾向にあり、長方形形状の窒化物半導体発光素子の光出力は、１．５≦Ｒｓ２/Ｒｓ１≦３．５の条件が満たされる場合に高い光出力を示す。
【００５８】
上述の検討結果より、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、少なくとも１．５≦Ｒｓ２/Ｒｓ１≦４の条件が満たされる場合に、窒化物半導体発光素子の外観形状や電極パターン形状に関係なく高い光出力を示すことを見出した。
【実施例】
【００５９】
以下に記載する本発明の実施例１〜４による発光素子は上述の図１（ａ）および（ｂ）に示された発光素子構造に基づいて作製され、実施例５の発光素子は図３（ｃ）に示された発光素子構造に基づいて作成されている。
【００６０】
これらの実施例１〜５により得られた窒化物半導体発光素子の種々の特性を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
＜実施例１＞
実施例１の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、図１（ｂ）に模式的に示されているように、例えば（０００１）面方位の主面を有するサファイアからなる基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層２を介して、ｎ型窒化物半導体層３が堆積される。このｎ型窒化物半導体層３は、約１０００℃の基板温度で堆積された厚さ９μｍのＧａＮ下地層と厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（キャリア濃度：約６×１０１８ｃｍ−３）を含んでおり、シート抵抗Ｒｓ１は約６〜８Ω/□であった。
【００６３】
ｎ型窒化物半導体層３上には、活性層４が堆積される。この活性層４は多重量子井戸構造を有しており、例えば、厚さ３．５ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ量子井戸層と厚さ６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層とが基板温度約８９０℃のもとで６回繰返して積層されている。
【００６４】
活性層４上には、基板温度約１０８０℃において、例えば、厚さ１５ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｐ型クラッド層５（キャリア濃度：約２×１０１９ｃｍ−３）が堆積され、その上に、例えば、厚さ８０ｎｍのＭｇドープｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層６（キャリア濃度：５×１０１９ｃｍ−３）が堆積され、窒化物半導体領域が構成される。
【００６５】
ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層５の上には、例えば、厚さ１８０ｎｍのＩＴＯからなる電流拡散層７がスパッタによって形成される。このＩＴＯからなる電流拡散層７のシート抵抗Ｒｓ２は、成膜時には約２００Ω／□であった。ＩＴＯからなる電流拡散層７の成膜後に酸素２％と窒素９８％の混合ガス雰囲気中で６００℃において１０分の第１アニールが行われ、波長４５０ｎｍの光に対するＩＴＯからなる電流拡散層７の透過率が９４％以上に高められる。第１アニール終了後にＩＴＯからなる電流拡散層７が一旦大気に曝された後再び炉内に戻されて、真空雰囲気中で４５０℃における５分の第２アニールが行われ、ＩＴＯからなる電流拡散層７のシート抵抗Ｒｓ２が低下する。この第２アニール後のＩＴＯからなる電流拡散層７のシート抵抗Ｒｓ２は１１Ω／□まで低下し、ＩＴＯからなる電流拡散層７とｐ型ＧａＮコンタクト層１２のコンタクト抵抗Ｒｃが０．０５Ω・ｃｍ２になる。
【００６６】
本発明による発光素子においては、ＩＴＯからなる電流拡散層７の厚さは、特に１２０ｎｍから３４０ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。
【００６７】
ＩＴＯからなる電流拡散層７は、周知のフォトリソグラフィ法を用いてエッチングされて、その部分的領域が除去される。ＩＴＯからなる電流拡散層７が部分的に除去された領域において、フォトリソグラフィ法を用いてエッチングがさらに行われ、ｐ型コンタクト層６、ｐ型クラッド層５、および活性層４を部分的にエッチング除去し、ｎ型窒化物半導体層３の一部領域を露出させる。
【００６８】
その後、上記部分的露出領域に、フォトリソグラフィ法を利用して、電子線蒸着と周知のリフトオフ法によって、例えば、Ｎｉ（厚さ１００ｎｍ）／Ｐｔ（厚さ５０ｎｍ）／Ａｕ（厚さ５００ｎｍ）からなるｐ側電極パッド８、ｐ側枝電極８ａ、ｎ側電極パッド９、およびｎ側枝電極９ａが同時に形成される。ここで、フォトリソグラフィの精度の観点と電極による光吸収の抑制の観点から、ｐ側およびｎ側枝電極の幅は４μｍから８μｍの範囲内に形成される。なお、窒化物半導体発光素子チップの側面方向に放射される光が吸収されないように、ｐ側枝電極８ａは電流拡散層７の長辺側の側縁から約１５μｍ以上内側に形成されることが好ましい。
【００６９】
さらに、フォトリソグラフィ法を利用してエッチングを行い、ｎ型窒化物半導体層３の側面に傾斜面が形成される。このｎ型窒化物半導体層３の側面の傾斜角は、本実施例１においては、その層に平行な平面に対して４０度に設定される。この傾斜側面の効果によって、発光素子の周辺部における光の取出し効率を高めることができる。
【００７０】
以上のようにして、本実施例１においては、長辺（Ｘ）＝５３２μｍと短辺（Ｙ）＝４４３μｍ（Ｙ／Ｘ＝０．８３）を有する正方形に近い窒化物半導体発光素子を得た。
【００７１】
＜実施例２＞
本発明の実施例２による窒化物半導体発光素子の製造方法では、実施例１に比べて、ＩＴＯからなる電流拡散層の成膜後の第２アニールのアニール温度を低くし、真空雰囲気中で４３０℃において５分間行なうことで、シート抵抗Ｒｓ２が１３Ω／□と高くなる一方、ＩＴＯからなる電流拡散層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃは０．０４Ω・ｃｍ２と減少する。シート抵抗Ｒｓ２が実施例１より高くなるのは、第２アニールの温度が下がることによって、電流拡散層の結晶性が低下したためと考えられる。一方、電流拡散層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層のコンタクト抵抗Ｒｃが実施例１と比べて減少する原因は、ショットキー障壁の高さが小さくなったためと考えられる。
【００７２】
また、実施例２の１２０ｍＡにおける光出力は、実施例１と比べて高くなっている。これは、ＩＴＯからなる電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２とｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１のバランスが良くなって窒化物半導体発光素子全体の電流の拡散が改善されたためと考えられる。
【００７３】
さらに、実施例２では、実施例１に比べて動作電圧も減少している。この電圧減少は、実施例１よりも電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２は高くなっているものの、上面にｐ枝電極８ａを設けた電流拡散層を、第２アニールのアニール温度でアニールする際に、実施例１より低いアニール温度でアニールしたことで、電流拡散層とｐ型コンタクト層のコンタクト抵抗Ｒｃが減少し、その減少量が電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２の上昇分よりも大きな電圧減少効果をもっているため、窒化物半導体発光素子全体としての動作電圧が低下したためと考えられる。
【００７４】
＜実施例３＞
本発明の実施例３による窒化物半導体発光素子の製造方法では、ＩＴＯからなる電流拡散層の成膜後の第２アニールのアニール温度を、実施例１および実施例２に比べて更に下げ、真空雰囲気中で４１０℃において５分間行なった。その結果、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２は１５Ω／□と高くなる一方、ＩＴＯからなる電流拡散層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃは０．０３Ω・ｃｍ２と減少する。また、この実施例３の１２０ｍＡにおける光出力は最も高くなっており、動作電圧も最も低くなっていることから、第２アニールのアニール温度が最適化されていることが分かる。
【００７５】
＜実施例４＞
本発明の実施例４による窒化物半導体発光素子の製造方法では、ＩＴＯからなる電流拡散層の成膜後の第２アニールのアニール温度を、実施例１〜３に比べて更に下げ、真空雰囲気中で３８０℃において５分間行なった。その結果、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２は２０Ω／□と高くなる一方、ＩＴＯからなる電流拡散層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃも０．０５Ω・ｃｍ２と、実施例２および実施例３に較べて増加した。このように電流拡散層とｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃが実施例２および実施例３の場合と異なって上昇したのは、第２アニールのアニール温度が一定範囲より低くなると、電流拡散層とｐ型コンタクト層との界面の接合が悪くなったためと考えられる。また、電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２と電流拡散層とｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃの両方の抵抗値の上昇によって、窒化物半導体発光素子全体の動作電圧も上昇した。また、実施例２および実施例３と比べて光出力が低下したのは、第２アニールのアニール温度が最適値より低いためＩＴＯの透過率が悪くなったためと考えられる。
【００７６】
上述の実施例１〜４の第２アニールのアニール温度範囲内における、アニール温度と電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２との関係およびアニール温度と電流拡散層とｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃとの関係を図８に示す。
【００７７】
図８から明らかなように第２アニールのアニール温度は、３８０℃〜４５０℃の間であれば、従来より光出力が高く、且つ、コンタクト抵抗Ｒｃも低くすることができるので、窒化物半導体発光素子の動作電圧も低減することが可能となる。第２アニールのアニール温度は、４１０℃〜４３０℃の間でｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗Ｒｃが最適化され、４１０℃付近でのコンタクト抵抗Ｒｃが最も低い値となる。
【００７８】
上記実施例１〜４のように、第２アニールのアニール温度を最適化することにより、窒化物半導体発光素子を、１００ｍＡ以上の大電流で通電する際、電流拡散が良くなり、光の取出効率に優れるともに、動作電圧の低減も実現でき、優れた外部量子効率と電気特性を有する窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００７９】
さらに上記実施例１〜４に、ｐ側電極パッド、ｐ側枝電極、ｎ側電極パッドおよびｎ側枝電極の直下に絶縁の非注入層を設けることで、より効果的な特性改善も期待できる。
【００８０】
＜実施例５＞
本発明の実施例５においては、全てのパラメタを最適化したＸ＝５１２μｍ、Ｙ＝４６１μｍ、Ｙ／Ｘ＝０．９、およびＲｓ２／Ｒｓ１＝３（図４参照）の条件下で、実施例１の場合と同じチップ面積を有しかつ図３（Ｃ）の電極パターンを有する窒化物半導体発光素子が作製された。この実施例５の発光素子において、表１に示されているように、電力効率および光出力とも最良い結果が得られた。
【００８１】
以上において本発明の実施形態およびそれに基づく実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態およびそれに基づく実施例に開示された種々の技術的事項を適宜に選択して組み合わせることをも予定している。また、今回開示された実施形態およびそれに基づく実施例は、すべての点で例示であって限定的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の実施形態およびそれに基づく実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明により、窒化物半導体発光素子の電流拡散効率を向上させるとともに、コンタクト抵抗をも低減でき、大きな駆動電流密度においても発光均一性と高い光出力を得ながら、動作電圧を低減させることができ、そのように改善された窒化物半導体発光素子はＬＥＤ照明、液晶ＴＶのバックライトなどに好ましく利用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ 基板、３ ｎ型窒化物半導体層、４ 活性層、５ ｐ型クラッド層、６ ｐ型コンタクト層、７ 電流拡散層、８ ｐ側電極パッド、８ａ ｐ側枝電極、９ ｎ側電極パッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上面上の窒化物半導体領域内において１以上のｎ型窒化物半導体層、活性層、および１以上のｐ型窒化物半導体層をこの順に含み、
前記ｎ型窒化物半導体層は前記ｐ型窒化物半導体層側からのエッチングによって形成された部分的露出領域を有し、
前記ｎ型窒化物半導体層の前記部分的露出領域にはｎ側電極パッドが形成されており、
前記ｐ型窒化物半導体層上には電流拡散層が形成されており、
前記電流拡散層上にはｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極が形成されており、
前記電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２が前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高く、
前記電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２と前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、
Ｒｓ２＝ｘ×Ｒｓ１（但し、１．５≦ｘ≦４）
にあることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１は、１０Ω／□未満であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｎ型窒化物半導体層の前記部分的露出領域上には前記ｎ側電極パッドおよびそれから延びるｎ側枝電極が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板上面上の前記窒化物半導体領域内において前記ｎ型窒化物半導体層の前記部分的露出領域は前記ｐ側電極パッドおよびそれから延びる前記ｐ側枝電極に囲まれた略中央部に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ側電極パッドおよびそれから延びる前記ｐ側枝電極の下部に形成されている前記電流拡散層と前記ｐ型窒化物半導体層の間に電流非注入層が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体発光素子は１００ｍＡ以上の大電流にて駆動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記窒化物半導体領域は矩形形状であって、前記ｐ側電極パッドの中心と前記ｎ側電極パッドの中心を直線で結んだときに、この直線と平行な前記窒化物半導体領域の辺の長さをＹとして前記直線に垂直な辺の長さをＸとすれば、０．８≦Ｙ/Ｘ＜１の条件を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
Ｙ/Ｘ＝０．９の条件を満たすことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記ｐ側電極パッド及び前記ｎ側電極パッドが前記窒化物半導体領域の長辺方向の中央において短辺方向に並んで配置され、前記ｐ側パッドに比べて前記ｎ側電極パットが前記窒化物半導体領域の中央近くに配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
基板上面上の窒化物半導体領域内において１以上のｎ型窒化物半導体層、活性層、および１以上のｐ型窒化物半導体層をこの順に形成する工程と、
前記ｐ型窒化物半導体層の一部をエッチングすることにより前記ｎ型窒化物半導体層の部分的露出領域を形成する工程と、
前記ｎ型窒化物半導体層の前記部分的露出領域にｎ側電極パッドを形成する工程と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に電流拡散層を形成する工程と、
前記電流拡散層上にｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極を形成する工程と、を少なくとも有する窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記電流拡散層をアニールすることにより、前記電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高くすることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２と前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、
Ｒｓ２＝ｘ×Ｒｓ１（但し、１．５≦ｘ≦４）
になるように前記電流拡散層をアニールすることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記ｎ型１０または１１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記電流拡散層のアニールは３８０〜４５０℃の温度範囲にて行うことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記電流拡散層のアニールは４１０〜４３０℃の温度範囲にて行うことを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記電流拡散層のアニールは略４１０℃の温度にて行うことを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
基板上面上の窒化物半導体領域内において１以上のｎ型窒化物半導体層、活性層、および１以上のｐ型窒化物半導体層をこの順に含み、
前記ｎ型窒化物半導体層は前記ｐ型窒化物半導体層側からのエッチングによって形成された部分的露出領域を有し、
前記ｎ型窒化物半導体層の前記部分的露出領域にはｎ側電極パッドが形成されており、
前記ｐ型窒化物半導体層上には電流拡散層が形成されており、
前記電流拡散層上にはｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極が形成されており、
前記電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２が前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高く、
前記電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２と前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、
Ｒｓ２＝ｘ×Ｒｓ１（但し、１．５≦ｘ≦４）
にあることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１は、１０Ω／□未満であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｎ型窒化物半導体層の前記部分的露出領域上には前記ｎ側電極パッドおよびそれから延びるｎ側枝電極が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板上面上の前記窒化物半導体領域内において前記ｎ型窒化物半導体層の前記部分的露出領域は前記ｐ側電極パッドおよびそれから延びる前記ｐ側枝電極に囲まれた略中央部に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ側電極パッドおよびそれから延びる前記ｐ側枝電極の下部に形成されている前記電流拡散層と前記ｐ型窒化物半導体層の間に電流非注入層が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体発光素子は１００ｍＡ以上の大電流にて駆動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記窒化物半導体領域は矩形形状であって、前記ｐ側電極パッドの中心と前記ｎ側電極パッドの中心を直線で結んだときに、この直線と平行な前記窒化物半導体領域の辺の長さをＹとして前記直線に垂直な辺の長さをＸとすれば、０．８≦Ｙ/Ｘ＜１の条件を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
Ｙ/Ｘ＝０．９の条件を満たすことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記ｐ側電極パッド及び前記ｎ側電極パッドが前記窒化物半導体領域の長辺方向の中央において短辺方向に並んで配置され、前記ｐ側パッドに比べて前記ｎ側電極パットが前記窒化物半導体領域の中央近くに配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
基板上面上の窒化物半導体領域内において１以上のｎ型窒化物半導体層、活性層、および１以上のｐ型窒化物半導体層をこの順に形成する工程と、
前記ｐ型窒化物半導体層の一部をエッチングすることにより前記ｎ型窒化物半導体層の部分的露出領域を形成する工程と、
前記ｎ型窒化物半導体層の前記部分的露出領域にｎ側電極パッドを形成する工程と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に電流拡散層を形成する工程と、
前記電流拡散層上にｐ側電極パッドおよびそれから延びるｐ側枝電極を形成する工程と、を少なくとも有する窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記電流拡散層をアニールすることにより、前記電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２を前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１よりも高くすることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記電流拡散層のシート抵抗Ｒｓ２と前記ｎ型窒化物半導体層のシート抵抗Ｒｓ１との関係が、
Ｒｓ２＝ｘ×Ｒｓ１（但し、１．５≦ｘ≦４）
になるように前記電流拡散層をアニールすることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記ｎ型１０または１１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記電流拡散層のアニールは３８０〜４５０℃の温度範囲にて行うことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記電流拡散層のアニールは４１０〜４３０℃の温度範囲にて行うことを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記電流拡散層のアニールは略４１０℃の温度にて行うことを特徴とする請求項１４に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１６７７１（Ｐ２０１２−２１６７７１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０９３８（Ｐ２０１２−１０９３８）
【出願日】平成２４年１月２３日（２０１２．１．２３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月２３日（２０１２．１．２３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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