ＧａＮ系ＬＥＤ素子
【課題】ｎ側メタル電極の延伸部を通してｎ型導電層に流れる電流を増加させたＧａＮ系ＬＥＤ素子を提供する。
【解決手段】ＧａＮ系ＬＥＤ素子は、複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれる。該ｐ型導電層の上面にはｐ側電極およびｎ側メタル電極が互いに重ならないように設けられ、該ｐ側電極は透光性を有する部分を有し、該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、該半導体積層体には該ｐ型導電層の上面に開口しその底部に該ｎ型導電層が露出する穴が設けられ、少なくとも該延伸部の一部が該穴を通して該ｎ型導電層に接することにより該ｎ側メタル電極と該ｎ型導電層とが電気的に接続されている。
【解決手段】ＧａＮ系ＬＥＤ素子は、複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれる。該ｐ型導電層の上面にはｐ側電極およびｎ側メタル電極が互いに重ならないように設けられ、該ｐ側電極は透光性を有する部分を有し、該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、該半導体積層体には該ｐ型導電層の上面に開口しその底部に該ｎ型導電層が露出する穴が設けられ、少なくとも該延伸部の一部が該穴を通して該ｎ型導電層に接することにより該ｎ側メタル電極と該ｎ型導電層とが電気的に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系半導体を用いて構成されたｐｎ接合型の発光構造を備えるＧａＮ系ＬＥＤ素子に関する。ＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、窒化物半導体などとも呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
ｐｎ接合型の発光構造を有するＧａＮ系ＬＥＤ素子、とりわけ、ｎ型導電層とｐ型導電層との間に活性層を有するダブルヘテロ型のＧａＮ系ＬＥＤ素子は、近紫外〜緑の波長域の光を高い効率で発生させることができる。高効率のＧａＮ系ＬＥＤ素子に蛍光体を組み合わせて構成した白色発光装置が、液晶ディスプレイのバックライトユニット用光源や照明用光源として実用化されている。
【０００３】
一般的なＧａＮ系ＬＥＤ素子は、サファイア基板上にＭＯＶＰＥ法によりＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させる工程を経て製造される。この工程では、サファイア基板上にバッファ層を介してｎ型導電層が形成され、そのｎ型導電層の上に活性層とｐ型導電層が順次形成される。電極は、ｐ型導電層の表面と、ｐ型導電層側に露出するｎ型導電層の表面とに、それぞれ形成される。ｎ側電極は、通常はメタル電極である。ｐ側電極は、導電性酸化物からなる透光性電極とメタル電極との組み合せによって構成される。メタル電極には、ボンディングワイヤ等が接続できるよう、接続部が設けられる。大型のＬＥＤ素子では、素子内で電流が横方向（ＧａＮ系半導体膜の厚さ方向と直交する方向）に広がるのを補助するために、ｎ側とｐ側のいずれかまたは両方のメタル電極に、接続部に加え延伸部が設けられる（特許文献１〜５）。延伸部はライン状、櫛状、ネット状など、種々の形状に形成され得る。ライン状の延伸部は、腕（アーム）あるいは指（フィンガー）に喩えられる場合がある。
【０００４】
ＭＯＶＰＥ法を用いてｐ型導電層を成長させるときの温度を８００℃程度の低温とすると、その表面は多数のピットが形成された粗化面（textured surface）となる（非特許文献１）。エッチバック法を用いることによって、この粗化面の任意の一部を平坦化することが可能である（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６４９３０号公報
【特許文献２】特表２００３−５２４２９５号公報
【特許文献３】特開２００１−３４５４８０号公報
【特許文献４】特開２００４−２２１５２９号公報
【特許文献５】特開２００４−５６１０９号公報
【特許文献６】特開２００６−１９６６９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】L.W. Wu et al., Solid-State Electronics, 47, 2027 (2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
接続部と延伸部を有するｎ側メタル電極を、その全体がｎ型導電層と接するように設けたＧａＮ系ＬＥＤ素子では、該接続部に接合されるボンディングワイヤからｎ側メタル電
極に供給される電流の多くが接続部から直にｎ型導電層に流れ込み、延伸部を経由してｎ型導電層に流れる電流は少ないと考えられる。なぜなら、ｎ型のＧａＮ系半導体は比較的高い導電性を有しており、電極材料との接触抵抗も低いからであり、さらに、ＧａＮ系ＬＥＤ素子では、そのようなｎ型ＧａＮ系半導体からなるｎ型導電層が比較的厚く形成される（通常２μｍ以上）からである。単純化していえば、ｎ型導電層の抵抗が低いので、電流がｎ側電極からｎ型導電層に容易に流れ出すのである。
【０００８】
本願発明はかかる考察に基づきなされたものであり、ｎ側メタル電極の延伸部を通してｎ型導電層に流れる電流を増加させたＧａＮ系ＬＥＤ素子を提供することを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の好ましい実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子は、下記構成を備える。
（１）複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれるＧａＮ系ＬＥＤ素子であって；該ｐ型導電層の上面にはｐ側電極およびｎ側メタル電極が互いに重ならないように設けられ、該ｐ側電極は透光性を有する部分を有し、該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、該半導体積層体には該ｐ型導電層の上面に開口しその底部に該ｎ型導電層が露出する穴が設けられ、少なくとも該延伸部の一部が該穴を通して該ｎ型導電層に接することにより該ｎ側メタル電極と該ｎ型導電層とが電気的に接続されている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（２）前記ｎ側メタル電極と前記ｎ型導電層との総接触面積が、当該ｎ側メタル電極に含まれる前記接続部の総面積と同等以上である、前記（１）記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（３）前記延伸部がＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌで形成された高導電層を含む、前記（１）または（２）記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（４）前記半導体積層体より低い屈折率を有する絶縁膜が、前記ｎ側メタル電極と前記ｐ型導電層との間を絶縁している前記（１）〜（３）のいずれか記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（５）前記ｐ型導電層の上面のうち、前記ｎ側メタル電極が形成された領域が選択的に平坦化されており、その他の領域は粗化されている、前記（１）〜（４）のいずれか記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【００１０】
本発明の他の好ましい実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子は、下記構成を備える。
（６）複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれ、該ｐ型導電層の上面にはｐ側電極が設けられ、該ｐ型導電層側に一部露出した該ｎ型導電層の表面にはｎ側メタル電極が設けられるＧａＮ系ＬＥＤ素子であって；該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、該延伸部と該ｎ型導電層との間には互いに孤立した複数のオーミック接触部が設けられている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（７）前記延伸部と前記ｎ型導電層との間のオーミック接触界面の面積が、前記延伸部と前記ｎ型導電層との物理的接触面積よりも小さい、前記（６）記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（８）開口部を有する絶縁膜が前記延伸部と前記ｎ型導電層との間に挿入され、前記延伸部と前記ｎ型導電層とが該開口部を通して接触している、前記（６）記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（９）前記延伸部がＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌで形成された高導電層を含む、前記（６）〜（８）のいずれか記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１０）前記延伸部と前記ｎ型導電層との間に設けられたオーミック接触界面の面積が、
前記接続部から離れるにつれ大きくなっている、前記（６）〜（９）のいずれか記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態に係る上記ＧａＮ系ＬＥＤ素子では、延伸部を通してｎ型導電層に流れる電流が増加するように、ｎ側メタル電極とｎ型導電層との接触を制限しているので、ｎ側メタル電極からｎ型導電層に供給される電流が延伸部を通して接続部から離れた部位まで十分に行き渡る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ１−Ｘ１線の位置における断面図である。
【図２】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図２（ｃ）は図１（ａ）のＹ１１−Ｙ１１線の位置における断面図であり、図２（ｄ）は図１（ａ）のＹ１２−Ｙ１２線の位置における断面図である。
【図３】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図３（ｅ）は図１（ａ）のＹ１３−Ｙ１３線の位置における断面図であり、図３（ｆ）は図１（ａ）のＹ１４−Ｙ１４線の位置における断面図である。
【図４】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子に含まれるメタル電極のみを抜き出して表示しており、図４（ａ）はｎ側メタル電極の平面図、図４（ｂ）はｐ側メタル電極の平面図である。
【図５】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】平坦化工程を含むＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８】平坦化工程を含むＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９】平坦化工程を含むＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１０】第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ２−Ｘ２線の位置における断面図である。ただし、接触制限膜２８０には図１２（ａ）に示す開口パターンが設けられている。
【図１１】第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子に含まれるメタル電極のみを抜き出して表示しており、図１１（ａ）はｎ側メタル電極の平面図、図１１（ｂ）はｐ側メタル電極の平面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、接触制限膜に設けられる開口パターンを例示する平面図である。
【図１３】第３実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＸ３−Ｘ３線の位置における断面図である。ただし、接触制限膜２８０には図１２（ａ）に示す開口パターンが設けられている。
【図１４】第３実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、それぞれ、図１３（ａ）のＹ３１−Ｙ３１線およびＹ３２−Ｙ３２線の位置における断面図である。
【図１５】第３実施形態の変形に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子に含まれるメタル電極のみを抜き出して表示しており、図１５（ａ）はｎ側メタル電極の平面図、図１５（ｂ）はｐ側メタル電極の平面図である。
【００１３】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の構造を図１〜図３に示す。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ１−Ｘ１線の位置における断面図である。また、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図３（ｅ）および図３（ｆ）は、それぞれ、図１（ａ）のＹ１１−Ｙ１１線、Ｙ１２−Ｙ１２線、Ｙ１３−Ｙ１３線およびＹ１４−Ｙ１４線の位置における断面図である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、基板１１０上に半導体積層体１２０を有している。半導体積層体１２０は、基板１１０側から順に、それぞれがＧａＮ系半導体からなるｎ型導電層１２１、活性層１２２およびｐ型導電層１２３を含んでいる。これらの層は、それぞれが積層構造を有していてもよい。
【００１４】
半導体積層体１２０の上面には、ｎ側メタル電極１３０と透光性電極１４０が、互いに重ならないように設けられている。ｎ側メタル電極１３０とｐ型導電層１２３とは絶縁膜１６０によって隔てられている。透光性電極１４０上にはｐ側メタル電極１５０が部分的に形成されている。透光性電極１４０とｐ側メタル電極１５０とがｐ側電極を構成している。
【００１５】
ｎ側メタル電極１３０のみを抜き出して表示した平面図が図４（ａ）、ｐ側メタル電極１５０のみを抜き出して表示した平面図が図４（ｂ）である。ｎ側メタル電極１３０は、接続部１３１および該接続部から延びるライン状の延伸部１３２とから構成されている。ｐ側メタル電極１５０は、接続部１５１および該接続部から延びる２本の延伸部１５２とから構成されている。ｐ側メタル接続部１５０の延伸部１５２は、２つの真直ぐなライン状部分１５２ａ、１５２ｂが直角をなすように組み合さった形状にパターニングされている。なお、本発明または本明細書でラインという場合には、真直ぐなラインだけではなく、曲がったラインを含むものとする。
【００１６】
ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１５０がそれぞれ有する接続部１３１、１５１には、ＬＥＤ素子１００を実装する際に、ボンディングワイヤ、ハンダ、導電ペースト、メタルバンプなどが接続される。接続部１３１、１５１の平面形状は矩形に限定されるものではなく、円形、楕円形などであってもよい。接続部１３１、１５１の平面形状が正方形の場合、その１辺は６０〜１２０μｍの範囲内であることが好ましい。接続部の平面形状が円形の場合、その直径は６０〜１２０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００１７】
ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１５０のそれぞれの延伸部１３２、１５２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのような導電率の高い金属で形成された高導電層を含むことが好ましい。高導電層の厚さは好ましくは１μｍ〜１０μｍ、特に２μｍ〜５μｍである。また、高導電層の幅（ライン幅）は７μｍ〜３０μｍとし得るが、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。機械的な安定性の観点から、延伸部１３２、１５２は、高さ（厚さ）よりも幅を大きくすることが好ましい。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、半導体積層体１２０にはｐ型導電層１２３の上面に開口する穴１２０Ｈが設けられている。穴１２０Ｈはｎ側メタル電極１３０の延伸部の下方に配置されており、その側壁は絶縁膜１６０で覆われている。穴１２０Ｈの底は絶縁膜１６０に覆われておらず、露出したｎ型導電層１２１とｎ側メタル電極の延伸部１３２とが接触している。ｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２１との接点は、この穴１２０Ｈの底にのみ設けられている。
【００１９】
穴１２０Ｈの開口形状は、円形、正方形、正六角形、正八角形などであり得る。穴１２０Ｈは、半導体積層体１２０の積層方向に直交する平面で切断したときの断面積が、底面から開口部に向かって広くなるように、側壁が傾斜していることが望ましい。側壁をこのように傾斜させることによって、ｎ側メタル電極１３０の膜厚が極端に薄くなった部分が該側壁上に形成されるのを防ぐことができる。
【００２０】
ｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２１との接触面積の総和（以下、総接触面積ともいう）は、半導体積層体１２０に設ける穴１２０Ｈの数と、ひとつひとつの穴１２０Ｈの中にあるｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２１の接触部の面積とを調節することにより、設定することができる。ｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２１の総接触面積が小さ過ぎると、接触抵抗が高くなるので、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の順方向電圧が高くなる。順方向電圧の増加を防ぐためには、ひとつのｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２３との総接触面積を、当該ひとつのｎ側メタル電極に含まれる接続部１３１の面積と同等以上とすることが望ましい。
【００２１】
ｐ側メタル電極１２３の接続部の直下には、透光性電極１４０とｐ型導電層１２３との接触を妨げる電流ブロック層１７０が設けられている。電流ブロック層１７０の直下ではｐ型キャリアの注入が抑制されることから、活性層１２２で発光が生じない。該領域で生じる光は、ｐ側メタル電極１２３の接続部による強い遮蔽および吸収を受けるので、その発生を抑制した方が発光効率改善の観点から望ましいのである。
【００２２】
以下では、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の製造手順の一例を、工程断面図を参照しながら説明する。なお、実際にはウェハサイズの基板上に複数のＬＥＤ素子を形成するところ、工程断面図では便宜のために１個のＬＥＤ素子の断面のみを示す。
【００２３】
まず、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長に使用可能なウェハサイズ（例えば、直径２インチ）の基板１１０を準備する（図５（ａ））。好ましく使用できる基板として、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ２）、ＬＡＯ（ＬａＡｌＯ３）などからなる単結晶基板が挙げられる。特に好ましい基板のひとつは、ＧａＮ系半導体を成長させるべき表面に、光散乱を発生させるための凸部または凹部がエッチング加工により形成された、ＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）である。
【００２４】
次に、準備した基板１１０上に、エピタキシャル成長法によってｎ型導電層１２１、活性層１２２、ｐ型導電層１２３を順次成長させて、半導体積層体１２０を形成する（図５（ｂ））。エピタキシャル成長法としては、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、スパッタリング法、反応性スパッタ法、その他の公知の方法を適宜用いることができる。
【００２５】
ＧａＮ系半導体にｎ型導電性またはｐ型導電性を付与するために添加することのできる不純物の種類については、公知技術を参照することができる。ｎ型導電層１２１は、好ましくは、Ｓｉ（ケイ素）を３×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３の濃度で添加したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）で、２〜６μｍの厚さに形成する。活性層１２２は、好ましくは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ）井戸層とＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）障壁層とを交互に積層した多重量子井戸層とする。活性層に添加することのできる不純物の種類および濃度、井戸層および障壁層の厚さなどについては、公知技術を参照することができる。
【００２６】
ｐ型導電層１２３は、好ましくは、Ｍｇ（マグネシウム）を５×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３の濃度で添加したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）で、０．０５〜２μｍの厚さに形成する。
【００２７】
基板１１０とｎ型導電層１２１の間、ｎ型導電層１２１と活性層１２２の間、活性層１２２とｐ型導電層１２３の間には、公知技術を参照して、様々な機能を有するＧａＮ系半導体層を挿入することができる。例えば、欠陥低減層、歪緩和層、キャップ層（分解防止層）、キャリアブロック層などである。挿入するＧａＮ系半導体層は、超格子のように多
層構造を有するものであってもよい。
【００２８】
半導体積層体１２０の形成が完了したら、図５（ｃ）に示すように、穴１２０Ｈを半導体積層体１２０の所定の位置に形成する。穴１２０Ｈの形成は、塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングによって行うことができる。エッチング深さは、穴１２０Ｈの底部にｎ型導電層１２１が露出するように設定する。なお、図５（ｃ）の例では、穴１２０Ｈの形成と同時に、素子分離溝が形成されている。素子分離溝は、ウェハ上の各素子を電気的に孤立させるために素子間に設ける溝である。ＬＥＤ素子の場合、素子分離溝は活性層が素子毎に孤立する深さに形成すればよいので、穴１２０Ｈの形成と同時に素子分離溝を形成することができる。素子分離溝は穴１２０Ｈの形成とは別途の工程で形成してもよく、その場合には、基板に達する深さに形成しても構わない。
【００２９】
穴１２０Ｈの形成後、図５（ｄ）に示すように、半導体積層体１２０の表面のうち、後の工程でｎ側メタル電極を形成する領域に、絶縁膜１６０を形成する。絶縁膜１６０は、穴１２０Ｈの側壁が覆われるように形成するが、穴１２０Ｈの底は完全に覆わないようにする。絶縁膜１６０の材料には、各種の金属酸化物または金属窒化物を特に制限なく使用することができる。例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、スピネル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などである。絶縁膜１６０のパターニングは通常のフォトリソグラフィ技法を用いて行うことができる。
【００３０】
好ましくは、絶縁膜１６０の屈折率を、半導体積層体１２０の屈折率よりも低くすると、半導体積層体１２０と絶縁膜１６０との界面で全反射が発生するので、絶縁膜１６０上に形成されるｎ側メタル電極１３０による光吸収を抑制することができる。屈折率が低いという点で、絶縁膜１６０に好ましく用いることができる材料は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、スピネル、酸化アルミニウム、酸窒化ケイ素などである。
【００３１】
絶縁膜１６０の形成の次は、図６（ｅ）に示すように、電流ブロック層１７０を形成する。電流ブロック層１７０に使用可能な材料は、絶縁膜１６０に使用可能と同じである。このことから、絶縁膜１６０と電流ブロック層１７０は、同じ材料を用いて同時に形成してもよい。
【００３２】
電流ブロック層１７０の形成後、図６（ｆ）に示すように、ｐ型導電層１２３の表面に、透光性電極１４０を形成する。透光性電極１４０は、一部が絶縁膜１６０と接しても構わない。透光性電極１４０の材料には、透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide）を好ましく用いることができる。ＩＴＯ、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの酸化インジウムベースのＴＣＯ、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）などの酸化亜鉛ベースのＴＣＯ、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）などの酸化錫ベースのＴＣＯは、いずれも使用することができる。透光性電極１４０の形成方法に限定はなく、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法など、公知の方法を適宜用いることができる。透光性電極１４０は、サブトラクティブ法とアディティブ法（リフトオフ法）のいずれを用いてパターニングしてもよい。透光性電極１４０がＩＴＯで、これをサブトラクティブ法によりパターニングする場合、エッチャントには塩酸あるいは塩化鉄水溶液などが使用できるので、絶縁膜１６０および電流ブロック層１７０には、該エッチャントに対し耐性を有するＳｉＯ２のような材料を用いればよい。
【００３３】
なお、電流ブロック層１７０は透光性電極１４０よりも前に形成しておく必要があるが、絶縁膜１６０と透光性電極１４０はいずれを先に形成してもよい。
【００３４】
透光性電極１４０の形成後、図６（ｇ）に示すように、ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１４０の形成を行う。形成の順序に特に限定はなく、ｎ側メタル電極１３０をｐ側メタル電極１４０より先に形成してもよいし、後に形成してもよい。ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１５０を同時に形成することも可能であり、その場合、両方の電極の断面構造と厚さは略同一となる。ｎ側メタル電極１３０は、ｐ側電極である透光性電極１４０と一部でも接触しないように形成しなくてはならない。ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１４０は、一方または両方を多層膜構造とすることができる。
【００３５】
ｎ側メタル電極１３０は、少なくともｎ型導電層１２１に接する部分を、ｎ型のＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成し得る材料で形成する。かかる材料として、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）などが例示される。これらの材料は合金として用いることもできる。近紫外〜青の波長域における反射率が高いことから、ＡｌおよびＡｌ合金は特に好ましい材料である。Ａｌ合金としては、Ｔｉ、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃｕ（銅）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒなどの添加元素を含むものが例示される。
【００３６】
ｎ側メタル電極１３０およびｐ側メタル電極１５０の表面層の材料は、ボンディングワイヤのボンダビリティを考慮して選択することができる。Ａｕワイヤのボンダビリティを高くするには、該表面層をＡｕまたはＡｌで形成することが好ましい。ｎ側メタル電極１３０およびｐ側メタル電極１５０には、ボンディングワイヤの代わりにハンダが接合されることもある。ハンダの濡れ性を高くするには、これらの電極の表面層をＡｕ、Ｐｔのような酸化し難い金属、あるいは、使用が予定されているハンダに含まれる成分金属で形成することが好ましい。前述の高導電層の上に、異なる材料からなる表面層を設ける場合には、これらの層の間で所望しない合金化反応が生じることのないように、高融点金属からなるバリア層を両層の間に設けてもよい。ワイヤボンダビリティやハンダの濡れ性を改善するための表面層は、接続部１３１、１５１にのみ設けることもできる。
【００３７】
ｐ側メタル電極１５０は、透光性電極１４０と接する部分を、Ａｌ、Ａｇ、白金族（Ｐｔ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ）のような反射率の高い金属で形成することができる。透光性電極１４０をＴＣＯで形成する場合には、該部分をＣｒ、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｗ（タングステン）のような、ＴＣＯに対する接着性の良好な金属で形成することが好ましい。
【００３８】
図示していないが、ウェハを分割してＬＥＤ素子をチップ（ダイともいう）にするダイシング工程の前に、半導体積層体１２０が形成された側のウェハ表面（メタル電極の接続部の表面を除く）に、絶縁性かつ透光性の保護膜を形成する。この保護膜の好ましい材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などである。ダイシングの方法については、公知技術を適宜参照することができる。
【００３９】
上記手順によって得られるＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、フェイスアップまたはフェイスダウン（フリップチップ）でパッケージに実装することができる。フェイスダウン（フリップチップ）実装した後、更に、レーザリフトオフ技法を用いて半導体積層体１２０から基板１１０を取り外すこともできる。
【００４０】
（第１実施形態の変形例）
基板１１０としてｃ面サファイア基板を用いる場合、半導体積層体１２０を形成する工程において、最後に成長させるｐ型導電層１２３を窒素雰囲気下、７００℃〜９００℃で成長させると、その表面には多数のピットが発生する。生成するピットの深さが０．１μｍ以上となるようすると、ＬＥＤ素子の光取出し効率が好ましく改善される。このピット
の発生には貫通転位が関与していることから、ＧａＮ基板のような、ＧａＮ系半導体との間の格子定数差の小さな結晶基板を用いた場合には、この方法でｐ型導電層１２３に粗化面を形成することはできない。かかる結晶基板を用いる場合には、平坦に成長したｐ型導電層１２３の表面をナノマスクを用いたエッチングによって粗化することにより、光取出し効率の改善を図ることができる。
【００４１】
ここで、ｐ型導電層１２３の粗化された表面上にｎ側メタル電極１３０を形成した場合、ｎ側メタル電極１３０の裏面がその粗化された表面の形状を反映した荒れた面となり、強い光吸収体となるという問題がある。そこで、エッチバック法を用いて、ｎ側メタル電極１３０を形成すべき領域だけを、予め平坦化することが望ましい。以下に、エッチバック法による平坦化の手順を、工程断面図を参照しながら説明する。
【００４２】
図７（ａ）は、前述の方法を含む任意の方法を用いてｐ型導電層１２３の表面全体を粗化したウェハの断面図（便宜上、１個の素子のみを表示）である。エッチバック法では、最初に、このｐ型導電層１２３の粗化された表面全体にエッチング停止膜Ａを形成する（図７（ｂ））。エッチング停止膜Ａは、メタルあるいはＳｉＯ２のような酸化物で形成することができる。次に、フォトリソグラフィ技法を用いて、図７（ｃ）に示すように、平坦化すべき領域の形状に合わせた開口部をエッチング停止膜Ａに形成する。開口部形成後、図８（ｄ）に示すように、起伏を平坦に埋め込むマスク層Ｂで粗化面を覆う。マスク層Ｂはフォトレジストを用いて形成することができる。
【００４３】
次に、マスク層Ｂの上からウェハをドライエッチする。このとき、エッチング停止膜Ａのエッチング速度がマスク層Ｂのエッチング速度よりも小さくなるように、かつ、マスク層ＢとＧａＮ系半導体（ｐ型導電層１２３）のエッチング速度が同等となるように、ドライエッチング条件を設定する。かかる条件を用いると、図８（ｅ）に示すように、エッチング停止膜Ａが存在する領域では、該エッチング停止膜Ａが露出したところでエッチングが止まる。一方、エッチング停止膜Ａが存在しない開口部では、マスク層Ｂとｐ型導電層１２３とが同じ速度でエッチングされるので、図８（ｆ）に示すように、マスク層Ｂが完全に除去された時点で、エッチング停止膜Ａで保護されていないｐ型導電層１２３の表面は平坦となる。
【００４４】
マスク層Ｂが完全に除去されたらドライエッチングを終了し、適当なエッチャントを用いてエッチング停止膜Ａを除去する（図９（ｇ））。その後の穴１２０Ｈを形成する工程からは、前述の第１実施形態と同様に行うことにより、図９（ｈ）に示すように、ｐ型導電層１２３の上面のうちｎ側メタル電極１３０が設けられた領域が選択的に平坦化され、他の領域は粗化されているＧａＮ系ＬＥＤ素子１０１を得ることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子２００の構造を図１０に示す。図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ２−Ｘ２線の位置における断面図である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子２００は、基板２１０上に半導体積層体２２０を有している。半導体積層体２２０は、基板２１０側から順に、それぞれがＧａＮ系半導体からなるｎ型導電層２２１、活性層２２２およびｐ型導電層２２３を含んでいる。
【００４６】
半導体積層体２２０の一部ではｐ型導電層２２３と活性層２２２が除去されてｎ型導電層２２１が露出している。ｎ型導電層２２１の露出面上には、接触制限膜２８０が形成されており、その上にｎ側メタル電極２３０が形成されている。ｐ型導電層２２３の上面には透光性電極２４０が略全面的に形成され、その上にｐ側メタル電極２５０が部分的に形成されている。透光性電極２４０とｐ側メタル電極２５０とがｐ側電極を構成している。
【００４７】
ｎ側メタル電極２３０のみを抜き出して表示した平面図が図１１（ａ）、ｐ側メタル電極２５０のみを抜き出して表示した平面図が図１１（ｂ）である。ｎ側メタル電極２３０は、接続部２３１および該接続部から延びるライン状の延伸部２３２とから構成されている。ｐ側メタル電極２５０も同様で、接続部２５１および該接続部から延びるライン状の延伸部２５２とから構成されている。
【００４８】
第２実施形態のＧａＮ系ＬＥＤ素子２００の構成上の特徴は、ｎ型導電層２２１とｎ側メタル電極２３０との間に設けられる接触制限膜２８０にある。接触制限膜２８０は絶縁性であり、開口部を有するパターンに形成されている。ｎ型導電層２２１とｎ側メタル電極２３０との接触は、接触制限膜２８０の開口部を通しての接触に限定されている。この開口部を主としてｎ側メタル電極の延伸部２３１とｎ型導電層２２１との間に配置することによって、ｎ側メタル電極２３０からｎ型導電層２２１に注入される電流に占める、延伸部２３２を通して注入される電流の比率の増大が図られている。
【００４９】
ＧａＮ系ＬＥＤ素子２００に含まれる接触制限膜２８０の平面形状の例を図１２（ａ）〜（ｃ）に示す。図１２（ａ）の接触制限膜２８０では、円形の開口部ＯＰが複数設けられている。図１０（ｂ）に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子２００の断面図は、接触制限膜２８０がこの図１２（ａ）に示す平面形状を有している場合の断面図である。
【００５０】
接触制限膜２８０を用いれば、ｎ側メタル電極２３０の延伸部２３１の幅を狭くすることなく、ｎ側メタル電極２３０とｎ型導電層２２１との接触に制限を加えることが可能であることが理解されよう。つまり、延伸部２３２の長手方向の電気抵抗を増加させることなく、接続部２３１やその近傍でｎ型導電層２２１に流れ込む電流を減少させることができるのである。延伸部２３２の電気抵抗が高いと、この効果が十分に発揮されないことから、延伸部２３２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのような導電率の高い金属で形成された高導電層を含むことが好ましい。この高導電層の厚さは好ましくは１μｍ〜１０μｍ、特に２μｍ〜５μｍである。また、この高導電層の幅（ライン幅）は７μｍ〜３０μｍとし得るが、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。機械的な安定性の観点から高導電層は高さ（厚さ）よりも幅を大きくすることが好ましい。ただし、メタル材料は活性層２２２で生じる光の吸収体となることから、高導電層の幅を広くし過ぎた場合にはＬＥＤ素子２００の光出力が低下するので、注意が必要である。
【００５１】
図１２（ｂ）に平面形状を示す接触制限膜２８０では、ｎ側メタル電極の延伸部２３２とｎ型導電層２２３との接触面積が、ｎ側メタル電極の接続部２３１から離れるにつれ大きくなるように、開口部ＯＰの面積を変化させてある。このような接触制限膜２８０を用いると、ｎ側メタル電極の延伸部２３２のライン幅を変えることなく、延伸部２３２とｎ型導電層２２１との接触面積を、接続部２３１からの距離に応じて変化させることができる。
【００５２】
図１２（ｃ）に示す例では、接触制限膜２８０に設けられる開口部ＯＰが幾何学的に閉じた形状ではない。すなわち、開口部ＯＰの輪郭線がループを描いていない。開口部ＯＰの平面形状がこの例のような開いた形状であっても、ｎ側メタル電極の延伸部２３２とｎ型導電層２２３との間に、互いに孤立した複数のオーミック接触部を形成するという目的が達成できることは、当業者であれば理解できるであろう。
【００５３】
接触制限膜２８０の材料には、各種の金属酸化物または金属窒化物を特に制限なく使用することができる。例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、スピネル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などである。接触制限膜２８０の厚さは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。接触制限膜２８０のパターニングは通常のフォトリソグラフィ技法を用いて行う
ことができる。
【００５４】
第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子２００に含まれる、上記において特に言及しなかった部位の好ましい態様は、第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子１００と同様である。
【００５５】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子２００では、触制限膜２８０が絶縁性の材料で形成されているが、その変形例では、この接触制限膜２８０を、ｎ型ＧａＮ系半導体に対する接触抵抗の高いメタル（以下、「非オーミックメタル」ともいう）で形成する。非オーミックメタルには、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）のような白金族、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）などがある。非オーミックメタルで形成した接触制限膜２８０は導体として働くことから、機能上は電極の一部ということができる。
【００５６】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子３００の構造を図１３および図１４に示す。図１３（ａ）は平面図であり、図１３（ｂ）、図１４（ｃ）および図１４（ｄ）は、それぞれ、図１３（ａ）のＸ３−Ｘ３線、Ｙ３１−Ｙ３１線およびＹ３２−Ｙ３２線の位置における断面図である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子３００は、基板３１０上に半導体積層体３２０を有している。半導体積層体３２０は、基板３１０側から順に、それぞれがＧａＮ系半導体からなるｎ型導電層３２１、活性層３２２およびｐ型導電層３２３を含んでいる。
【００５７】
半導体積層体３２０の一部ではｐ型導電層３２３と活性層３２２が除去されてｎ型導電層３２１が露出している。ｎ型導電層３２１の露出面上には、ｎ側電極３３０が形成されている。ｐ型導電層３２３の上面には透光性電極３４０が略全面的に形成され、その上にｐ側メタル電極３５０が部分的に形成されている。透光性電極３４０とｐ側メタル電極３５０とがｐ側電極を構成している。
【００５８】
ｎ側メタル電極３３０のみを抜き出して表示した平面図が図１５（ａ）、ｐ側メタル電極３５０のみを抜き出して表示した平面図が図１５（ｂ）である。ｎ側メタル電極３３０は、接続部３３１、第１延伸部３３２および２つの第２延伸部３３３とから構成されている。第１延伸部３３２は接続部３３１からライン状に延びている。第２延伸部は第１延伸部に接続されている。ｐ側メタル電極３５０は、接続部３５１および該接続部から延びる２つの延伸部３５２とから構成されている。
【００５９】
第３実施形態の特徴的な構成は、ｎ側メタル電極３３０のうちｎ型導電層３２１と接する部分が、接続部３３１および第１延伸部３３２では非オーミックメタルから構成されており、第２延伸部３３３ではオーミックメタルから構成されているところである。ここで、オーミックメタルとは、ｎ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成し得るメタルであり、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）などである。これらのメタルを主成分とする合金も、オーミックメタルとなり得る。非オーミックメタルについては、既に定義した通りである。
【００６０】
第３実施形態のＧａＮ系ＬＥＤ素子３００では、ｎ側メタル電極３３０からｎ型導電層３２１に流れる電流の実質的に全ては、第２延伸部３３３とｎ型導電層３２１との界面を通してｎ型導電層３２１に注入される。なぜなら、ｎ側メタル電極３３０のうち接続部３３１および第１延伸部３３２は、ｎ型導電層３２１と物理的には接触しているものの、これらの部分とｎ型導電層３２１との界面では、第２延伸部３３３とｎ型導電層３２１との界面よりも、接触抵抗が高いからである。換言すれば、第２延伸部３３３とｎ型導電層３
２１との界面だけがオーミック接触界面であり、接続部３３１とｎ型導電層３２１との界面および第１延伸部３３２とｎ型導電層３２１との界面はオーミック接触界面ではないからである。
【００６１】
ＧａＮ系ＬＥＤ素子３００では、図１３（ａ）および図１５（ａ）に示すように、ｎ側メタル電極３３０を上面視したとき、第２延伸部３３３が第１延伸部３３２と交差しているが、かかる構成は必須ではない。例えば、第１延伸部３３２と第２延伸部３３３とは、ｎ側メタル電極３３０を上面視したとき、第１延伸部３３２の下に第２延伸部３３３が完全に隠れるように設けることもできる。
【００６２】
第１延伸部３３２は、電気抵抗を低くするために、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのような導電率の高い金属で形成された高導電層を含むことが好ましい。この高導電層の厚さは好ましくは１μｍ〜１０μｍ、特に２μｍ〜５μｍである。また、この高導電層の幅（ライン幅）は７μｍ〜３０μｍとし得るが、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。第２延伸部３３３を第１延伸部３３１から分枝状に延ばす場合には、第２延伸部３３３中にも同様の高導電層を設けることが望ましい。高導電層をライン状に形成する場合には、機械的な安定性の観点から、その高さ（厚さ）よりも幅を大きくすることが好ましい。ただし、メタル材料は活性層３２２で生じる光の吸収体となることから、高導電層の幅は広くし過ぎないようにすべきである。
【００６３】
第３実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子３００に含まれる、上記において特に言及しなかった部位の好ましい態様は、第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子１００と同様である。
【００６４】
以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１００、２００、３００ ＧａＮ系ＬＥＤ素子
１１０、２１０、２１０ 基板
１２０、２２０、３１０ 半導体積層体
１２１、２２１、３２１ ｎ型導電層
１２２、２２２、３２２ 活性層
１２３、２２３、３２３ ｐ型導電層
１３０、２３０、３３０ ｎ側メタル電極
１３１、２３１、３３１ 接続部
１３２、２３２ 延伸部
３２２ 第１延伸部
３２３ 第２延伸部
１４０、２４０、３４０ 透光性電極
１５０、２５０、３５０ ｐ側メタル電極
１５１、２５１、３５１ 接続部
１５２、２５２、３５２ 延伸部
１６０ 絶縁膜
１７０、３７０ 電流ブロック層
２８０ 接触制限膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系半導体を用いて構成されたｐｎ接合型の発光構造を備えるＧａＮ系ＬＥＤ素子に関する。ＧａＮ系半導体は、一般式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、窒化物半導体などとも呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
ｐｎ接合型の発光構造を有するＧａＮ系ＬＥＤ素子、とりわけ、ｎ型導電層とｐ型導電層との間に活性層を有するダブルヘテロ型のＧａＮ系ＬＥＤ素子は、近紫外〜緑の波長域の光を高い効率で発生させることができる。高効率のＧａＮ系ＬＥＤ素子に蛍光体を組み合わせて構成した白色発光装置が、液晶ディスプレイのバックライトユニット用光源や照明用光源として実用化されている。
【０００３】
一般的なＧａＮ系ＬＥＤ素子は、サファイア基板上にＭＯＶＰＥ法によりＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させる工程を経て製造される。この工程では、サファイア基板上にバッファ層を介してｎ型導電層が形成され、そのｎ型導電層の上に活性層とｐ型導電層が順次形成される。電極は、ｐ型導電層の表面と、ｐ型導電層側に露出するｎ型導電層の表面とに、それぞれ形成される。ｎ側電極は、通常はメタル電極である。ｐ側電極は、導電性酸化物からなる透光性電極とメタル電極との組み合せによって構成される。メタル電極には、ボンディングワイヤ等が接続できるよう、接続部が設けられる。大型のＬＥＤ素子では、素子内で電流が横方向（ＧａＮ系半導体膜の厚さ方向と直交する方向）に広がるのを補助するために、ｎ側とｐ側のいずれかまたは両方のメタル電極に、接続部に加え延伸部が設けられる（特許文献１〜５）。延伸部はライン状、櫛状、ネット状など、種々の形状に形成され得る。ライン状の延伸部は、腕（アーム）あるいは指（フィンガー）に喩えられる場合がある。
【０００４】
ＭＯＶＰＥ法を用いてｐ型導電層を成長させるときの温度を８００℃程度の低温とすると、その表面は多数のピットが形成された粗化面（textured surface）となる（非特許文献１）。エッチバック法を用いることによって、この粗化面の任意の一部を平坦化することが可能である（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６４９３０号公報
【特許文献２】特表２００３−５２４２９５号公報
【特許文献３】特開２００１−３４５４８０号公報
【特許文献４】特開２００４−２２１５２９号公報
【特許文献５】特開２００４−５６１０９号公報
【特許文献６】特開２００６−１９６６９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】L.W. Wu et al., Solid-State Electronics, 47, 2027 (2003)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
接続部と延伸部を有するｎ側メタル電極を、その全体がｎ型導電層と接するように設けたＧａＮ系ＬＥＤ素子では、該接続部に接合されるボンディングワイヤからｎ側メタル電
極に供給される電流の多くが接続部から直にｎ型導電層に流れ込み、延伸部を経由してｎ型導電層に流れる電流は少ないと考えられる。なぜなら、ｎ型のＧａＮ系半導体は比較的高い導電性を有しており、電極材料との接触抵抗も低いからであり、さらに、ＧａＮ系ＬＥＤ素子では、そのようなｎ型ＧａＮ系半導体からなるｎ型導電層が比較的厚く形成される（通常２μｍ以上）からである。単純化していえば、ｎ型導電層の抵抗が低いので、電流がｎ側電極からｎ型導電層に容易に流れ出すのである。
【０００８】
本願発明はかかる考察に基づきなされたものであり、ｎ側メタル電極の延伸部を通してｎ型導電層に流れる電流を増加させたＧａＮ系ＬＥＤ素子を提供することを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の好ましい実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子は、下記構成を備える。
（１）複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれるＧａＮ系ＬＥＤ素子であって；該ｐ型導電層の上面にはｐ側電極およびｎ側メタル電極が互いに重ならないように設けられ、該ｐ側電極は透光性を有する部分を有し、該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、該半導体積層体には該ｐ型導電層の上面に開口しその底部に該ｎ型導電層が露出する穴が設けられ、少なくとも該延伸部の一部が該穴を通して該ｎ型導電層に接することにより該ｎ側メタル電極と該ｎ型導電層とが電気的に接続されている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（２）前記ｎ側メタル電極と前記ｎ型導電層との総接触面積が、当該ｎ側メタル電極に含まれる前記接続部の総面積と同等以上である、前記（１）記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（３）前記延伸部がＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌで形成された高導電層を含む、前記（１）または（２）記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（４）前記半導体積層体より低い屈折率を有する絶縁膜が、前記ｎ側メタル電極と前記ｐ型導電層との間を絶縁している前記（１）〜（３）のいずれか記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（５）前記ｐ型導電層の上面のうち、前記ｎ側メタル電極が形成された領域が選択的に平坦化されており、その他の領域は粗化されている、前記（１）〜（４）のいずれか記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【００１０】
本発明の他の好ましい実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子は、下記構成を備える。
（６）複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれ、該ｐ型導電層の上面にはｐ側電極が設けられ、該ｐ型導電層側に一部露出した該ｎ型導電層の表面にはｎ側メタル電極が設けられるＧａＮ系ＬＥＤ素子であって；該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、該延伸部と該ｎ型導電層との間には互いに孤立した複数のオーミック接触部が設けられている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（７）前記延伸部と前記ｎ型導電層との間のオーミック接触界面の面積が、前記延伸部と前記ｎ型導電層との物理的接触面積よりも小さい、前記（６）記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（８）開口部を有する絶縁膜が前記延伸部と前記ｎ型導電層との間に挿入され、前記延伸部と前記ｎ型導電層とが該開口部を通して接触している、前記（６）記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（９）前記延伸部がＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌで形成された高導電層を含む、前記（６）〜（８）のいずれか記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（１０）前記延伸部と前記ｎ型導電層との間に設けられたオーミック接触界面の面積が、
前記接続部から離れるにつれ大きくなっている、前記（６）〜（９）のいずれか記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態に係る上記ＧａＮ系ＬＥＤ素子では、延伸部を通してｎ型導電層に流れる電流が増加するように、ｎ側メタル電極とｎ型導電層との接触を制限しているので、ｎ側メタル電極からｎ型導電層に供給される電流が延伸部を通して接続部から離れた部位まで十分に行き渡る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ１−Ｘ１線の位置における断面図である。
【図２】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図２（ｃ）は図１（ａ）のＹ１１−Ｙ１１線の位置における断面図であり、図２（ｄ）は図１（ａ）のＹ１２−Ｙ１２線の位置における断面図である。
【図３】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図３（ｅ）は図１（ａ）のＹ１３−Ｙ１３線の位置における断面図であり、図３（ｆ）は図１（ａ）のＹ１４−Ｙ１４線の位置における断面図である。
【図４】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子に含まれるメタル電極のみを抜き出して表示しており、図４（ａ）はｎ側メタル電極の平面図、図４（ｂ）はｐ側メタル電極の平面図である。
【図５】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】平坦化工程を含むＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８】平坦化工程を含むＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９】平坦化工程を含むＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１０】第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ２−Ｘ２線の位置における断面図である。ただし、接触制限膜２８０には図１２（ａ）に示す開口パターンが設けられている。
【図１１】第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子に含まれるメタル電極のみを抜き出して表示しており、図１１（ａ）はｎ側メタル電極の平面図、図１１（ｂ）はｐ側メタル電極の平面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、接触制限膜に設けられる開口パターンを例示する平面図である。
【図１３】第３実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＸ３−Ｘ３線の位置における断面図である。ただし、接触制限膜２８０には図１２（ａ）に示す開口パターンが設けられている。
【図１４】第３実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示しており、図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、それぞれ、図１３（ａ）のＹ３１−Ｙ３１線およびＹ３２−Ｙ３２線の位置における断面図である。
【図１５】第３実施形態の変形に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子に含まれるメタル電極のみを抜き出して表示しており、図１５（ａ）はｎ側メタル電極の平面図、図１５（ｂ）はｐ側メタル電極の平面図である。
【００１３】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の構造を図１〜図３に示す。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ１−Ｘ１線の位置における断面図である。また、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図３（ｅ）および図３（ｆ）は、それぞれ、図１（ａ）のＹ１１−Ｙ１１線、Ｙ１２−Ｙ１２線、Ｙ１３−Ｙ１３線およびＹ１４−Ｙ１４線の位置における断面図である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、基板１１０上に半導体積層体１２０を有している。半導体積層体１２０は、基板１１０側から順に、それぞれがＧａＮ系半導体からなるｎ型導電層１２１、活性層１２２およびｐ型導電層１２３を含んでいる。これらの層は、それぞれが積層構造を有していてもよい。
【００１４】
半導体積層体１２０の上面には、ｎ側メタル電極１３０と透光性電極１４０が、互いに重ならないように設けられている。ｎ側メタル電極１３０とｐ型導電層１２３とは絶縁膜１６０によって隔てられている。透光性電極１４０上にはｐ側メタル電極１５０が部分的に形成されている。透光性電極１４０とｐ側メタル電極１５０とがｐ側電極を構成している。
【００１５】
ｎ側メタル電極１３０のみを抜き出して表示した平面図が図４（ａ）、ｐ側メタル電極１５０のみを抜き出して表示した平面図が図４（ｂ）である。ｎ側メタル電極１３０は、接続部１３１および該接続部から延びるライン状の延伸部１３２とから構成されている。ｐ側メタル電極１５０は、接続部１５１および該接続部から延びる２本の延伸部１５２とから構成されている。ｐ側メタル接続部１５０の延伸部１５２は、２つの真直ぐなライン状部分１５２ａ、１５２ｂが直角をなすように組み合さった形状にパターニングされている。なお、本発明または本明細書でラインという場合には、真直ぐなラインだけではなく、曲がったラインを含むものとする。
【００１６】
ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１５０がそれぞれ有する接続部１３１、１５１には、ＬＥＤ素子１００を実装する際に、ボンディングワイヤ、ハンダ、導電ペースト、メタルバンプなどが接続される。接続部１３１、１５１の平面形状は矩形に限定されるものではなく、円形、楕円形などであってもよい。接続部１３１、１５１の平面形状が正方形の場合、その１辺は６０〜１２０μｍの範囲内であることが好ましい。接続部の平面形状が円形の場合、その直径は６０〜１２０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００１７】
ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１５０のそれぞれの延伸部１３２、１５２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのような導電率の高い金属で形成された高導電層を含むことが好ましい。高導電層の厚さは好ましくは１μｍ〜１０μｍ、特に２μｍ〜５μｍである。また、高導電層の幅（ライン幅）は７μｍ〜３０μｍとし得るが、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。機械的な安定性の観点から、延伸部１３２、１５２は、高さ（厚さ）よりも幅を大きくすることが好ましい。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、半導体積層体１２０にはｐ型導電層１２３の上面に開口する穴１２０Ｈが設けられている。穴１２０Ｈはｎ側メタル電極１３０の延伸部の下方に配置されており、その側壁は絶縁膜１６０で覆われている。穴１２０Ｈの底は絶縁膜１６０に覆われておらず、露出したｎ型導電層１２１とｎ側メタル電極の延伸部１３２とが接触している。ｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２１との接点は、この穴１２０Ｈの底にのみ設けられている。
【００１９】
穴１２０Ｈの開口形状は、円形、正方形、正六角形、正八角形などであり得る。穴１２０Ｈは、半導体積層体１２０の積層方向に直交する平面で切断したときの断面積が、底面から開口部に向かって広くなるように、側壁が傾斜していることが望ましい。側壁をこのように傾斜させることによって、ｎ側メタル電極１３０の膜厚が極端に薄くなった部分が該側壁上に形成されるのを防ぐことができる。
【００２０】
ｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２１との接触面積の総和（以下、総接触面積ともいう）は、半導体積層体１２０に設ける穴１２０Ｈの数と、ひとつひとつの穴１２０Ｈの中にあるｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２１の接触部の面積とを調節することにより、設定することができる。ｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２１の総接触面積が小さ過ぎると、接触抵抗が高くなるので、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の順方向電圧が高くなる。順方向電圧の増加を防ぐためには、ひとつのｎ側メタル電極１３０とｎ型導電層１２３との総接触面積を、当該ひとつのｎ側メタル電極に含まれる接続部１３１の面積と同等以上とすることが望ましい。
【００２１】
ｐ側メタル電極１２３の接続部の直下には、透光性電極１４０とｐ型導電層１２３との接触を妨げる電流ブロック層１７０が設けられている。電流ブロック層１７０の直下ではｐ型キャリアの注入が抑制されることから、活性層１２２で発光が生じない。該領域で生じる光は、ｐ側メタル電極１２３の接続部による強い遮蔽および吸収を受けるので、その発生を抑制した方が発光効率改善の観点から望ましいのである。
【００２２】
以下では、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の製造手順の一例を、工程断面図を参照しながら説明する。なお、実際にはウェハサイズの基板上に複数のＬＥＤ素子を形成するところ、工程断面図では便宜のために１個のＬＥＤ素子の断面のみを示す。
【００２３】
まず、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長に使用可能なウェハサイズ（例えば、直径２インチ）の基板１１０を準備する（図５（ａ））。好ましく使用できる基板として、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ２）、ＬＡＯ（ＬａＡｌＯ３）などからなる単結晶基板が挙げられる。特に好ましい基板のひとつは、ＧａＮ系半導体を成長させるべき表面に、光散乱を発生させるための凸部または凹部がエッチング加工により形成された、ＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）である。
【００２４】
次に、準備した基板１１０上に、エピタキシャル成長法によってｎ型導電層１２１、活性層１２２、ｐ型導電層１２３を順次成長させて、半導体積層体１２０を形成する（図５（ｂ））。エピタキシャル成長法としては、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、スパッタリング法、反応性スパッタ法、その他の公知の方法を適宜用いることができる。
【００２５】
ＧａＮ系半導体にｎ型導電性またはｐ型導電性を付与するために添加することのできる不純物の種類については、公知技術を参照することができる。ｎ型導電層１２１は、好ましくは、Ｓｉ（ケイ素）を３×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３の濃度で添加したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）で、２〜６μｍの厚さに形成する。活性層１２２は、好ましくは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ）井戸層とＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）障壁層とを交互に積層した多重量子井戸層とする。活性層に添加することのできる不純物の種類および濃度、井戸層および障壁層の厚さなどについては、公知技術を参照することができる。
【００２６】
ｐ型導電層１２３は、好ましくは、Ｍｇ（マグネシウム）を５×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３の濃度で添加したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）で、０．０５〜２μｍの厚さに形成する。
【００２７】
基板１１０とｎ型導電層１２１の間、ｎ型導電層１２１と活性層１２２の間、活性層１２２とｐ型導電層１２３の間には、公知技術を参照して、様々な機能を有するＧａＮ系半導体層を挿入することができる。例えば、欠陥低減層、歪緩和層、キャップ層（分解防止層）、キャリアブロック層などである。挿入するＧａＮ系半導体層は、超格子のように多
層構造を有するものであってもよい。
【００２８】
半導体積層体１２０の形成が完了したら、図５（ｃ）に示すように、穴１２０Ｈを半導体積層体１２０の所定の位置に形成する。穴１２０Ｈの形成は、塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングによって行うことができる。エッチング深さは、穴１２０Ｈの底部にｎ型導電層１２１が露出するように設定する。なお、図５（ｃ）の例では、穴１２０Ｈの形成と同時に、素子分離溝が形成されている。素子分離溝は、ウェハ上の各素子を電気的に孤立させるために素子間に設ける溝である。ＬＥＤ素子の場合、素子分離溝は活性層が素子毎に孤立する深さに形成すればよいので、穴１２０Ｈの形成と同時に素子分離溝を形成することができる。素子分離溝は穴１２０Ｈの形成とは別途の工程で形成してもよく、その場合には、基板に達する深さに形成しても構わない。
【００２９】
穴１２０Ｈの形成後、図５（ｄ）に示すように、半導体積層体１２０の表面のうち、後の工程でｎ側メタル電極を形成する領域に、絶縁膜１６０を形成する。絶縁膜１６０は、穴１２０Ｈの側壁が覆われるように形成するが、穴１２０Ｈの底は完全に覆わないようにする。絶縁膜１６０の材料には、各種の金属酸化物または金属窒化物を特に制限なく使用することができる。例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、スピネル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などである。絶縁膜１６０のパターニングは通常のフォトリソグラフィ技法を用いて行うことができる。
【００３０】
好ましくは、絶縁膜１６０の屈折率を、半導体積層体１２０の屈折率よりも低くすると、半導体積層体１２０と絶縁膜１６０との界面で全反射が発生するので、絶縁膜１６０上に形成されるｎ側メタル電極１３０による光吸収を抑制することができる。屈折率が低いという点で、絶縁膜１６０に好ましく用いることができる材料は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、スピネル、酸化アルミニウム、酸窒化ケイ素などである。
【００３１】
絶縁膜１６０の形成の次は、図６（ｅ）に示すように、電流ブロック層１７０を形成する。電流ブロック層１７０に使用可能な材料は、絶縁膜１６０に使用可能と同じである。このことから、絶縁膜１６０と電流ブロック層１７０は、同じ材料を用いて同時に形成してもよい。
【００３２】
電流ブロック層１７０の形成後、図６（ｆ）に示すように、ｐ型導電層１２３の表面に、透光性電極１４０を形成する。透光性電極１４０は、一部が絶縁膜１６０と接しても構わない。透光性電極１４０の材料には、透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide）を好ましく用いることができる。ＩＴＯ、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの酸化インジウムベースのＴＣＯ、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）などの酸化亜鉛ベースのＴＣＯ、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）などの酸化錫ベースのＴＣＯは、いずれも使用することができる。透光性電極１４０の形成方法に限定はなく、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法など、公知の方法を適宜用いることができる。透光性電極１４０は、サブトラクティブ法とアディティブ法（リフトオフ法）のいずれを用いてパターニングしてもよい。透光性電極１４０がＩＴＯで、これをサブトラクティブ法によりパターニングする場合、エッチャントには塩酸あるいは塩化鉄水溶液などが使用できるので、絶縁膜１６０および電流ブロック層１７０には、該エッチャントに対し耐性を有するＳｉＯ２のような材料を用いればよい。
【００３３】
なお、電流ブロック層１７０は透光性電極１４０よりも前に形成しておく必要があるが、絶縁膜１６０と透光性電極１４０はいずれを先に形成してもよい。
【００３４】
透光性電極１４０の形成後、図６（ｇ）に示すように、ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１４０の形成を行う。形成の順序に特に限定はなく、ｎ側メタル電極１３０をｐ側メタル電極１４０より先に形成してもよいし、後に形成してもよい。ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１５０を同時に形成することも可能であり、その場合、両方の電極の断面構造と厚さは略同一となる。ｎ側メタル電極１３０は、ｐ側電極である透光性電極１４０と一部でも接触しないように形成しなくてはならない。ｎ側メタル電極１３０とｐ側メタル電極１４０は、一方または両方を多層膜構造とすることができる。
【００３５】
ｎ側メタル電極１３０は、少なくともｎ型導電層１２１に接する部分を、ｎ型のＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成し得る材料で形成する。かかる材料として、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）などが例示される。これらの材料は合金として用いることもできる。近紫外〜青の波長域における反射率が高いことから、ＡｌおよびＡｌ合金は特に好ましい材料である。Ａｌ合金としては、Ｔｉ、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃｕ（銅）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒなどの添加元素を含むものが例示される。
【００３６】
ｎ側メタル電極１３０およびｐ側メタル電極１５０の表面層の材料は、ボンディングワイヤのボンダビリティを考慮して選択することができる。Ａｕワイヤのボンダビリティを高くするには、該表面層をＡｕまたはＡｌで形成することが好ましい。ｎ側メタル電極１３０およびｐ側メタル電極１５０には、ボンディングワイヤの代わりにハンダが接合されることもある。ハンダの濡れ性を高くするには、これらの電極の表面層をＡｕ、Ｐｔのような酸化し難い金属、あるいは、使用が予定されているハンダに含まれる成分金属で形成することが好ましい。前述の高導電層の上に、異なる材料からなる表面層を設ける場合には、これらの層の間で所望しない合金化反応が生じることのないように、高融点金属からなるバリア層を両層の間に設けてもよい。ワイヤボンダビリティやハンダの濡れ性を改善するための表面層は、接続部１３１、１５１にのみ設けることもできる。
【００３７】
ｐ側メタル電極１５０は、透光性電極１４０と接する部分を、Ａｌ、Ａｇ、白金族（Ｐｔ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ）のような反射率の高い金属で形成することができる。透光性電極１４０をＴＣＯで形成する場合には、該部分をＣｒ、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｗ（タングステン）のような、ＴＣＯに対する接着性の良好な金属で形成することが好ましい。
【００３８】
図示していないが、ウェハを分割してＬＥＤ素子をチップ（ダイともいう）にするダイシング工程の前に、半導体積層体１２０が形成された側のウェハ表面（メタル電極の接続部の表面を除く）に、絶縁性かつ透光性の保護膜を形成する。この保護膜の好ましい材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などである。ダイシングの方法については、公知技術を適宜参照することができる。
【００３９】
上記手順によって得られるＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、フェイスアップまたはフェイスダウン（フリップチップ）でパッケージに実装することができる。フェイスダウン（フリップチップ）実装した後、更に、レーザリフトオフ技法を用いて半導体積層体１２０から基板１１０を取り外すこともできる。
【００４０】
（第１実施形態の変形例）
基板１１０としてｃ面サファイア基板を用いる場合、半導体積層体１２０を形成する工程において、最後に成長させるｐ型導電層１２３を窒素雰囲気下、７００℃〜９００℃で成長させると、その表面には多数のピットが発生する。生成するピットの深さが０．１μｍ以上となるようすると、ＬＥＤ素子の光取出し効率が好ましく改善される。このピット
の発生には貫通転位が関与していることから、ＧａＮ基板のような、ＧａＮ系半導体との間の格子定数差の小さな結晶基板を用いた場合には、この方法でｐ型導電層１２３に粗化面を形成することはできない。かかる結晶基板を用いる場合には、平坦に成長したｐ型導電層１２３の表面をナノマスクを用いたエッチングによって粗化することにより、光取出し効率の改善を図ることができる。
【００４１】
ここで、ｐ型導電層１２３の粗化された表面上にｎ側メタル電極１３０を形成した場合、ｎ側メタル電極１３０の裏面がその粗化された表面の形状を反映した荒れた面となり、強い光吸収体となるという問題がある。そこで、エッチバック法を用いて、ｎ側メタル電極１３０を形成すべき領域だけを、予め平坦化することが望ましい。以下に、エッチバック法による平坦化の手順を、工程断面図を参照しながら説明する。
【００４２】
図７（ａ）は、前述の方法を含む任意の方法を用いてｐ型導電層１２３の表面全体を粗化したウェハの断面図（便宜上、１個の素子のみを表示）である。エッチバック法では、最初に、このｐ型導電層１２３の粗化された表面全体にエッチング停止膜Ａを形成する（図７（ｂ））。エッチング停止膜Ａは、メタルあるいはＳｉＯ２のような酸化物で形成することができる。次に、フォトリソグラフィ技法を用いて、図７（ｃ）に示すように、平坦化すべき領域の形状に合わせた開口部をエッチング停止膜Ａに形成する。開口部形成後、図８（ｄ）に示すように、起伏を平坦に埋め込むマスク層Ｂで粗化面を覆う。マスク層Ｂはフォトレジストを用いて形成することができる。
【００４３】
次に、マスク層Ｂの上からウェハをドライエッチする。このとき、エッチング停止膜Ａのエッチング速度がマスク層Ｂのエッチング速度よりも小さくなるように、かつ、マスク層ＢとＧａＮ系半導体（ｐ型導電層１２３）のエッチング速度が同等となるように、ドライエッチング条件を設定する。かかる条件を用いると、図８（ｅ）に示すように、エッチング停止膜Ａが存在する領域では、該エッチング停止膜Ａが露出したところでエッチングが止まる。一方、エッチング停止膜Ａが存在しない開口部では、マスク層Ｂとｐ型導電層１２３とが同じ速度でエッチングされるので、図８（ｆ）に示すように、マスク層Ｂが完全に除去された時点で、エッチング停止膜Ａで保護されていないｐ型導電層１２３の表面は平坦となる。
【００４４】
マスク層Ｂが完全に除去されたらドライエッチングを終了し、適当なエッチャントを用いてエッチング停止膜Ａを除去する（図９（ｇ））。その後の穴１２０Ｈを形成する工程からは、前述の第１実施形態と同様に行うことにより、図９（ｈ）に示すように、ｐ型導電層１２３の上面のうちｎ側メタル電極１３０が設けられた領域が選択的に平坦化され、他の領域は粗化されているＧａＮ系ＬＥＤ素子１０１を得ることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子２００の構造を図１０に示す。図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ２−Ｘ２線の位置における断面図である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子２００は、基板２１０上に半導体積層体２２０を有している。半導体積層体２２０は、基板２１０側から順に、それぞれがＧａＮ系半導体からなるｎ型導電層２２１、活性層２２２およびｐ型導電層２２３を含んでいる。
【００４６】
半導体積層体２２０の一部ではｐ型導電層２２３と活性層２２２が除去されてｎ型導電層２２１が露出している。ｎ型導電層２２１の露出面上には、接触制限膜２８０が形成されており、その上にｎ側メタル電極２３０が形成されている。ｐ型導電層２２３の上面には透光性電極２４０が略全面的に形成され、その上にｐ側メタル電極２５０が部分的に形成されている。透光性電極２４０とｐ側メタル電極２５０とがｐ側電極を構成している。
【００４７】
ｎ側メタル電極２３０のみを抜き出して表示した平面図が図１１（ａ）、ｐ側メタル電極２５０のみを抜き出して表示した平面図が図１１（ｂ）である。ｎ側メタル電極２３０は、接続部２３１および該接続部から延びるライン状の延伸部２３２とから構成されている。ｐ側メタル電極２５０も同様で、接続部２５１および該接続部から延びるライン状の延伸部２５２とから構成されている。
【００４８】
第２実施形態のＧａＮ系ＬＥＤ素子２００の構成上の特徴は、ｎ型導電層２２１とｎ側メタル電極２３０との間に設けられる接触制限膜２８０にある。接触制限膜２８０は絶縁性であり、開口部を有するパターンに形成されている。ｎ型導電層２２１とｎ側メタル電極２３０との接触は、接触制限膜２８０の開口部を通しての接触に限定されている。この開口部を主としてｎ側メタル電極の延伸部２３１とｎ型導電層２２１との間に配置することによって、ｎ側メタル電極２３０からｎ型導電層２２１に注入される電流に占める、延伸部２３２を通して注入される電流の比率の増大が図られている。
【００４９】
ＧａＮ系ＬＥＤ素子２００に含まれる接触制限膜２８０の平面形状の例を図１２（ａ）〜（ｃ）に示す。図１２（ａ）の接触制限膜２８０では、円形の開口部ＯＰが複数設けられている。図１０（ｂ）に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子２００の断面図は、接触制限膜２８０がこの図１２（ａ）に示す平面形状を有している場合の断面図である。
【００５０】
接触制限膜２８０を用いれば、ｎ側メタル電極２３０の延伸部２３１の幅を狭くすることなく、ｎ側メタル電極２３０とｎ型導電層２２１との接触に制限を加えることが可能であることが理解されよう。つまり、延伸部２３２の長手方向の電気抵抗を増加させることなく、接続部２３１やその近傍でｎ型導電層２２１に流れ込む電流を減少させることができるのである。延伸部２３２の電気抵抗が高いと、この効果が十分に発揮されないことから、延伸部２３２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのような導電率の高い金属で形成された高導電層を含むことが好ましい。この高導電層の厚さは好ましくは１μｍ〜１０μｍ、特に２μｍ〜５μｍである。また、この高導電層の幅（ライン幅）は７μｍ〜３０μｍとし得るが、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。機械的な安定性の観点から高導電層は高さ（厚さ）よりも幅を大きくすることが好ましい。ただし、メタル材料は活性層２２２で生じる光の吸収体となることから、高導電層の幅を広くし過ぎた場合にはＬＥＤ素子２００の光出力が低下するので、注意が必要である。
【００５１】
図１２（ｂ）に平面形状を示す接触制限膜２８０では、ｎ側メタル電極の延伸部２３２とｎ型導電層２２３との接触面積が、ｎ側メタル電極の接続部２３１から離れるにつれ大きくなるように、開口部ＯＰの面積を変化させてある。このような接触制限膜２８０を用いると、ｎ側メタル電極の延伸部２３２のライン幅を変えることなく、延伸部２３２とｎ型導電層２２１との接触面積を、接続部２３１からの距離に応じて変化させることができる。
【００５２】
図１２（ｃ）に示す例では、接触制限膜２８０に設けられる開口部ＯＰが幾何学的に閉じた形状ではない。すなわち、開口部ＯＰの輪郭線がループを描いていない。開口部ＯＰの平面形状がこの例のような開いた形状であっても、ｎ側メタル電極の延伸部２３２とｎ型導電層２２３との間に、互いに孤立した複数のオーミック接触部を形成するという目的が達成できることは、当業者であれば理解できるであろう。
【００５３】
接触制限膜２８０の材料には、各種の金属酸化物または金属窒化物を特に制限なく使用することができる。例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、スピネル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などである。接触制限膜２８０の厚さは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。接触制限膜２８０のパターニングは通常のフォトリソグラフィ技法を用いて行う
ことができる。
【００５４】
第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子２００に含まれる、上記において特に言及しなかった部位の好ましい態様は、第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子１００と同様である。
【００５５】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子２００では、触制限膜２８０が絶縁性の材料で形成されているが、その変形例では、この接触制限膜２８０を、ｎ型ＧａＮ系半導体に対する接触抵抗の高いメタル（以下、「非オーミックメタル」ともいう）で形成する。非オーミックメタルには、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）のような白金族、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）などがある。非オーミックメタルで形成した接触制限膜２８０は導体として働くことから、機能上は電極の一部ということができる。
【００５６】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子３００の構造を図１３および図１４に示す。図１３（ａ）は平面図であり、図１３（ｂ）、図１４（ｃ）および図１４（ｄ）は、それぞれ、図１３（ａ）のＸ３−Ｘ３線、Ｙ３１−Ｙ３１線およびＹ３２−Ｙ３２線の位置における断面図である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子３００は、基板３１０上に半導体積層体３２０を有している。半導体積層体３２０は、基板３１０側から順に、それぞれがＧａＮ系半導体からなるｎ型導電層３２１、活性層３２２およびｐ型導電層３２３を含んでいる。
【００５７】
半導体積層体３２０の一部ではｐ型導電層３２３と活性層３２２が除去されてｎ型導電層３２１が露出している。ｎ型導電層３２１の露出面上には、ｎ側電極３３０が形成されている。ｐ型導電層３２３の上面には透光性電極３４０が略全面的に形成され、その上にｐ側メタル電極３５０が部分的に形成されている。透光性電極３４０とｐ側メタル電極３５０とがｐ側電極を構成している。
【００５８】
ｎ側メタル電極３３０のみを抜き出して表示した平面図が図１５（ａ）、ｐ側メタル電極３５０のみを抜き出して表示した平面図が図１５（ｂ）である。ｎ側メタル電極３３０は、接続部３３１、第１延伸部３３２および２つの第２延伸部３３３とから構成されている。第１延伸部３３２は接続部３３１からライン状に延びている。第２延伸部は第１延伸部に接続されている。ｐ側メタル電極３５０は、接続部３５１および該接続部から延びる２つの延伸部３５２とから構成されている。
【００５９】
第３実施形態の特徴的な構成は、ｎ側メタル電極３３０のうちｎ型導電層３２１と接する部分が、接続部３３１および第１延伸部３３２では非オーミックメタルから構成されており、第２延伸部３３３ではオーミックメタルから構成されているところである。ここで、オーミックメタルとは、ｎ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触を形成し得るメタルであり、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）などである。これらのメタルを主成分とする合金も、オーミックメタルとなり得る。非オーミックメタルについては、既に定義した通りである。
【００６０】
第３実施形態のＧａＮ系ＬＥＤ素子３００では、ｎ側メタル電極３３０からｎ型導電層３２１に流れる電流の実質的に全ては、第２延伸部３３３とｎ型導電層３２１との界面を通してｎ型導電層３２１に注入される。なぜなら、ｎ側メタル電極３３０のうち接続部３３１および第１延伸部３３２は、ｎ型導電層３２１と物理的には接触しているものの、これらの部分とｎ型導電層３２１との界面では、第２延伸部３３３とｎ型導電層３２１との界面よりも、接触抵抗が高いからである。換言すれば、第２延伸部３３３とｎ型導電層３
２１との界面だけがオーミック接触界面であり、接続部３３１とｎ型導電層３２１との界面および第１延伸部３３２とｎ型導電層３２１との界面はオーミック接触界面ではないからである。
【００６１】
ＧａＮ系ＬＥＤ素子３００では、図１３（ａ）および図１５（ａ）に示すように、ｎ側メタル電極３３０を上面視したとき、第２延伸部３３３が第１延伸部３３２と交差しているが、かかる構成は必須ではない。例えば、第１延伸部３３２と第２延伸部３３３とは、ｎ側メタル電極３３０を上面視したとき、第１延伸部３３２の下に第２延伸部３３３が完全に隠れるように設けることもできる。
【００６２】
第１延伸部３３２は、電気抵抗を低くするために、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのような導電率の高い金属で形成された高導電層を含むことが好ましい。この高導電層の厚さは好ましくは１μｍ〜１０μｍ、特に２μｍ〜５μｍである。また、この高導電層の幅（ライン幅）は７μｍ〜３０μｍとし得るが、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。第２延伸部３３３を第１延伸部３３１から分枝状に延ばす場合には、第２延伸部３３３中にも同様の高導電層を設けることが望ましい。高導電層をライン状に形成する場合には、機械的な安定性の観点から、その高さ（厚さ）よりも幅を大きくすることが好ましい。ただし、メタル材料は活性層３２２で生じる光の吸収体となることから、高導電層の幅は広くし過ぎないようにすべきである。
【００６３】
第３実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子３００に含まれる、上記において特に言及しなかった部位の好ましい態様は、第１実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子１００と同様である。
【００６４】
以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１００、２００、３００ ＧａＮ系ＬＥＤ素子
１１０、２１０、２１０ 基板
１２０、２２０、３１０ 半導体積層体
１２１、２２１、３２１ ｎ型導電層
１２２、２２２、３２２ 活性層
１２３、２２３、３２３ ｐ型導電層
１３０、２３０、３３０ ｎ側メタル電極
１３１、２３１、３３１ 接続部
１３２、２３２ 延伸部
３２２ 第１延伸部
３２３ 第２延伸部
１４０、２４０、３４０ 透光性電極
１５０、２５０、３５０ ｐ側メタル電極
１５１、２５１、３５１ 接続部
１５２、２５２、３５２ 延伸部
１６０ 絶縁膜
１７０、３７０ 電流ブロック層
２８０ 接触制限膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれるＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、
該ｐ型導電層の上面にはｐ側電極およびｎ側メタル電極が互いに重ならないように設けられ、
該ｐ側電極は透光性を有する部分を有し、
該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、
該半導体積層体には該ｐ型導電層の上面に開口しその底部に該ｎ型導電層が露出する穴が設けられ、少なくとも該延伸部の一部が該穴を通して該ｎ型導電層に接することにより該ｎ側メタル電極と該ｎ型導電層とが電気的に接続されている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項２】
前記ｎ側メタル電極と前記ｎ型導電層との総接触面積が、当該ｎ側メタル電極に含まれる前記接続部の総面積と同等以上である、請求項１記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項３】
前記延伸部がＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌで形成された高導電層を含む、請求項１または２記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項４】
前記半導体積層体より低い屈折率を有する絶縁膜が、前記ｎ側メタル電極と前記ｐ型導電層との間を絶縁している、請求項１〜３のいずれか一項記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記ｐ型導電層の上面のうち、前記ｎ側メタル電極が形成された領域が選択的に平坦化されており、その他の領域は粗化されている、請求項１〜４のいずれか一項記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項６】
複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれるＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、
該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、該延伸部と該ｎ型導電層との間には互いに孤立した複数のオーミック接触部が設けられている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項７】
前記延伸部と前記ｎ型導電層との間のオーミック接触界面の面積が、前記延伸部と前記ｎ型導電層との物理的接触面積よりも小さい、請求項６に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項８】
開口部を有する絶縁膜が前記延伸部と前記ｎ型導電層との間に挿入され、前記延伸部と前記ｎ型導電層とが該開口部を通して接触している、請求項６に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項９】
前記延伸部がＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌで形成された高導電層を含む、請求項６〜８のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項１０】
前記延伸部と前記ｎ型導電層との間に設けられたオーミック接触界面の面積が、前記接続部から離れるにつれ大きくなっている、請求項６〜９のいずれか一項記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項１】
複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれるＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、
該ｐ型導電層の上面にはｐ側電極およびｎ側メタル電極が互いに重ならないように設けられ、
該ｐ側電極は透光性を有する部分を有し、
該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、
該半導体積層体には該ｐ型導電層の上面に開口しその底部に該ｎ型導電層が露出する穴が設けられ、少なくとも該延伸部の一部が該穴を通して該ｎ型導電層に接することにより該ｎ側メタル電極と該ｎ型導電層とが電気的に接続されている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項２】
前記ｎ側メタル電極と前記ｎ型導電層との総接触面積が、当該ｎ側メタル電極に含まれる前記接続部の総面積と同等以上である、請求項１記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項３】
前記延伸部がＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌで形成された高導電層を含む、請求項１または２記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項４】
前記半導体積層体より低い屈折率を有する絶縁膜が、前記ｎ側メタル電極と前記ｐ型導電層との間を絶縁している、請求項１〜３のいずれか一項記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記ｐ型導電層の上面のうち、前記ｎ側メタル電極が形成された領域が選択的に平坦化されており、その他の領域は粗化されている、請求項１〜４のいずれか一項記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項６】
複数のＧａＮ系半導体層を含む半導体積層体を有し、該複数のＧａＮ系半導体には、上面および底面を有するｐ型導電層と、該ｐ型導電層の底面側に配置された活性層と、該ｐ型導電層とで該活性層を挟むように配置されたｎ型導電層とが含まれるＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、
該ｎ側メタル電極は接続部および該接続部から延びる延伸部を有し、該延伸部と該ｎ型導電層との間には互いに孤立した複数のオーミック接触部が設けられている、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項７】
前記延伸部と前記ｎ型導電層との間のオーミック接触界面の面積が、前記延伸部と前記ｎ型導電層との物理的接触面積よりも小さい、請求項６に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項８】
開口部を有する絶縁膜が前記延伸部と前記ｎ型導電層との間に挿入され、前記延伸部と前記ｎ型導電層とが該開口部を通して接触している、請求項６に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項９】
前記延伸部がＡｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌで形成された高導電層を含む、請求項６〜８のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【請求項１０】
前記延伸部と前記ｎ型導電層との間に設けられたオーミック接触界面の面積が、前記接続部から離れるにつれ大きくなっている、請求項６〜９のいずれか一項記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
【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】
【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】
【公開番号】特開２０１３−４８２００（Ｐ２０１３−４８２００Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８９３８（Ｐ２０１１−２２８９３８）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
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