JP6119906B2

JP6119906B2 - 発光素子

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Publication number: JP6119906B2
Application number: JP2016105480A
Authority: JP
Inventors: 康寛三木; 雅彦大西; 佐野　雅彦; 雅彦佐野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: JP2016171340A

Description

本発明は、発光素子に関する。

窒化物半導体を用いた発光素子は、そのワイドバンドギャップ特性から、近紫外から赤
色域において発光が得られるため、広く利用されている。
発光素子は、通常、基板上に、ｎ型窒化物半導体、活性層及びｐ型窒化物半導体をこの
順に積層した構造を有し、ｐ型層、一部露出されたｎ型層に各電極が設けられている。そ
して、このような基本構造に基づいて、特に、その高出力化を目指して、種々の発光素子
構造及び電極構造が提案されている。

例えば、ｎ型層に設けられるｎ電極にＩＴＯ等の透明導電性酸化物を用いる構造、ｐ層
に設けられ電極とｐ層との間に透光性絶縁膜を介在させる構造等が提案されている（特許
文献１及び２）。

特開平８−２５０７６９号公報特開平９−１２９９２１号公報

しかし、ｐ層と電極との間に透光性絶縁膜を介在させた構造では、透光性絶縁膜とｐ層
との密着性が悪く、製造工程の途中で透光性絶縁膜が剥がれ、歩留まりが低下するという
懸念がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、半導体層と電極を構成する透光性導電
層との間に透光性絶縁層を介在させることにより、光取り出し効率の向上を図りながら、
歩留まりの低下を軽減できる発光素子を提供することを目的とする。

本発明は以下の発明を含む。
半導体層及び
前記半導体層と電気的に接続された透光性導電層と、該透光性導電層上の一部に設けら
れた金属部材と、前記半導体層と透光性導電層との間であって、前記半導体層に接して設
けられた第１透光性絶縁層と、該第１透光性絶縁層上に設けられ、かつ平面視において、
前記金属部材と重なる位置に配置された第２透光性絶縁層とを有する電極構造体を備え、
前記第１透光性絶縁層は、その外縁が前記第２透光性絶縁層の外縁よりも外側に配置さ
れ、かつ前記第２透光性絶縁層よりも前記半導体層との密着力が高い材料により形成され
ている発光素子。

（ａ）半導体層上の所定領域にレジスト層を形成し、
（ｂ）前記レジスト層上から、スパッタ法により第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁
層をこの順に形成し、その後、前記レジスト層を除去し、
（ｃ）得られた第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層のうち、該第２透光性絶縁層の
外縁を除去して、該第２透光性絶縁層の外縁を、前記第１透光性絶縁層の外縁よりも内側
に配置し、
（ｄ）これら第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層並びにその周囲の前記半導体層の
表面を被覆するように透光性導電層を形成し、
（ｅ）さらに前記透光性導電層上であって、前記第２透光性絶縁層と重なる位置に金属
部材を形成する発光素子の製造方法。

本発明によれば、光取り出し効率に優れた発光素子を得ることができるとともに、歩留
まりの低下を軽減することができる発光素子の製造方法を提供することができる。

本実施形態１に係る発光素子の構造を説明するための概略平面図である。本実施形態１に係る発光素子の構造を説明するための図１ＡのＡ−Ａ’線の概略断面図である。本実施形態２に係る発光素子の構造を説明するための概略平面図である。本実施形態２に係る発光素子の構造を説明するための図２ＡのＡ−Ａ’線の概略断面図である。本実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための概略断面工程図である。

以下、本件発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以
下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光素子を例示するものであ
って、本発明は発光素子を以下のものに特定しない。さらに以下の説明において、同一の
名称、符号については同一又は同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
なお、図１Ａ及び図２Ａの平面図においては、第１透光性絶縁層１６、６５の外縁を図
示せず、第２透光性絶縁層１５、６５の外縁のみを表している。

実施形態１
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態に係る発光素子１０は、半導体層２４と、
電極構造体２３とを備える。

（半導体層）
半導体層２４は、例えば、基板１１上に、任意にバッファ層等の１層又は複数層（図示
せず）を介して、第１（以下「ｎ型」と記載することがある）半導体層１２、発光層１３
及び第２（以下「ｐ型」と記載することがある）半導体層１４がこの順に積層されて構成
されている。
半導体層２４は、第２半導体層１４側から厚み方向に一領域が除去され、つまり、部分
的に除去され、そこから第１半導体層１２が露出しており、この露出した領域以外の第１
半導体層１２の他の領域上に、発光層１３および第２半導体層１４が順に積層されて構成
されている。
本実施形態の発光素子においては、便宜上、半導体層２４を第２半導体層１４として説
明するが、この半導体層は、第１半導体層１２であってもよい。この場合には、以下の説
明において、第２半導体層１４を第１半導体層１２と読み替える。

半導体層２４を構成する第１半導体層１２、発光層１３及び第２半導体層１４としては
、特に限定されるものではなく、例えば、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦
Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系化合物半導体が好適に用いられる。これらの窒化物半導体
層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造
等であってもよい。特に、発光層１３は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸
又は多重量子井戸構造であることが好ましい。

（基板）
基板１１としては、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、窒化物半導体（例えば、
ＧａＮ等）、ＧａＡｓ等の公知の絶縁性基板又は導電性基板を用いることができる。絶縁
性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。
絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ側の電極及びｎ側の電極はいずれも
半導体層の同一面側に形成されることになる（図１Ｂ及び図２Ｂ参照）。また、最終的に
絶縁性基板を除去する場合又は導電性基板を用いる場合、ｐ側の電極及びｎ側の電極はい
ずれも半導体層の同一面側に形成してもよいし、異なる面にそれぞれ形成してもよい。

（電極構造体）
電極構造体２３は、半導体層２４と電気的に接続された透光性導電層２１と、透光性導
電層２１上の一部に設けられた金属部材２２と、前記半導体層と透光性導電層との間であ
って、半導体層に接して設けられた第１透光性絶縁層１５と、第１透光性絶縁層１５上に
設けられ、かつ平面視において、金属部材２２と重なる位置に配置された第２透光性絶縁
層１６とを有する。
以下、第２半導体層１４と電気的に接続された透光性導電層２１と、透光性導電層２１
上の一部に設けられた金属部材２２とをあわせて第２電極２０と称することがある。つま
り、第２電極２０は、第２半導体層１４上の第１透光性絶縁層１５及び第２透光性絶縁層
１６が形成されていない領域に直接接触しており、これら第１透光性絶縁層１５及び第２
透光性絶縁層１６を被覆するように、第２半導体層１４とオーミック接続されている。

（透光性導電層）
第２電極２０のうち透光性導電層２１が、第２半導体層１４とオーミック接続されてい
る。ここでオーミック接続とは、当該分野で通常用いられている意味であり、例えば、そ
の電流−電圧特性が直線又は略直線となる接続を指す。また、デバイス動作時の接合部で
の電圧降下及び電力損失が無視できるほど小さいことを意味する。

透光性導電層２１は、第２半導体層１４への均一な電流の供給を意図するものであるた
め、第２半導体層１４上の略全面に、広い面積で配置されることが好ましい。ここで略全
面とは、上面に露出する第２半導体層１４の外縁及び第１半導体層の露出した領域の外縁
以外の領域を指す。例えば、発光素子の平面積の９０％以上であるのが好ましく、さらに
は９５％以上であることが好ましい。これにより、第２電極２０の第２半導体層１４への
接触面積を最大限として、金属部材２２から直下にある半導体層（特に活性層１３）に流
れ込む電流を、広範な透光性導電層によって拡散することができ、接触抵抗を低下させて
駆動電圧を低減させることができる。また、より均一な電流分布で、電流を第２半導体層
の全面に供給することができる。

透光性導電層２１は、発光層１３からの光を効率的に取り出すために、発光層１３から
出射される光に対して、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上透過させる材
料から形成されるのが好ましい。例えば、亜鉛、インジウム、錫、マグネシウム、カドミ
ウム、ガリウム、鉛からなる群から選択される少なくとも１種を含む酸化物、具体的には
、ＩＴＯ、ＺｎＯ_２、ＩｎＯ_２、ＳｎＯ、ＭｇＯ等の導電性酸化物膜の単層膜又は積層膜
が挙げられる。また、透光性を有するものであれば、一般に電極に使用される薄膜状の金
属又は合金の単層膜又は積層膜でもよい。

透光性導電層２１の厚みは、例えば、順方向電圧（Ｖｆ）を低減できる５０ｎｍ以上、
かつ発光層１３から出射された光の媒質伝搬による光損失が低減できる３００ｎｍ以下程
度の厚みとするのが好ましい。

（金属部材）
金属部材２２は、透光性導電層２１上の一部に設けられ、かつ導電性ワイヤなどの外部
接続部材が接続可能な部材である。
金属部材２２は、その全部が透光性導電層２１上に配置されていることが好ましい。金
属部材２２は透光性導電層２１と電気的に接続されており、透光性導電層２１よりも小さ
い面積を有していることが好ましい。つまり、金属部材２２は、第２導電型半導体層１４
に直接接触していないことが好ましい。第２半導体層１４と後述する第１透光性絶縁層１
６との界面や、第１透光性絶縁層１６と第２透光性絶縁膜層１５との界面などにおいて、
活性層１３からの光を反射させることにより、金属部材２２による光の吸収を回避するた
めである。
金属部材２２は、発光素子の形状、大きさ及び使用態様（フェイスアップ実装形態、フ
ェイスダウン実装形態等）等によって、発光素子１０内における位置、大きさ等を適宜調
整することができる。

金属部材２２は、ワイヤボンディングの接続部となる領域を含むことが好ましい。この
場合、ワイヤボンディングが可能となる面積、ワイヤボンディングに使用する導電性ワイ
ヤとの密着性を考慮した大きさ、積層構造又は表面層、ワイヤボンディングの際の衝撃に
耐えるだけの厚さ等を適宜調整して形成することができる。
また、金属部材２２は、発光素子１０の全面により均一に電流を供給するために、ワイ
ヤボンディングの接続部となる領域以外に、この領域から延伸した延伸部を備えているこ
とが好ましい。延伸部の形状、大きさ等は特に限定されないが、例えば、５〜５００μｍ
程度、５〜５０μｍ程度の太さ、発光素子の一辺（例えば、長辺）２０〜７０％程度、３
０〜６０％程度の長さを有するものが好ましい。また、延伸部は、直線状及び曲線状のい
ずれもよく、１本又は２本以上のいずれでもよく、分岐構造を有していてもよい。
特に、金属部材２２の接続部は、発光素子１０の全面により均一に電流を供給するため
に発光素子１０において、周辺部又は端部に偏って配置されていることが好ましく、延伸
部は、後述する第１電極３０に向かって延伸していることが好ましい。例えば、本実施形
態における金属部材２２は、その接続部から後述する第１電極３０を挟むように２つの延
伸部がＵ字状に延伸し、それぞれが第１電極３０の接続部から延伸する延伸部と略平行と
なるように対向して配置されている。

金属部材２２は、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ
）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）
、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニ
オブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、
モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃ
ｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属又
は合金、Ａｌ、Ｓｉ及びＣｕの合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金）等の単層膜又は積層膜によ
って形成することができる。

特に、金属部材２２は、ワイヤボンディングなどの他の端子との接続のために通常用い
られる導電性材料、例えば、金、白金等を、その上面側（接続領域）に配置させることが
好ましい。さらに、後述する保護膜１７との密着性の良好な材料、例えばＮｉやＴｉ、Ｃ
ｒ、Ａｌ、Ｗなどを金属部材２２の上面に配置させることが好ましい。

金属部材２２は、総膜厚が１００ｎｍ〜５μｍ程度となる範囲で適宜調整することがで
き、例えば、その上にＡｕバンプを形成する場合には、金属部材２２を比較的厚めに、共
晶（Ａｕ−Ｓｎ等）バンプを形成する場合には金属部材２２を比較的薄めに設定するなど
が適している。

（第２透光性絶縁層）
第２透光性絶縁層１５は、上述した金属部材２２からその直下にある発光層１３に流れ
込む電流を低減するとともに、電流のより広範囲にわたる拡散を果たす役割を有する。そ
のために、第２透光性絶縁層１５は、第２半導体層１２と透光性導電層２１との間に配置
されている。特に、その上面の全面が、透光性導電層２１に接触して配置されていること
が好ましい。また、透光性導電層２１を介して、金属部材２２の一部と重なる位置に配置
されている限り、その全部と重なる位置に配置されていてもよい。

第２透光性絶縁層１５は、このような機能を果たすものであれば、その形状、大きさ、
材料、厚み等は特に限定されるものではなく適宜調整することができる。
例えば、金属部材２２と同じ形状及び大きさであってもよいし、形状が同じで、若干小
さめ（１％〜十数％程度の縮尺）又は大きめ（１％〜十数％程度の拡大）であることが適
している。特に、金属部材２２と同じか大きく、金属部材２２の全部が、第２透光性絶縁
層１５の上方に配置されていることが好ましい。この場合には、第２透光性絶縁層１５の
材料によって、発光層１３から出射される光を、第２透光性絶縁層１５と透光性導電層２
１との界面で、より大面積で、より確実に反射させることができるために、出射光の金属
部材２２による吸収を最小限に止めることができ、光反射効率を向上させることができる
。

第２透光性絶縁層１５は、透光性を有する絶縁体からなるものであればよく、例えば、
酸化物膜として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＨｆＯ、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_xＮ_y等が挙
げられ、窒化物膜としては、ＳｉＮ、ＴｉＮ等が挙げられ、これらの単層膜又は積層膜で
あってもよい。
特に、第２透光性絶縁層１５は、第２半導体層１４と屈折率が異なるものが好ましく、
第２半導体層１４よりも屈折率が小さいものがより好ましく、さらには後述する第１透光
性絶縁層１６よりも屈折率が小さいものが好ましい。具体的には、窒化物半導体層がＧａ
Ｎ層である場合は、その屈折率が２．４〜２．５程度であることから、第２透光性絶縁層
１５の屈折率は、例えば、２．０程度以下、１．８程度以下、１．６程度以下のもの、な
かでもＳｉＯ_２の単層膜を用いるのがより好ましい。
このように、第２透光性絶縁層１５の屈折率が第２半導体層１４よりも（及び第１透光
性絶縁層１６よりも）小さい場合には、第２半導体層１４又は第１透光性絶縁層１６と第
２透光性絶縁層１５との界面で活性層１３からの光が反射され、特に、臨界角以上で略全
反射され、その上の電極材料による光損失を最小限にとどめることができ、より光取り出
し効率を向上させることができる。

第２透光性絶縁層１５の厚みは、例えば、後述する第１透光性絶縁層１６との界面にお
いて発光層１３からの光を全反射することができるように１００ｎｍ程度以上、好ましく
は２００ｎｍ程度以上とすることが挙げられ、さらに好ましくは、発光層の発光ピーク波
長以上の厚み（エバネッセント場よりも外側に透光性導電層２１が配置される厚み）であ
る。これにより、臨界角以上で入射される光が全反射されずに透光性導電層２１に抜ける
のを抑制することができる。具体的には、第２透光性絶縁層１５の厚みは、製造における
作業時間やコストなども考慮して１００〜１０００ｎｍ程度が好ましく、２００〜５００
ｎｍ程度がより好ましく、発光層の発光ピーク波長以上の厚み〜５００ｎｍ程度がさらに
好ましい。

（第１透光性絶縁層１６）
第１透光性絶縁層１６は、第２半導体層１４と第２透光性絶縁層１５とをより強度に密
着させるために、半導体層と透光性導電層との間、特に、第２半導体層１４と第２透光性
絶縁層１５との間に配置される。従って、第１透光性絶縁層１６は、第２透光性絶縁層１
５よりも第２半導体層１４との密着力が高い材料により形成される。また、第１透光性絶
縁層１６は、第２透光性絶縁層１５が第２半導体層１４と接触しない形状、大きさ等であ
ることが好ましい。第１透光性絶縁層１６は、第２半導体層１４上であって、第２透光性
絶縁層１５の外縁よりも外側にその外縁を配置するものが好ましい。これによって、第２
透光性絶縁層１５の第２半導体層１４への密着性の弱さを第１透光性絶縁層１６で確実に
補助することができる。
また、第１透光性絶縁層１６の外縁は、第２透光性絶縁層１５の外縁に対して特に限定
されることなく、例えば、数十ｎｍ〜数μｍ程度、具体的には１０ｎｍ〜２μｍ程度の距
離で外側に配置されていることが好ましい。

第１透光性絶縁層１６は、第２透光性絶縁層１５と屈折率が異なるものが好ましく、第
２透光性絶縁層１５よりも屈折率が大きいものがより好ましく、第２透光性絶縁層１５よ
りも第２半導体層１４に近い屈折率であるものがさらに好ましい。具体的には、窒化物半
導体層であるＧａＮ層は、屈折率が２．４〜２．５程度であることから、第１透光性絶縁
層１６の屈折率は、これと同等又はこれよりも小さい、例えば、１．６程度以上、１．８
程度以上、２．０程度以上のものが好ましい。

第１透光性絶縁層１６は、第２透光性絶縁層よりも半導体層との密着力が高い材料によ
り形成されることにより、通常使用されていた透光性導電層と半導体層との間に配置され
ていた絶縁層よりも、半導体層との密着性を確保することができると共に、より均一な電
流分布で確実に半導体層への電流の供給が可能となる。
ここで、第１透光性絶縁層１６の半導体層との密着力は、第１透光性絶縁層１６、半導
体層の組成等によって変動し、また、第２透光性絶縁層の組成によっても、第１透光性絶
縁層１６の半導体層との間で必要とされる密着力の大きさが変動する。よって、第１透光
性絶縁層１６を構成する材料は、用いる第２透光性絶縁層及び半導体層によって適宜選択
することができる。

第１透光性絶縁層１６は、例えば、酸化ニオブ、酸化チタン、アルミナ、酸化ジルコニ
ウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化マグネシウム
、チタン酸ビスマスよりなる群から選択される材料等が挙げられる。なかでも、酸化ニオ
ブが好ましい。特に、第２透光性絶縁層１５が酸化シリコンである場合に、第１透光性絶
縁層１６を酸化ニオブとすることにより、第２半導体層１４との密着性をより強固とする
ことができる。また、第２半導体層１４と第１透光性絶縁層１６との屈折率差をほぼ無い
くらいまで小さくすることができる一方、第１透光性絶縁層１６と第２透光性絶縁層１５
との屈折率差を大きくすることができるために、第１透光性絶縁層１６と第２透光性絶縁
層１５との界面における臨界角を小さく設定でき、効率良く発光層１３からの光を全反射
させることができる。このため、第２電極又は後述する第１電極の一部による光の吸収を
最小限にとどめ、より光取り出し効率を図ることが可能となる。

第１透光性絶縁層１６は、第２半導体層１４との密着性を考慮して１ｎｍ以上の厚み、
３ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上の厚み、かつ第１透光性絶縁層１６自体に光が吸
収されるのを軽減できる１００ｎｍ以下の厚み、５０ｎｍ以下の厚みを有するものが好ま
しい。具体的には、１〜１００ｎｍ程度が好ましく、３〜１００ｎｍ程度がより好ましく
、１０〜５０ｎｍがさらに好ましい。
このような第１透光性絶縁層１６が、極薄膜で、第２半導体層１４と第２透光性絶縁層
１５との間に介在することにより、第２透光性絶縁層１５の第２半導体層１４への密着性
を確保することができ、製造工程の途中で第２透光性絶縁層１５が剥がれることなく、高
い歩留まりで発光素子を製造することができる。
また、第２透光性絶縁層１５よりも外縁が外側に設けられた第１透光性絶縁層１６は、
上述した第２透光性絶縁層１５と共に、金属部材２２からその直下にある活性層１３に流
れ込もうとする電流を水平方向により拡散させることができる。
さらに、このような構成を有する第１透光性絶縁層１５及び第２透光性絶縁層１６は、
その界面で、活性層１３からの光を反射することができる。よって、金属部材２２による
光吸収を軽減することができる。

（第１電極３０）
発光素子１０の第１半導体層１２の上面（活性層１３及び第２半導体層１４が設けられ
た領域とは異なる他の領域）には、第１電極３０が形成されている。この電極３０は、第
１半導体層１２上に直接接触しており、オーミック接続されていればよい。例えば、Ａｌ
、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ等の金属材料、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ等の
導電性酸化物等が挙げられる。第１電極３０は、単層構造でもよいし、積層構造でもよい
。また、上述した第２電極２１と同じ積層構造を有していてもよい。つまり、オーミック
接続されている透光性導電層３１と、この透光性導電層３１上に配置された金属部材３２
とを有していてもよい。この積層構造を選択することにより、第２電極２０のための積層
構造の形成の際に、同時に積層し、同時にパターニングすることにより、製造工程の簡略
化を図ることができる。

この第１電極３０、特に、透光性導電層３１は、第１半導体層１２への均一な電流の供
給を意図するものであるため、第１半導体層１２上の略全面に、広い面積で形成されるこ
とが好ましい。これにより、第１電極３０の第１半導体層１２への接触面積を最大限とし
て、接触抵抗を低下させて駆動電圧を低減させることができるとともに、効果的に電流を
第１半導体層１２の全面に供給することができる。

（保護膜１７）
半導体層の側面、第２電極２０の一部、第１半導体層１２の露出領域、第１電極３０の
一部の表面には、通常、保護膜３２が形成されている。
保護膜１７は、光を吸収しにくい材料で形成する場合には、発光層１３からの光の吸収
を最小限に留めて、光の取出効率を向上させることができる。例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化膜、
窒化膜、酸化窒化膜等が挙げられる。特に、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ
、ＳｉＯＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮが挙げられる。保護膜１７は、単一の材料の単層膜又は
積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。
また、保護膜１７の厚みは、外部環境から発光素子を保護するために、例えば、１０〜
２０００ｎｍ程度が適しており、１００〜１０００ｎｍ程度がより好ましい。

（発光素子の製造方法）
本発明の発光素子の製造方法では、まず、（ａ）半導体層上の所定領域にレジスト層を
形成する。
半導体層は、当該分野で通常利用されている方法により、上述した半導体層の積層構造
を得るために、条件等を適宜調整して形成することができる。
例えば、ＭＯＶＰＥ、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（
ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の成膜方法が挙げられる。

次いで、（ｂ）レジスト層上から、スパッタ法により第１透光性絶縁層及び第２透光性
絶縁層をこの順に形成し、その後、レジスト層を除去する。
例えば、第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層の形成を意図する領域に開口を有する
レジスト層を形成し、レジスト層上からスパッタ法により第１透光性絶縁層及び第２透光
性絶縁層の材料膜をこの順に第２半導体層上に形成する。その後、レジスト層並びにその
上に形成された第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層の材料膜を除去すること（リフト
オフ法）によって、図３（ａ）に示したように、所望の形状にパターニングされた第１透
光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５を形成する。
なお、第１透光性絶縁層を成膜する場合のスパッタ法の条件は、第２透光性絶縁層を成
膜する場合の条件よりも緩和とすることが好ましい。通常、第１透光性絶縁層及び第２透
光性絶縁層をスパッタ法により成膜する場合には、図３（ａ）に示したように、半導体層
の表面にスパッタした粒子が衝突し、表面荒れ、結晶の歪等によるダメージ領域１４ａが
形成されるが、スパッタ法の条件を緩和とすることにより、第１透光性絶縁層を成膜する
際の半導体層表面のスパッタ効果を緩和して、半導体層表面のダメージ、荒れ又は結晶の
歪等を回避することができ、第１透光性絶縁層１６の半導体層１４への密着性をより向上
させることができる。

ここで形成される第１透光性絶縁層は、その上に形成される第２透光性絶縁層よりも半
導体層との密着力が高い材料により形成されるのが好ましく、第２透光性絶縁層よりも半
導体層の屈折率に近い屈折率を有するのが好ましい。また、第２透光性絶縁層は、第１透
光性絶縁層の屈折率よりも小さい屈折率を有するのが好ましい。

その後、（ｃ）得られた第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５のうち、第２
透光性絶縁層１５の外縁を除去して、図３（ｂ）に示したように、第２透光性絶縁層１６
の外縁を、第１透光性絶縁層１６の外縁よりも内側に配置する。
このような除去は、例えば、これら層を構成する材料によるエッチングレートの差異を
利用して行うことができる。具体的には、ドライエッチング又はウェットエッチングによ
るエッチャントの選択、エッチング時間、ドライエッチングにおける電力、ＲＦ、エッチ
ャントの濃度又は純度等を制御することなどによって、エッチングレートの差異を利用す
ることができる。
特に、フッ化水素とフッ化アンモニウムとを含む水溶液（バッファードフッ酸、ＢＨＦ
）を用いたウェットエッチングが好ましい。バッファードフッ酸は、水溶液の濃度を調整
することにより、エッチングレートを制御することができる。例えば、ウェットエッチン
グは、１５〜５０℃程度の温度で０．５〜３０分間程度処理する方法が挙げられる。
このような加工を行うことにより、通常、比較的厚膜の透光性絶縁層をリフトオフ法に
よってパターン形成した際に、透光性絶縁層の端部に発生するバリ等を効果的に除去する
ことができる。また、エッチングによって、第２透光性絶縁層の外縁を、第１透光性絶縁
層の外縁よりも内側に配置することができるために、第２透光性絶縁層が直接半導体層に
接触することを回避することができ、それらの接触の脆弱による第２透光性絶縁層の剥離
を防止することができる。加えて、第２透光性絶縁層の端面を、より半導体層から遠ざけ
ることができるため、半導体層、第１透光性絶縁層及び第２透光性絶縁層の端面付近にお
ける応力を回避して、第２透光性絶縁層の剥がれをより効果的に防止することができる。

続いて、図３（ｃ）に示したように、（ｄ）これら第１透光性絶縁層１６及び第２透光
性絶縁層１５並びにその周囲の半導体層の表面を被覆するように透光性導電層２１を形成
する。さらに、（ｅ）透光性導電層２１上であって、第２透光性絶縁層１５と重なる位置
に金属部材２２を形成する。
ここでの、透光性導電層２１及び金属部材２２は、当該分野における電極の形成と同様
の方法、例えば、フォトリソグラフィー及びエッチング方法によって、所望の形状にパタ
ーニングすることによって形成することができる。

なお、工程（ａ）において、フォトリソグラフィー及びＲＩＥ等のエッチング法などを
用いて、第２半導体層及び発光層、任意に第１半導体層の厚み方向の一部を除去し、第１
半導体層を露出させることによって、第１半導体層と、第１半導体層の一領域上に設けら
れた発光層と、発光層上に設けられた第２半導体層とを有する半導体層を形成する。

これらの工程の後、保護膜１７を形成してもよい。保護膜１７は、当該分野で公知の方
法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、Ｅ
ＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、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
、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と
酸化処理（熱処理）とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。

実施形態２
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態に係る発光素子４０は、半導体層と、電極
構造体２３、３３とを備える。
この実施形態の発光素子４０では、第２半導体層１４上に形成された電極構造体２３に
加えて、第１半導体層１２上にも電極構造体３３を配置する以外、実施形態１の発光素子
１０と実質的に同様の構成を有する。

つまり、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、透光性導電層５１と第１半導体層１２との間
には、第２半導体層１４と透光性導電層２１との間と同様に、第２透光性絶縁層６５及び
第１透光性絶縁層６６が配置されている。この場合、第２透光性絶縁層６５は、金属部材
５２の全部と重なる位置に配置されていてもよいが、金属部材５２の一部と重なる位置に
配置されていることが好ましい。特に、第２透光性絶縁層６５は、金属部材５２の一部と
重なり、発光素子の外縁側において、透光性導電層５１を第１半導体層１２と接触させる
ように配置されていることが好ましい。これによって、より好適に、発光層１３への電流
の均一な供給を実現することができる。

このような発光素子は、上述した工程（ａ）において、第２半導体層１４上及び第１半
導体層１２の他の領域（露出領域）上に開口を有するレジスト層を形成し、このレジスト
層を用いて上述した工程（ｂ）〜（ｅ）を行うことにより、形成することができる。

第１電極５０側の電極構造体３３と、第２電極２０側の電極構造体２３とを同じ材料膜
によって形成する場合には、形成しようとする領域、例えば第１半導体層の他の領域（露
出領域）上および第２半導体層上に開口を有するレジスト層をパターン形成し、このレジ
スト層をマスクとして用いて同時に形成することができる。

また、第２半導体層１４上への電極構造体２３の形成とは別個に、上述した工程（ａ）
において、第１半導体層１２の他の領域（露出領域）上に開口を有するレジスト層を形成
し、このレジスト層を用いて上述した工程（ｂ）〜（ｅ）と同様の工程を行うことにより
、第２半導体層１４上と、第１半導体層１２上とに、別個に電極構造体３３を形成するこ
とができる。

以下に、本発明の実施形態に係る発光素子及びその製造方法について、詳細に説明する
。
実施例１
この実施例の発光素子１０は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、半導体層２４と、電極構
造体２３とを有する。
半導体層２４は、サファイアからなる基板１１上に、バッファ層等の複数層（図示せず
）を介して、第１（例えば、ｎ型）半導体層１２、発光層１３及び第２（例えば、ｐ型）
半導体層１４をこの順に積層した半導体層が形成されている。半導体層は、部分的に除去
されて、そこからｎ型半導体層１２が露出する露出領域が形成されている。

第２半導体層１４の上面には、発光素子１０の全外周及び素子内の露出領域の全外周を
除く全面に、ＩＴＯによる透光性導電層２１と金属部材２２とからなる第２電極２０が形
成されている。
透光性導電層２１は、その一部を除いて、第２半導体層１４上に直接接触しており、オ
ーミック接続されている。
透光性導電層２１の上には、導電性ワイヤ等の外部接続部材が電気的に接続されるパッ
ド電極として機能する金属部材２２が配置されている。この金属部材２２によって、透光
性導電層２１を介して電流を第２半導体層１４の全体に供給することができる。
例えば、金属部材２２は、半導体層側から、Ｒｈ膜（膜厚：１００ｎｍ）、Ｗ膜（膜厚
：５０ｎｍ）及びＡｕ膜（膜厚：５００ｎｍ）が順次積層されて構成されている。

第２半導体層１４と透光性導電層２１との間には、酸化ニオブからなる第１透光性絶縁
層１６と、酸化シリコンからなる第２透光性絶縁層１５とが半導体層側から順に配置され
ている。
上述した透光性導電層２１、金属部材２２、第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁
層１５により、電極構造体２３が形成されている。
第２透光性絶縁層１５は、その外縁が、第１透光性絶縁層１６の外縁よりも外側に位置
するように、つまり、第２透光性絶縁層１５の全面が、第１透光性絶縁層１６上に配置す
るように積層されている。
また、第２透光性絶縁層１５は、その外縁が、金属部材２２の外縁よりも外側に位置す
るように、つまり、金属部材２２の全面が、透光性導電層２１を介して第２透光性絶縁層
１５上に位置するように形成されている。

第１半導体層１２の上面には、透光性導電層２１及び金属部材２２からなる第２電極２
０と同様の材料によって、透光性導電層３１及び金属部材３２からなる第１電極３０が形
成されており、透光性導電層３１の全面が、第１半導体層１２上に直接接触しており、オ
ーミック接続されている。

この実施例の発光素子１０では、例えば、素子サイズが７００×３００μｍ、第２半導
体層１４に接続する第１透光性絶縁層１６の総面積が２００００μｍ^２、透光性導電膜（
ＩＴＯ）と第２半導体層１４との接触面積が１５００００μｍ^２である。

このような発光素子は、以下の製造方法により作製することができる。
（半導体層の形成）
サファイアからなる基板１１の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよ
りなるバッファ層を１０ｎｍ、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、第１半導体層１２とし
て、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４ｎｍ）
とＩｎＧａＮ層（２ｎｍ）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層６４ｎｍ
を形成する。その上に、最初に膜厚が３ｎｍのＩｎ_０．３Ｇａ_０．７Ｎからなる井戸層と
膜厚が１５ｎｍのアンドープＧａＮからなる障壁層が、障壁層から繰り返し交互に６層ず
つ積層され、最後に障壁層が積層されて形成された多重量子井戸構造の発光層１３（総膜
厚１２３ｎｍ）を形成する。その上に、第２半導体層１４として、ＭｇドープＡｌ_0.1Ｇ
ａ_0.9Ｎ層（４ｎｍ）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２ｎｍ）とを交互に１０回積層させた
超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０
．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを得た。

得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッ
ド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化した。

（電極の形成）
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、第２半導体層１４上に、所定形状のパタ
ーンを有するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして使用して
、スパッタ法によって、酸化ニオブ及び酸化シリコンを順次成膜した。その後、リフトオ
フ法を利用して、図３（ａ）に示したように、これら膜を所望形状にパターニングして、
半導体層１４上に、第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５を形成した。なお、
第１透光性絶縁層１６及び第２透光性絶縁層１５が積層された半導体層１４の表面には、
スパッタでの粒子の衝突によるダメージ領域１４ａが発生する。また、第１透光性絶縁層
１６は、第２透光性絶縁層１５に比較して、非常に薄膜であるために、リフトオフ法によ
るバリ等はほとんど発生しない。

続いて、バッファードフッ酸を用いて、常温でウェットエッチングを行い、第２透光性
絶縁層１５の外縁を、第１透光性絶縁層１６の外縁よりも内側に位置するように第２透光
性絶縁層１５を加工した。なお、このウェットエッチングによっては、第１透光性絶縁層
１６はほとんどエッチングされず、第２透光性絶縁層１６の周辺に発生するバリ及びその
側面がエッチングされ、若干その大きさが小さくなる。
その後、得られたウェハの表面に、ＩＴＯからなる膜を成膜してパターニングすること
により、図３（ｃ）に示したように、第２半導体層１４及び露出した第１半導体層１２の
略全面に、それぞれ透光性導電層２１，３１を形成した。
次に、得られたウェハ上に、Ｒｈ膜（厚み１００ｎｍ）、Ｗ膜（厚み５０ｎｍ）及びＡ
ｕ膜（厚み５００ｎｍ）を順次積層し、上述した形状にパターニングして、図３（ｃ）に
示したように、金属部材２２，３２をそれぞれ形成し、第２電極２０及び第１電極３０を
形成した。

さらに、サファイアからなる基板１１を裏面側から研磨して薄膜化し、続いて、スクラ
イブすることによって、発光素子のチップを形成した。

実施例２
この実施例２の発光素子４０は、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、第１半導体層１２
の上に電極構造体３３が配置されている以外は、実施形態１の発光素子１０と同様の構成
を有する。
つまり、第１半導体層１２と、その上に形成された第１電極５０との間に、第１透光性
絶縁層６６及び第２透光性絶縁層６５が配置されている。
ここで、第１半導体層１２上の第１透光性絶縁層６６及び第２透光性絶縁層６５は、第
２半導体層１４上のそれらと同様の材料によって形成されているが、第２透光性絶縁層６
５の外縁は、第１透光性絶縁層６６の外縁よりも内側に位置している。
また、第２透光性絶縁層６５の外縁は、透光性導電層５１の外縁の内側であり、かつ、
金属部材５２の外縁の外側に配置している。

（発光素子の評価１）
第２透光性絶縁層（酸化シリコン）／第１透光性絶縁層（酸化ニオブ）の厚みを変化さ
せる以外、実施例１と同様にして得られたウェハにおいて、製造時の熱応力で剥がれた第
２透光性絶縁層の個数を自動外観装置にてカウントし、第２透光性絶縁層の剥がれ率（ｐ
ｐｍ）を算出した。なお、さらにウェハから個片化した発光素子を砲弾型（直径５ｍｍ）
の発光装置に実装し、通常の使用電流域にて発光させた場合の順方向電圧（Ｖ）及び光出
力（ｍＷ）についても確認した。
比較例として、第１透光性絶縁層を形成しない以外、上記と同様にして得られた発光装
置を用いた。

評価例１Ａ〜１Ｄは、比較例２と比べて光出力および順方向電圧を維持したまま、顕著
に剥がれ率を低減することができた。また、第１透光性絶縁層の厚みが大きくなるにつれ
て、剥がれ率をより低減することができた。

（発光素子の評価２）
第２透光性絶縁層（酸化シリコン）／第１透光性絶縁層（酸化ニオブ）の厚みを変化さ
せる以外、実施例１と同様にして得られたウェハにおいて、製造時の熱応力で剥がれた第
２透光性絶縁層の個数を自動外観装置にてカウントし、第２透光性絶縁層の剥がれ率（ｐ
ｐｍ）を算出した。なお、さらにウェハから個片化した発光素子を砲弾型（直径５ｍｍ）
の発光装置に実装し、通常の使用電流域にて発光させた場合の順方向電圧（Ｖ）及び光出
力（ｍＷ）についても確認した。
比較例として、第１透光性絶縁層を形成しない以外、上記と同様にして得られた発光装
置を用いた。

評価例２Ａ〜２Ｄはいずれも、比較例２と比べて光出力および順方向電圧を維持したま
ま、顕著に剥がれ率を低減することができた。また、第１透光性絶縁層の厚みが大きくな
る、特に１０ｎｍ以上のとき剥がれをなくすことができた。
なお、本評価に用いた各サンプルは、評価１に用いたサンプルと同様の条件で作成した
ものではあるが、評価１とは別のウェハから得られたサンプルであるため、評価例１Ｄと
評価例２Ａとで異なる剥がれ率を示している。ただし、同一ウェハから得られたサンプル
同士を比較する場合、剥がれ率には同様の傾向が現れるため、評価２における剥がれ率の
比較自体に問題は無いものとする。

本発明に係る発光素子は、例えば、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機等、種々の発光装置に利用することができる。

１０、４０発光素子
１１基板
１２第１半導体層
１３発光層
１４第２半導体層
１４ａダメージ領域
１５、６５第２透光性絶縁層
１６、６６第１透光性絶縁層
１７保護膜
２０第２電極
３０第１電極
２１、３１、５１透光性導電層
２２、３２、５２金属部材
２３、３３電極構造体
２４半導体層

Claims

窒化物半導体層及び
前記窒化物半導体層と電気的に接続された透光性導電層と、該透光性導電層上の一部に設けられた金属部材と、前記窒化物半導体層と透光性導電層との間であって、前記窒化物半導体層に接して設けられた第１透光性絶縁層と、該第１透光性絶縁層上に接して設けられ、かつ平面視において、前記金属部材と重なる位置に配置された第２透光性絶縁層とを有する電極構造体を備え、
前記第１透光性絶縁層は、その外縁が前記第２透光性絶縁層の外縁よりも外側に配置され、前記第２透光性絶縁層よりも前記窒化物半導体層との密着力が高い材料により形成されており、前記第２透光性絶縁層よりも大きな屈折率を有し、かつ前記第２透光性絶縁層よりも前記窒化物半導体層の屈折率に近い屈折率を有することを特徴とする発光素子。
前記第１透光性絶縁層は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みを有する請求項１に記載の発光素子。
前記第１透光性絶縁層は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みを有する請求項２に記載の発光素子。
前記第２透光性絶縁層は、１００ｎｍ以上の厚みを有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光素子。
前記第１透光性絶縁層は、酸化ニオブ、酸化チタン、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化マグネシウム、チタン酸ビスマスよりなる群から選択される材料により形成される請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光素子。
前記窒化物半導体層は、第１半導体層と、該第１半導体層の一領域上に設けられた発光層と、前記発光層上に設けられた第２半導体層と、を有しており、
前記電極構造体は、前記第１半導体層の他の領域上と、前記第２半導体層上とにそれぞれ設けられている請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光素子。
前記第２透光性絶縁層は、前記発光層の発光ピーク波長以上の厚み〜５００ｎｍの厚みを有する請求項６に記載の発光素子。