JP2015149389A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率が高く、かつ、素子抵抗が低い半導体発光素子を提供する。
【解決手段】透明電極ＴＥを第１透明電極ＴＥ１と、１０ｗｔ％以下の濃度の金属原子を含む第２透明電極ＴＥ２と、から構成する。平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域に第１透明電極ＴＥ１を設け、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域以外の領域に第２透明電極ＴＥ２を設ける。第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗が第１透明電極ＴＥ１とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗よりも低いことから、ｐ側パッド電極ｐＥＤから注入された電流は第２透明電極ＴＥ２へ拡散して、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域以外の領域の活性層ＡＣに効率よく注入するので、発光効率が高くなる。また、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗は低いので、素子抵抗が低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体発光素子およびその製造技術に関し、例えば透明電極を有する半導体発光素子およびその製造に好適に利用できるものである。

例えば特開２００８−１０５４６号公報（特許文献１）に、半導体基板と、発光層形成部と、光取り出し面を構成するウインドウ層と、第１の光透過性層と、導電性を有する第２の光透過性層と、が順次積層された半導体発光素子が記載されている。この半導体発光素子では、第１の光透過性層が、第２の光透過性層の構成原子がウインドウ層側に拡散することを阻止する拡散防止膜として機能する。

特開２００８−１０５４６号公報

フォトカプラ用光源として、透明電極を有する半導体発光素子が用いられている。この半導体発光素子は、例えばｎ型の基板の第１面上に半導体層および透明電極が順次積層された構造を有しており、透明電極上に透明電極の一部と電気的に接続されたｐ側パッド電極、およびｎ型の基板の第１面とは反対側の第２面と電気的に接続されたｎ側電極が設けられている。上記半導体層は、例えばｎ型の基板側から順次積層されたｎ型のクラッド層、活性層、ｐ型のクラッド層、およびｐ型のコンタクト層から構成される。しかしながら、ｐ側パッド電極の直下の半導体層で発光した光は、ｐ側パッド電極に遮断されて半導体発光素子の外部へ十分に取り出すことができず、高い発光効率が得られないという課題がある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態による半導体発光素子は、基板と、基板の第１面上に形成された半導体層と、半導体層の第１領域上に形成された第１透明電極と、半導体層の第１領域以外の第２領域上に形成された第２透明電極と、第１透明電極上に形成され、第１透明電極の一部と電気的に接続する第１電極と、基板の第２面上に形成された第２電極と、を有する。第２透明電極は１０ｗｔ％以下の濃度の金属原子を含み、第２透明電極と半導体層との接触抵抗が１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下である。

一実施の形態によれば、発光効率が高く、かつ、素子抵抗が低い半導体発光素子を提供することができる。

実施の形態１による半導体発光素子の要部平面図である。 実施の形態１による半導体発光素子の要部断面図（図１のＡ−Ａ´線に沿った半導体発光素子の要部断面図）である。 実施の形態１による製造工程中の半導体発光素子の要部断面図である。 図３に続く、製造工程中の図３と同じ箇所の半導体発光素子の要部断面図である。 図４に続く、製造工程中の図３と同じ箇所の半導体発光素子の要部断面図である。 図５に続く、製造工程中の図３と同じ箇所の半導体発光素子の要部断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、それぞれ第２透明電極の平面視における形状を説明する要部平面図である。 実施の形態１の変形例による半導体発光素子の要部断面図である。 実施の形態２による半導体発光素子の要部平面図である。 実施の形態２による半導体発光素子の要部断面図（図９のＡ−Ａ´線に沿った半導体発光素子の要部断面図）である。

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（課題の詳細な説明）
前記特許文献１に透明電極（前記特許文献１では第１の光透過性層および第２の光透過性層に該当する）を有する半導体発光素子が記載されている。この半導体発光素子では、第１の光透過性層および第２の光透過性層を貫通する複数の貫通孔が設けられている。そして、これら複数の貫通孔を通して、ウインドウ層に対してオーミック接触をなす島状の複数のコンタクト電極が、パッド電極の直下の領域を除く第１の光透過性層および第２の光透過性層に形成されている。パッド電極から注入された電流は、第１の光透過性層、第２の光透過性層、および複数のコンタクト電極を通り、ウインドウ層およびその下層の活性層へ注入される。

ところで、透明電極を有する半導体発光素子には、一般に以下に示す解決すべき課題がある。

（１）透明電極と半導体層との接触抵抗が高いため、素子抵抗が高い。

（２）パッド電極の直下の活性層で発光した光は、パッド電極に遮断されて外部発光に寄与しないため、発光効率が悪い。

前記特許文献１では、上記（１）の課題に対して、複数のコンタクト電極をウインドウ層に接触させることにより、低い接触抵抗を得ている。また、前記特許文献１では、上記（２）の課題に対して、複数のコンタクト電極を用いてパッド電極の直下の領域を除く第１の光透過性層および第２の光透過性層に電流を分散注入させることにより、発光効率の低下を防いでいる。しかしながら、複数のコンタクト電極が活性層で発光した光を遮断するため、光取り出し効率が低下して、高い発光効率が得られない。

（実施の形態１）
≪半導体発光素子≫
実施の形態１による半導体発光素子の構造を図１および図２を用いて説明する。図１は、半導体発光素子の要部平面図である。図２は、半導体発光素子の要部断面図（図１のＡ−Ａ´線に沿った半導体発光素子の要部断面図）である。

図１および図２に示すように、半導体発光素子ＬＥ１は、ｎ型の基板ｎＳＵＢの第１面（表面、主面）上に、ｎ型のクラッド層ｎＣＬ、活性層（発光層）ＡＣ、ｐ型のクラッド層ｐＣＬ、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮ、および透明電極ＴＥが順次積層された構造を有している。

さらに、透明電極ＴＥ上に、透明電極ＴＥの一部と電気的に接続するｐ側パッド電極（ｐ側電極、パッド電極、第１電極）ｐＥＤが形成され、ｎ型の基板ｎＳＵＢの第１面とは反対側の第２面（裏面）の全面と電気的に接続するｎ側電極（第２電極）ｎＥＤが形成されている。ｐ側パッド電極ｐＥＤは、平面視において半導体発光素子ＬＥ１の中央部に配置しており、ｐ側パッド電極ｐＥＤの平面視における形状（以下、平面形状と言う）は単一の円形である。

ｎ型の基板ｎＳＵＢは、例えばＧａＡｓ（ガリウム砒素）からなり、ｎ型のクラッド層ｎＣＬは、例えばＳｉ（珪素）が添加されたＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）からなる。活性層ＡＣは、例えばＡｌＧａＡｓからなる。ｐ型のクラッド層ｐＣＬは、例えばＡｌＧａＡｓからなる。ｐ型のコンタクト層ｐＣＮは、例えばＣ（炭素）が添加されたＧａＡｓからなる。

半導体発光素子ＬＥ１では、ｐ側パッド電極ｐＥＤから注入された電流が、透明電極ＴＥで拡散されてｐ型のコンタクト層ｐＣＮ、ｐ型のクラッド層ｐＣＬ、および活性層ＡＣに注入され、ｐ型のクラッド層ｐＣＬと活性層ＡＣとの接合面で発光した光が、ｐ側パッド電極ｐＥＤの側から取り出される。

実施の形態１による半導体発光素子ＬＥ１では、透明電極ＴＥの構成が主要な特徴となっており、その詳細および効果等について以降の説明で明らかにする。

透明電極ＴＥは、例えば酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide；以下、ＩＴＯと言う）膜であり、その厚さは、例えば０．１μｍ〜１０μｍ程度である。そして、この透明電極ＴＥは、第１領域に形成された第１透明電極ＴＥ１と、第１領域以外の第２領域に形成された第２透明電極ＴＥ２と、から構成される。

第２透明電極ＴＥ２内には、１０ｗｔ％以下の濃度の金属原子、例えばＴｉ（チタン）が拡散している。第２透明電極ＴＥ２がＴｉを含むことにより、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗が、第１透明電極ＴＥ１とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗よりも低くなっている。第１透明電極ＴＥ１とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗は、例えば１×１０^−２Ω・ｃｍ^２〜５×１０^−２Ω・ｃｍ^２の範囲である。これに対して、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗は、例えば１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下である。

半導体発光素子ＬＥ１では、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域に第１透明電極ＴＥ１が形成されており、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域以外の領域に第２透明電極ＴＥ２が形成されている。具体的には、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤの周縁から外側に所定の距離を有する位置から、半導体発光素子ＬＥ１の周縁までの間に、ｐ側パッド電極ｐＥＤの周囲を連続的に囲む第２透明電極ＴＥ２を形成している。

言い換えると、平面視において第２透明電極ＴＥ２は四角形の外形（外側の輪郭）と円形の内形（内側の輪郭）とで囲まれた形状であり、外形を構成する四角形よりも内形を構成する円形の方が小さく、ｐ側パッド電極ｐＥＤは内形を構成する円形に平面視において内包されている。また、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤは第２透明電極ＴＥ２と重なっておらず、第２透明電極ＴＥ２で囲まれた閉領域内にｐ側パッド電極ｐＥＤが配置されている。

なお、図１および図２では、半導体発光素子ＬＥ１の周縁部に第２透明電極ＴＥ２を形成していない半導体発光素子ＬＥ１の構造を例示しているが、半導体発光素子ＬＥ１の周縁部に第２透明電極ＴＥ２を形成してもよい。

第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗が、第１透明電極ＴＥ１とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗よりも約２桁以上低いことから、ｐ側パッド電極ｐＥＤから注入された電流は、第２透明電極ＴＥ２を拡散してｐ型のコンタクト層ｐＣＮへ注入される。すなわち、ｐ側パッド電極ｐＥＤから注入された電流は、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域以外の領域の活性層ＡＣに効率よく注入される。その結果、ｐ型のクラッド層ｐＣＬと活性層ＡＣとの接合面で発光した光を効率よく取り出すことができて、高い発光効率が得られる。

また、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗が、例えば１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下の低い値となるので、素子抵抗を低減することができる。

また、第２透明電極ＴＥ２内に拡散したＴｉの濃度は１０ｗｔ％以下であるので、第２透明電極ＴＥ２の透過率は著しく低下せず、例えば９５％以上の透過率が得られる。従って、第２透明電極ＴＥ２内に拡散したＴｉは、発光効率に影響を及ぼさない。

前述の図１および図２では、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤの周縁から外側に所定の距離を有する位置から、半導体発光素子ＬＥ１の周縁までの間に、ｐ側パッド電極ｐＥＤの周囲を連続的に囲む第２透明電極ＴＥ２を記載している。しかし、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤの周縁と重なる位置から半導体発光素子ＬＥ１の周縁までの間に、ｐ側パッド電極ｐＥＤの周囲を連続的に囲む第２透明電極ＴＥ２を形成してもよい。

ただし、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと第２透明電極ＴＥ２とが重なると、両者が重なった領域のｐ型のクラッド層ｐＣＬと活性層ＡＣとの接合面で発光した光は、ｐ側パッド電極ｐＥＤに遮断されて外部発光に寄与しない。このため、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと第２透明電極ＴＥ２とは重ならないことが望ましい。

≪半導体発光素子の製造方法≫
実施の形態１による半導体発光素子の製造方法を図３〜図６を用いて工程順に説明する。図３〜図６は、製造工程中の半導体発光素子の要部断面図である。

まず、図３に示すように、第１面と、第１面とは反対側の第２面と、を有するｎ型の基板ｎＳＵＢを準備する。ｎ型の基板ｎＳＵＢは、この段階ではウエハと称する平面略円形状の半導体の薄板であり、例えばＳｉ濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３程度のＧａＡｓ基板である。

次に、ｎ型の基板ｎＳＵＢの第１面上にｎ型のクラッド層ｎＣＬ、活性層ＡＣ、ｐ型のクラッド層ｐＣＬ、およびｐ型のコンタクト層ｐＣＮを順次積層する。ｎ型のクラッド層ｎＣＬ、活性層ＡＣ、ｐ型のクラッド層ｐＣＬ、およびｐ型のコンタクト層ｐＣＮは、例えば有機金属化学気相成長法（Metal Orgamic Chemical Vapor Deposition；以下、ＭＯＣＶＤ法と言う）を用いた結晶成長により形成される。

ｎ型のクラッド層ｎＣＬは、例えばＳｉが添加されたＡｌＧａＡｓからなる。このＡｌＧａＡｓに添加されたＳｉの濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３程度であり、ｎ型のクラッド層ｎＣＬの厚さは、例えば０．６μｍ程度である。活性層ＡＣは、例えばＡｌＧａＡｓからなり、その厚さは、例えば０．３μｍ程度である。ｐ型のクラッド層ｐＣＬは、例えばＡｌＧａＡｓからなり、その厚さは、例えば０．６μｍ程度である。ｐ型のコンタクト層ｐＣＮは、例えばＣが添加されたＧａＡｓからなる。このＧａＡｓに添加されたＣの濃度は、例えば５×１０^１８ｃｍ^−３程度であり、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮの厚さは、例えば０．０３μｍ程度である。

ここで、活性層ＡＣの組成は、光波長が赤色、橙色、黄色、黄緑色、または緑色などの所定の波長帯になるように適宜決められる。また、ｎ型のクラッド層ｎＣＬおよびｐ型のクラッド層ｐＣＬの組成は、ｎ型のクラッド層ｎＣＬおよびｐ型のクラッド層ｐＣＬのバンドギャップがそれぞれ活性層ＡＣのバンドギャップよりも広くなるように決められる。

ＭＯＣＶＤ法において用いる原料としては、例えばＴＭＧ（Ｃ_３Ｈ_９Ｇａ；Trimethyl gallium（トリメチルガリウム））、ＴＭＡ（Ｃ_３Ｈ_９Ａｌ；Trimethyl aluminium（トリメチルアルミニウム））、またはＴＭＩ（Ｃ_３Ｈ_９Ｉｎ；Trimethyl indium（トリメチルインジウム）などの有機金属、あるいはＡｓＨ_３（Arsine（アルシン））などの水素化物ガスが挙げられる。Ｓｉの原料としては、例えばＳｉＨ_４（Silane（シラン））を用い、Ｃの原料としては、例えばＣＢｒ_４（四臭化炭素）を用いる。また、ＭＯＣＶＤ法における結晶成長の温度は、例えば７００℃〜７５０℃程度である。

次に、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮ上に、透明電極ＴＥ０を形成する。透明電極ＴＥ０としては、主としてＩＴＯ膜を例示することができる。ＩＴＯ膜は、例えばスパッタリング法、蒸着法、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、またはゾルゲル法などにより形成される。スパッタリング法によりＩＴＯ膜を形成する際には、透過率が高く、かつ、抵抗の低い（例えば１０^−４Ω・ｃｍ程度）ＩＴＯ膜を得るために、成膜温度は、例えば３５０℃〜４５０℃程度、堆積厚さは、例えば０．１μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。

透明電極ＴＥ０とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗は、例えば１×１０^−２Ω・ｃｍ^２〜５×１０^−２Ω・ｃｍ^２の範囲である。

次に、図４に示すように、後の工程で第２透明電極ＴＥ２が形成される領域に、透明電極ＴＥ０と接する金属膜ＭＦを形成する。ここでは、金属膜ＭＦは、後の工程でｐ側パッド電極ｐＥＤが形成される領域を囲むように形成される。金属膜ＭＦは、Ｔｉ膜またはＴｉを下層とする金属多層膜である。この金属多層膜は、例えばＴｉを下層としＡｕ（金）を上層とする金属多層膜（Ｔｉ／Ａｕ膜）、またはＴｉを下層としＡｌ（アルミニウム）を上層とする金属多層膜（Ｔｉ／Ａｌ膜）などであり、金属多層膜の上層を構成する金属層（例えばＡｕおよびＡｌ）は、表面酸化を防止する機能を有する。金属膜ＭＦは後述するように、Ｔｉの拡散源となるので、Ｔｉ膜および金属多層膜の下層を構成するＴｉ層の厚さは、例えば１ｎｍ〜１００ｎｍ程度が望ましい。

金属膜ＭＦは、例えば以下の製造工程で形成することができる。まず、透明電極ＴＥ０上に、リソグラフィ法によりレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、後の工程で第２透明電極ＴＥ２が形成される領域以外の領域の透明電極ＴＥ０上に形成される。続いて、透明電極ＴＥ０上に、真空蒸着法またはスパッタリング法により、Ｔｉ膜またはＴｉを下層とする金属多層膜を堆積する。続いて、上記レジストパターンを除去することにより、後の工程で第２透明電極ＴＥ２が形成される領域以外の領域のＴｉ膜またはＴｉを下層とする金属多層膜を除去する。これにより、後の工程で第２透明電極ＴＥ２が形成される領域の透明電極ＴＥ０上に、Ｔｉ膜またはＴｉを下層とする金属多層膜からなる金属膜ＭＦを形成する。

次に、図５に示すように、窒素雰囲気中で熱処理を行い、金属膜ＭＦを構成するＴｉの一部が、金属膜ＭＦと透明電極ＴＥ０との接合面から透明電極ＴＥ０とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接合面までの間の透明電極ＴＥ０に拡散して、Ｔｉを含む第２透明電極ＴＥ２が形成される。上記熱処理の温度は、例えば５００℃〜６００℃程度であり、熱処理の時間は、例えば２０分程度である。

第２透明電極ＴＥ２に含まれるＴｉの濃度が高くなるに従い、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗は低下するが、同時に、第２透明電極ＴＥ２の透過率は低下する。そこで、実施の形態１では、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗が１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下で、かつ、第２透明電極ＴＥ２の透過率が９５％以上となるように、第２透明電極ＴＥ２に含まれるＴｉの濃度を設定した。上記条件を満たす第２透明電極ＴＥ２に含まれるＴｉの濃度として、例えば１ｗｔ％〜１０ｗｔ％が適切な範囲と考えられ、さらに、１ｗｔ％〜３ｗｔ％が最も好適な範囲と考えられる。

また、第２透明電極ＴＥ２に含まれるＴｉの濃度分布は、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗が１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下であり、かつ、第２透明電極ＴＥ２の透過率が９５％以上であれば、平面方向および垂直方向に対して、均一でも不均一でもよい。

次に、第２透明電極ＴＥ２上に残存する金属膜ＭＦを、例えばウェットエッチング法により除去する。第２透明電極ＴＥ２上に金属膜ＭＦを残しておくと、金属膜ＭＦが光の取り出しを阻害するので、金属膜ＭＦは除去することが望ましい。ただし、第２透明電極ＴＥ２上に残存する金属膜ＭＦの厚さが、例えば２ｎｍ以下であれば、光の取り出しに影響を及ぼさないので、第２透明電極ＴＥ２上に金属膜ＭＦを除去せずに、残してもよい。

これにより、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮ上に、Ｔｉを含まない透明電極ＴＥ０からなる第１透明電極ＴＥ１と、Ｔｉを含む透明電極ＴＥ０からなる第２透明電極ＴＥ２と、が形成される。

次に、図６に示すように、第１透明電極ＴＥ１と電気的に接続するｐ側パッド電極ｐＥＤ、およびｎ型の基板ｎＳＵＢと電気的に接続するｎ側電極ｎＥＤを形成する。

ｐ側パッド電極ｐＥＤは、例えばＴｉおよびＡｌを下から順に積層した金属多層膜（Ｔｉ／Ａｌ膜）、ＴｉおよびＡｕを下から順に積層した金属多層膜（Ｔｉ／Ａｕ膜）、またはＴｉ、Ｐｔ（白金）、およびＡｕを下から順に積層した金属多層膜（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜）などである。ｐ側パッド電極ｐＥＤは、このような金属多層膜を、第１透明電極ＴＥ１に、例えばマスクを用いた真空蒸着法またはスパッタリング法で堆積することによって形成される。

ｐ側パッド電極ｐＥＤの平面形状は、単一の円形（前述の図１参照）である。また、ｐ側パッド電極ｐＥＤの直径は、ｐ側パッド電極ｐＥＤと、ｐ側パッド電極ｐＥＤに接続される導電性部材とのボンディングが安定して行えるように１００μｍ以上が望ましい。一方で、ｐ側パッド電極ｐＥＤの直下の活性層ＡＣで発光した光は、ｐ側パッド電極ｐＥＤに遮断されて外部発光に寄与しないため、ｐ側パッド電極ｐＥＤの直径は１５０μｍ以下が望ましい。

ｎ側電極ｎＥＤは、例えばＡｕＧｅ（金ゲルマニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、およびＡｕをｎ型の基板ｎＳＵＢの第２面側から順に積層した金属多層膜（ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜）などである。ｎ側電極ｎＥＤは、このような金属多層膜を、ｎ型の基板ｎＳＵＢの第２面の全面に、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法で堆積することによって形成される。

次に、ｎ型の基板ｎＳＵＢを複数のチップに個片化して、個々の半導体発光素子ＬＥ１を形成する。ｎ型の基板ｎＳＵＢの分割は、例えばダイシング法またはスクライブ・ブレーキング法を用いて行う。チップの平面形状は四角形からなり、その１辺のサイズは、例えば２００μｍ〜４００μｍである。

実施の形態１では、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体材料を用いた半導体発光素子ＬＥ１を例示しているが、これに限定されるものではない。例えばＡｌＧａＩｎＡｓ（アルミニウムガリウムインジウム砒素）系、ＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムガリウムインジウムリン）系、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ（アルミニウムガリウムインジウムリン砒素）系、ＡｌＧａＩｎＮ（アルミニウムガリウムインジウム窒素）系などの化合物半導体材料を用いてもよい。これら化合物半導体材料を用いた半導体発光素子においても、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体材料を用いた半導体発光素子ＬＥ１と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態１では、透明電極ＴＥにＩＴＯ膜を用いたが、これに限定されるものではない。例えばＩＴＯ膜に代えて、錫酸化物またはニッケル酸化物などの透光性を有する導電材料を用いてもよい。

また、実施の形態１では、第２透明電極ＴＥ２内に拡散する金属原子として、Ｔｉを用いたが、これに限定されるものではない。例えばＡｕまたはＡｌを用いてもよい。

また、実施の形態１では、高い発光効率を得るために、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと第２透明電極ＴＥ２とが重ならないように、第２透明電極ＴＥ２を形成した。しかし製造工程における合わせズレ等を考慮して、平面視において第２透明電極ＴＥ２の一部がｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる態様を除外するものではない。

また、実施の形態１では、第２透明電極ＴＥ２を、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤが形成された領域以外のほぼ全領域を囲むように形成しているが、これに限定されるものではない。

第２透明電極ＴＥ２の平面視における他の形状を図７を用いて説明する。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、それぞれ第２透明電極ＴＥ２の平面視における形状を説明する要部平面図である。

図７（ａ）に示すように、第２透明電極ＴＥ２の平面視における形状を、所定の幅を有してｐ側パッド電極ｐＥＤの周囲を連続的に囲む環状の形状としてもよい。例えば第２透明電極ＴＥ２の平面視における形状を、第１直径を有する第１円形から、第１直径よりも小さい第２直径を有し、第１円形と中心が同じである第２円形を除いた環状の形状とすることができる。平面視において第２円形内にｐ側パッド電極ｐＥＤが配置される。

言い換えると、平面視において第２透明電極ＴＥ２は円形の外形（外側の輪郭）と円形の内形（外側の輪郭）とで囲まれた環状（ループ形状）の形状であり、外形を構成する円形よりも内形を構成する円形の方が小さく、ｐ側パッド電極ｐＥＤは内形を構成する円形に平面視において内包されている。また、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤは第２透明電極ＴＥ２と重なっておらず、第２透明電極ＴＥ２で囲まれた閉領域内にｐ側パッド電極ｐＥＤが配置されている。なお、環状は一般に円形を意味するが、円形に限定されるものではない。

また、図７（ｂ）に示すように、第２透明電極ＴＥ２の平面視における形状を、所定の幅を有してｐ側パッド電極ｐＥＤの周囲を連続的に囲み、角部を有する枠状の形状としてもよい。例えば第２透明電極ＴＥ２の平面視における形状を、第１四角形から、第１四角形を縮小した第１四角形と中心が同じである第２四角形を除いた枠状の形状とすることができる。平面視において第２四角形内にｐ側パッド電極ｐＥＤが配置される。

言い換えると、平面視において第２透明電極ＴＥ２は四角形の外形と四角形の内形とで囲まれた枠状の形状であり、外形を構成する四角形よりも内形を構成する四角形の方が小さく、ｐ側パッド電極ｐＥＤは内形を構成する四角形に平面視において内包されている。また、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤは第２透明電極ＴＥ２と重なっておらず、第２透明電極ＴＥ２で囲まれた閉領域内にｐ側パッド電極ｐＥＤが配置されている。

また、図７（ｃ）に示すように、第２透明電極ＴＥ２の平面視における形状を、ｐ側パッド電極ｐＥＤの周囲に、複数の円形を規則的にまたは不規則的に互いに離して配置した形状としてもよい。また、図７（ｄ）に示すように、第２透明電極ＴＥ２の平面視における形状を、ｐ側パッド電極ｐＥＤの周囲に、複数の多角形（代表的な形状としては四角形）を規則的または不規則的に互いに離して配置した形状としてもよい。

また、実施の形態１では、ｐ側パッド電極ｐＥＤの平面形状を単一の円形としているが、単一の多角形、複数の円形、または複数の多角形としてもよい。また、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤを半導体発光素子ＬＥ１の中央部に配置しているが、フォトカプラなどへの組み込みを考慮して、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤを半導体発光素子ＬＥ１の端部へ寄せて形成してもよい。

また、実施の形態１では、ｎ側電極ｎＥＤをｎ型の基板ｎＳＵＢの第２面の全面に形成しているが、ｎ型の基板ｎＳＵＢをチップに個片化した際の不具合などを考慮して、ｎ側電極ｎＥＤの平面形状を複数の円形または複数の多角形としてもよい。

また、実施の形態１では、ｐ型半導体側に、導電性部材をボンディングするためのｐ側パッド電極ｐＥＤを形成した構成の半導体発光素子ＬＥ１を例示したが、ｎ型半導体側に、導電性部材をボンディングするためのｎ側パッド電極を形成した構成の半導体発光素子であってもよい。

このように、実施の形態１によれば、ｐ側パッド電極ｐＥＤから注入された電流は、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域以外の領域の活性層ＡＣに効率よく注入される。その結果、ｐ型のクラッド層ｐＣＬと活性層ＡＣとの接合面で発光した光を効率よく取り出せるので、高い発光効率が得られる。

また、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗は、例えば１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下の低い値であるので、素子抵抗を低減することができる。

従って、発光効率が高く、かつ、素子抵抗が低い半導体発光素子ＬＥ１を実現することができる。

≪変形例≫
実施の形態１の変形例による半導体発光素子について図８を用いて説明する。図８は、半導体発光素子の要部断面図である。

前述した半導体発光素子ＬＥ１では、透明電極ＴＥを第１透明電極ＴＥ１および第２透明電極ＴＥ２により構成したが、変形例による半導体発光素子ＬＥ２では、図８に示すように、透明電極ＴＥを全て第２透明電極ＴＥ２により構成する。すなわち、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮ上に、Ｔｉを拡散したＩＴＯ膜からなる第２透明電極ＴＥ２のみを形成する。

これにより、透明電極ＴＥとｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗が、例えば１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下の低い値となるので、半導体発光素子ＬＥ２は、半導体発光素子ＬＥ１よりも素子抵抗を低減することができる。

ただし、ｐ側パッド電極ｐＥＤから注入された電流は、透明電極ＴＥの全体を拡散してｐ型のコンタクト層ｐＣＮへ注入される。すなわち、ｐ側パッド電極ｐＥＤから注入された電流は、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域にも注入される。従って、半導体発光素子ＬＥ２は、半導体発光素子ＬＥ１と比べると、ｐ型のクラッド層ｐＣＬと活性層ＡＣとの接合面で発光した光を効率よく取り出せないので、発光効率は低下する。

（実施の形態２）
≪半導体発光素子≫
実施の形態２による半導体発光素子の構造を図９および図１０を用いて説明する。図９は、半導体発光素子の要部平面図である。図１０は、半導体発光素子の要部断面図（図９のＡ−Ａ´線に沿った半導体発光素子の要部断面図）である。

実施の形態２による半導体発光素子ＬＥ３が、前述した実施の形態１による半導体発光素子ＬＥ１と相違する点は、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮと第１透明電極ＴＥ１との間で、かつ、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域にブロック層ＢＬを形成したことである。ここでは、半導体発光素子ＬＥ３に設けられたブロック層ＢＬの構成およびその効果について説明し、その他の構成などは前述した半導体発光素子ＬＥ１と同様であるため、その説明を省略する。

図９および図１０に示すように、ブロック層ＢＬは、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮと第１透明電極ＴＥ１との間で、かつ、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域に形成されている。ブロック層ＢＬの平面視における形状（以下、平面形状と言う）は単一の円形であり、ブロック層ＢＬの平面形状の寸法（直径）は、ｐ側パッド電極ｐＥＤの平面形状の寸法（直径）よりも大きく、平面視において第２透明電極ＴＥ２に達しない大きさである。すなわち、平面視において第１透明電極ＴＥ１が形成された領域内にブロック層ＢＬは形成されている。

ただし、ブロック層ＢＬの平面形状は、これに限定されるものではなく、例えばｐ側パッド電極ｐＥＤの平面形状に合わせて、単一の多角形、複数の円形、または複数の多角形としてもよい。また、ブロック層ＢＬの平面形状の寸法は、ｐ側パッド電極ｐＥＤの平面形状の寸法と同じであってもよく、また、ｐ側パッド電極ｐＥＤの平面形状の寸法よりも小さくてもよい。

ブロック層ＢＬは絶縁膜であり、例えばＳｉＯ_２（酸化シリコン）からなる。ブロック層ＢＬの厚さは、透明電極ＴＥが分断されることなく、ブロック層ＢＬおよびｐ型のコンタクト層ｐＣＮを覆うように形成できる厚さであればよく、例えば透明電極ＴＥの厚さよりも薄いことが望ましい。

ブロック層ＢＬは、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮ上に、ＣＶＤ法またはスパッタリング法により絶縁膜を形成した後、この絶縁膜をリソグラフィ法およびエッチング法により加工することにより、形成される。

前述した実施の形態１による半導体発光素子ＬＥ１では、第１透明電極ＴＥ１とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗を、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗よりも高くすることで、ｐ側パッド電極ｐＥＤから注入された電流を、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域の活性層ＡＣへ流れ難くしている。しかし、上記半導体発光装置ＬＥ１では、微量ではあるが、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域の活性層ＡＣに電流が流れる。

これに対して、実施の形態２による半導体発光素子ＬＥ３では、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域の活性層ＡＣへの電流の流れを完全に防止することができる。その結果、半導体発光素子ＬＥ３は、半導体発光素子ＬＥ１と比べて、ｐ型のクラッド層ｐＣＬと活性層ＡＣとの接合面で発光した光を効率よく取り出せるので、高い発光効率が得られる。

また、透明電極ＴＥとｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触面積は、ブロック層ＢＬを設けることで減少する。しかし、前述した実施の形態１による半導体発光素子ＬＥ１と同様に、第２透明電極ＴＥ２とｐ型のコンタクト層ｐＣＮとの接触抵抗は、例えば１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下と低い値であるので、素子抵抗を低減することができる。

なお、前述した実施の形態１の変形例による半導体発光素子ＬＥ２に、実施の形態２を適用することもできる。すなわち、前述の図８に示した半導体発光素子ＬＥ２において、ｐ型のコンタクト層ｐＣＮと透明電極ＴＥ（第２透明電極ＴＥ２）との間で、かつ、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域に、ブロック層ＢＬを形成してもよい。これにより、平面視においてｐ側パッド電極ｐＥＤと重なる領域の活性層ＡＣへの電流の流れを完全に防止することができる。

このように、実施の形態２によれば、発光効率が高く、かつ、素子抵抗が低い半導体発光素子ＬＥ３を実現することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば前記実施の形態では、フォトカプラ用光源（発光素子）に適用される半導体発光素子について説明したが、実施の形態による半導体発光素子は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）のバックライトまたはＬＥＤ照明などにも適用することができる。

本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。

〔付記１〕
第１面、および前記第１面とは反対側の第２面を有する基板と、
前記基板の前記第１面上に形成された半導体層と、
前記半導体層上に形成され、金属原子を含む透明電極と、
前記透明電極上に形成され、前記透明電極の一部と電気的に接続する第１電極と、
前記基板の第２面上に形成された第２電極と、
を有し、
前記透明電極と前記半導体層との接触抵抗が、１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下である、半導体発光素子。

〔付記２〕
付記１記載の半導体発光素子において、
前記透明電極に拡散された前記金属原子の濃度は、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％である、半導体発光素子。

〔付記３〕
付記１記載の半導体発光素子において、
前記透明電極に拡散された前記金属原子の濃度は、１ｗｔ％〜３ｗｔ％である、半導体発光素子。

〔付記４〕
付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、
前記金属原子は、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｌである、半導体発光素子。

〔付記５〕
付記１記載の半導体発光素子において、
前記透明電極の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍである、半導体発光素子。

〔付記６〕
付記１記載の半導体発光素子において、
前記透明電極と前記半導体層との間で、かつ、平面視において前記第１電極と重なる領域に絶縁膜が形成されている、半導体発光素子。

〔付記７〕
付記１記載の半導体発光素子において、
前記半導体層は、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料からなる、半導体発光素子。

ＡＣ 活性層（発光層）
ＢＬ ブロック層
ＬＥ１，ＬＥ２，ＬＥ３ 半導体発光素子
ＭＦ 金属膜
ｎＣＬ ｎ型のクラッド層
ｎＥＤ ｎ側電極（第２電極）
ｎＳＵＢ ｎ型の基板
ｐＣＬ ｐ型のクラッド層
ｐＣＮ ｐ型のコンタクト層
ｐＥＤ ｐ側パッド電極（ｐ側電極、パッド電極、第１電極）
ＴＥ，ＴＥ０ 透明電極
ＴＥ１ 第１透明電極
ＴＥ２ 第２透明電極

Claims (18)

1. 第１面、および前記第１面とは反対側の第２面を有する基板と、
   前記基板の前記第１面上に形成された半導体層と、
   前記半導体層の第１領域上に形成された第１透明電極と、
   前記半導体層の前記第１領域以外の第２領域上に形成され、金属原子を含む第２透明電極と、
   前記第１透明電極上に形成され、前記第１透明電極の一部と電気的に接続する第１電極と、
   前記基板の第２面上に形成された第２電極と、
   を有し、
   前記第２透明電極と前記半導体層との接触抵抗が、１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下である、半導体発光素子。
2. 請求項１記載の半導体発光素子において、
   前記第２透明電極が含む前記金属原子の濃度は、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％である、半導体発光素子。
3. 請求項１記載の半導体発光素子において、
   前記第２透明電極が含む前記金属原子の濃度は、１ｗｔ％〜３ｗｔ％である、半導体発光素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、
   前記金属原子は、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｌである、半導体発光素子。
5. 請求項１記載の半導体発光素子において、
   前記第１および第２透明電極の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍである、半導体発光素子。
6. 請求項１記載の半導体発光素子において、
   前記第２透明電極の平面視における形状は、前記第１電極の周囲を連続的に囲む形状、複数の円形を互いに離して配置した形状、または複数の多角形を互いに離して配置した形状である、半導体発光素子。
7. 請求項１記載の半導体発光素子において、
   前記第１透明電極と前記半導体層との接触抵抗が、１×１０^−２Ω・ｃｍ^２〜５×１０^−２Ω・ｃｍ^２である、半導体発光素子。
8. 請求項１記載の半導体発光素子において、
   前記第１透明電極と前記半導体層との間で、かつ、平面視において前記第１電極と重なる領域に絶縁膜が形成されている、半導体発光素子。
9. 請求項１記載の半導体発光素子において、
   前記半導体層は、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料、またはＡｌＧａＩｎＮ系材料からなる、半導体発光素子。
10. （ａ）基板の第１面上に半導体層を形成する工程、
    （ｂ）前記半導体層の第１領域上に第１透明電極を形成し、前記半導体層の前記第１領域以外の第２領域上に第２透明電極を形成する工程、
    （ｃ）前記第１透明電極上に前記第１透明電極の一部と接続する第１電極を形成する工程、
    （ｄ）前記基板の前記第１面とは反対側の第２面上に第２電極を形成する工程、
    を有し、
    前記（ｂ）工程は、
    （ｂ１）前記半導体層上に第３透明電極を形成する工程、
    （ｂ２）前記第２領域の前記第３透明電極上に金属膜を形成する工程、
    （ｂ３）前記（ｂ２）工程の後、熱処理を行い、前記金属膜から前記第２領域の前記第３透明電極へ金属原子を拡散させて、前記第２領域に前記金属原子を含む前記第３透明電極からなる前記第２透明電極を形成し、前記第１領域に前記金属原子を含まない前記第３透明電極からなる前記第１透明電極を形成する工程、
    を有し、
    前記第２透明電極と前記半導体層との接触抵抗が１×１０^−４Ω・ｃｍ^２以下である、半導体発光素子の製造方法。
11. 請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法において、
    前記第２透明電極が含む前記金属原子の濃度は、１ｗｔ％〜１０ｗｔ％である、半導体発光素子の製造方法。
12. 請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法において、
    前記第２透明電極が含む前記金属原子の濃度は、１ｗｔ％〜３ｗｔ％である、半導体発光素子の製造方法。
13. 請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
    前記金属原子は、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｌである、半導体発光素子の製造方法。
14. 請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法において、
    前記第３透明電極の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍである、半導体発光素子の製造方法。
15. 請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法において、
    前記第２透明電極の平面視における形状は、前記第１電極の周囲を連続的に囲む形状、、複数の円形を互いに離して配置した形状、または複数の多角形を互いに離して配置した形状である、半導体発光素子の製造方法。
16. 請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法において、
    前記第１透明電極と前記半導体層との接触抵抗が、１×１０^−２Ω・ｃｍ^２〜５×１０^−２Ω・ｃｍ^２である、半導体発光素子の製造方法。
17. 請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法において、
    前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程との間に、さらに
    （ｅ）前記第１領域の全部または一部に絶縁膜を形成する工程、
    を含む、半導体発光素子の製造方法。
18. 請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法において、
    前記半導体層は、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料、またはＡｌＧａＩｎＮ系材料からなる、半導体発光素子の製造方法。

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