JP2002016311A

JP2002016311A - 窒化ガリウム系発光素子

Info

Publication number: JP2002016311A
Application number: JP2000192212A
Authority: JP
Inventors: Taiji Morimoto; 泰司森本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-18
Also published as: US6611004B2; TW503591B; US20020000558A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ｎ型窒化ガリウム基板の裏面に形成するｎ型
電極による応力が窒化ガリウム基板内部に存在する歪み
を助長し、さらには素子内部に歪みが伝搬する。【解決手段】ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏に形成す
る電極１６を多層構造にし、部分的に形成することで金
属電極による歪みを低減する。電極厚を一定厚以下とす
ることで素子にかかる歪の低減を得た。また、窒化ガリ
ウム基板の製法に係る特有の問題として基板厚を一定厚
以上、ここでは４０μｍ以上とすることで素子内部への
歪の伝播低減を得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム基板上
に成長した発光素子に関し、特に該発光素子の電極に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来実用化されている青色発光素子の多
くは、サファイア基板上に成長し作成されている。しか
し、この場合、基板が絶縁性であるため、ボンディング
用の正負パッド電極を片面側に集める必要があったた
め、チップのサイズを小さくすることでのウエハ1枚あ
たりのチップ取れ数を増加させるには限界があった。

【０００３】一方、ｎ型ＳｉＣ基板を用いた青色発光素
子も実用化されている。この場合、基板は導電性である
ため、ボンディング用の正負パッド電極を片面側に集め
る必要が無く、チップサイズ縮小が可能であった。しか
し、この場合、基板とその上に積層する窒化ガリウム系
半導体との間には格子定数の差があることから、バッフ
ァ層を使用する必要があること、さらに、平坦な結晶面
を得るためには厚い下地層を形成する必要がある等の問
題点があった。

【０００４】これらの問題を解決するため、本発明者ら
は、導電性の窒化ガリウム基板を用いた発光素子を製作
した。

【０００５】この発光素子は、基板が導電性であるた
め、ボンディング用の正負パッド電極を片面側に集める
必要が無いことからチップのサイズを小さくするが可能
となり、ウエハからの取れ数を増やすことができた。さ
らに、基板とその上に積層する窒化ガリウム系半導体と
の間には格子定数の差が無いことにより、バッファ層が
不要となり、厚い下地層の形成が不要となるという特徴
を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように窒化ガリ
ウム基板を使った発光素子を実現することが出来たが、
長期間の通電により光出力が低下する現象が依然として
発生する。この現象を考察したところ、素子、特に活性
層付近にかかる歪が結晶内部の欠陥の増殖を招き、非発
光成分を増加させていることが分かった。そして、その
歪や欠陥は、従来多く用いられていたサファイア基板の
場合には比較的問題とされていなかった事柄が、新たに
窒化ガリウム基板を採用したこと関連して起因したもの
であることが判明した。

【０００７】窒化ガリウム基板の作製は、通常、異種基
板上に厚いＧａＮ層をエピタキシャル成長した後、基に
なった異種基板を除去して形成する手法が取られる。こ
の場合、異種基板とＧａＮ層との間の格子整合が完全に
取れないため、異種基板除去後の窒化ガリウム基板に
は、窒化ガリウム基板に特有の歪が内在している。

【０００８】さらに、ｎ型窒化ガリウム基板裏面に形成
するｎ型電極金属からの応力や、素子を基台に固定する
際に用いる導電性接着剤、例えばＡｇペーストの固化時
の体積変化や、低融点の金属、例えばＩｎ、ＡｕＳｎや
ＡｕＳｉ等の凝固時の体積変化から発生する応力が電極
金属を通して内部に伝わり、元々窒化ガリウム基板内部
に存在する歪を助長していることが判明した。

【０００９】特に、ｎ電極においては従来のサファイア
基板を使った素子よりも歪が内部に伝わりやすくなって
いる。それは、従来のサファイア基板上への素子では、
サファイア基板上にバッファ層を介して成長したｎ−Ｇ
ａＮ層にｎ型電極コンタクトを取っているからである。
このｎ−ＧａＮ層は格子定数の違うサファイア基板の直
上に成長した層であることから、１０⁹ｃｍ^-2以上とい
う非常に多くの欠陥が内在しており、そして、ｎ−Ｇａ
Ｎ層に内在する非常に多くの欠陥が電極に起因する歪の
解消に働き、歪の素子内部への伝播を抑制していた。一
方、窒化ガリウム基板を使った素子においては、その欠
陥密度がサファイア基板上に形成したｎ−ＧａＮ層に比
べて約１／１００に抑えられた１０⁷ｃｍ^-2台以下と低
いため電極に起因する歪が緩和されず素子内部に伝播し
やすくなっていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】我々は、上記課題と推測
に基づき、上記窒化ガリウム基板を使った発光素子にお
いて、通電による光出力の低下が、素子にかかる歪が原
因と考え、電極金属による歪、窒化ガリウム基板の厚さ
を想定し、その影響についての検討を行った。

【００１１】検討として、図１〜図７に示すように、ｎ
型窒化ガリウム基板の裏面に形成する電極を全面に形成
するのではなく部分的に形成することで電極金属による
歪を低減することを試みそれぞれにおいて良好な結果を
得た。

【００１２】また、上記の電極厚を一定厚以下とするこ
とで素子にかかる歪の低減を試み良好な結果を得た。

【００１３】また、窒化ガリウム基板の製法に係る特有
の問題として基板厚を一定厚以上、ここでは４０μｍ以
上とすることで素子内部への歪の伝播低減を試み良好な
結果を得た。

【００１４】以下では、上記ｎ型窒化ガリウム基板の裏
面の面積に対する該裏面側に設けた電極の占める面積の
割合のことを「面積被覆率」と記す。

【００１５】検討の結果、ｎ型窒化ガリウム基板の裏面
の面積被覆率を１００％未満とすると信頼性が向上する
事を見出した。そして、その効果が特に顕著となるのは
６０％以下の場合であることを見出した。しかし、電極
の面積被覆率が５％以下では、発光素子の動作電圧が大
きく上昇し信頼性に悪影響する事も見出した。

【００１６】具体的には、電極被覆率が小さくなるほ
ど、電極金属の歪の影響が小さくなり、素子内部への歪
の伝播が抑制された。

【００１７】また、素子を基台に固定する際に用いる導
電性接着剤や低融点の金属等から発生する歪も、電極被
覆率が小さいほど電極を通しての伝播量が抑制され、素
子内部への歪の伝播が抑制された。

【００１８】また、窒化ガリウム基板裏面に形成する電
極の厚さを２μｍ以下とすることで通電中の光出力の低
下を抑制できることも見出した。これは、基板裏面側の
電極の面積被覆率を小さくしても、電極の厚さが厚すぎ
ると、その歪の量が大きくなり、結果的に素子に入る歪
が大きくなるめである。

【００１９】また、窒化ガリウム基板の厚さを４０μｍ
以上とすることで通電中の光出力の低下を抑制できるこ
とも見出した。これは、基板裏面側の電極面から素子に
入る歪を素子内部に向かうに従い緩和させる効果がある
ためである。その上、窒化ガリウム基板上に成長するエ
ピタキシャル成長層の成長開始時の基板面を、窒化ガリ
ウム基板裏面に最も多く存在している欠陥や歪から距離
を離すことで、エピタキシャル成長層へ入り込む欠陥や
歪が低減されたもと考えている。

【００２０】本発明は、上記内容を具体的に説明するも
ので、ｎ型窒化ガリウム基板の一主面に電気的な接続の
ある電極を有し、上記一主面の面積に対する電極の面積
の割合が５〜６０％、電極金属の厚さが２μｍ以下、基
板の厚さが４０μｍ以上であることが窒化ガリウム発光
素子の信頼性向上に好ましかった。

【００２１】また、電極は、基板とのオーミックコンタ
クトを取るための電極だけでなく、通電のためのワイヤ
をボンディングするためや、この発光素子のペレットを
基台に接着するための接着剤との塗れ性を良くするため
の、補助電極との複数の電極構造にも適用可能であるこ
とを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の窒化ガリウム基板
を用いた発光素子を実施例により詳細に説明する。

【００２３】図１〜図７に、ｎ型窒化ガリウム基板上に
形成した発光素子の、ｎ型窒化ガリウム基板側の電極の
平面構造を示す。ここで、１０はｎ型窒化ガリウム基
板、１１はｎ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層、１２ａは量
子井戸層、１２ｂは障壁層、１３はｐ型ＩｎＧａＡｌＮ
クラッド層、１４はｐ型ＩｎＧａＡｌＮコンタクト層、
１５はｐ型電極、１６はｎ型電極、１６ａはｎ型オーミ
ックコンタクト用電極、１６ｂはｎ型補助電極である。

【００２４】図１は、ｎ型電極１６を、格子状に形成し
た構造。

【００２５】図２は、ｎ型電極１６を、島状に形成した
構造。

【００２６】図３は、格子状のｎ型オーミックコンタク
ト用電極１６ａ上に、該電極と同じ格子形状のｎ型補助
電極１６ｂを重ねて形成した構造。

【００２７】図４は、図３の構造において、ｎ型補助電
極１６ｂを角度をずらして積層した構造。

【００２８】図５は、矩形状のｎ型オーミックコンタク
ト用電極１６ａ上に、格子状のｎ型補助電極１６ｂを、
ｎ型オーミックコンタクト用電極１６ａをつなぐ様に積
層した構造。

【００２９】図６は、図５におけるｎ型オーミックコン
タクト用電極１６ａと、ｎ型補助電極１６ｂの形状を逆
にした構造である。

【００３０】図７は、図６の発光素子において、ｎ型窒
化ガリウム基板側に通電用ワイヤのボンディングパッド
を設け、Ｐ側を、例えば基台に貼りつける構造としたも
のである。

【００３１】図８に、電極の面積被覆率に対する、通電
開始から１０００時間通電後の初期値に対する光出力の
比率、および、順方向電流２０ｍＡの時の端子間電圧の
検討結果を示す。

【００３２】図８に示すように、面積被覆率１００％、
すなわち全面電極の構造に対し面積被覆率が小さくなる
につれ、長期通電時の光出力の低下が抑えられることが
分かった。そして、特に面積被覆率が６０％以下では効
果が顕著となることもわかった。

【００３３】一方、順方向電流２０ｍＡの時の端子間電
圧は、面積被覆率が低下するにつれ、わずかではあるが
徐々に上昇する。これは、基板への電流注入面積が小さ
くなることで電極接触抵抗が増加し、電極での電圧降下
分が加わったためである。特に、面積被覆率が５％以下
では電圧の上昇が顕著となることがわかった。これは形
状効果により急激に電極接触抵抗が増大したためであ
る。

【００３４】これらの検討の結果、面積被覆率は好まし
くは、５％以上、６０％以下が好適であることがわかっ
た。

【００３５】図９に、基板の厚さに対する、通電開始か
ら１０００時間通電後の初期値に対する光出力の比率の
検討結果を示す。

【００３６】図９に示すように、基板厚が４０μｍ以上
とすることで、長期通電時の光出力の低下が抑えられる
ことがわかった。

【００３７】図１０に、ｎ型電極の厚さに対する、通電
開始から１０００時間通電後の初期値に対する光出力の
比率の検討結果を示す。

【００３８】図１０に示すように、電極厚を、０．３μ
ｍ以上、２μｍ以下とすることで、長期通電時の光出力
の低下が抑えられることがわかった。

【００３９】（発明の実施の形態１）図１は本発明の第
１の実施例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示
し、（ａ）は基板側から見た平面図、（ｂ）は断面図で
ある。この図において、１０はｃ面を表面として厚さが
１００μｍ、直径が２インチであるｎ型窒化ガリウム基
板、１１はｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.95Ａｌ_0.04Ｎクラッド
層、多重量子井戸活性層は、２層のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量
子井戸層１２ａと１層のＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層１２
ｂとから形成される。１３はｐ型Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.89Ａｌ
_0.09Ｎクラッド層、１４はｐ型Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.94Ａｌ
_0.01Ｎコンタクト層、１５はｐ型電極、１６はｎ型電極
である。ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.95Ａｌ_0.04Ｎクラッド層１
１はＡｌ組成０．０４、Ｉｎ組成０．０１以外のＡｌＧ
ａＮ、ＩｎＧａＮ三元混晶、ＧａＮ二元混晶でもよい。
また、他の元素を微量に含んだ四元以上の混晶でもよ
い。

【００４０】本実施例において、ｎ型窒化ガリウム基板
１０の厚さを１００μｍとしたが、５μｍから５００μ
ｍの間であればこの厚さにこだわらない。また基板の表
面はａ面等の他の面方位であっても構わない。

【００４１】多重量子井戸構造活性層を構成する２層の
Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層１２ａと１層のＩｎ_0.05Ｇ
ａ_0.95Ｎ障壁層１２ｂは、必要な発光波長に応じてその
組成を設定すればよく、発光波長を長くしたい場合は量
子井戸層１２ａのＩｎ組成を大きくし、短くしたい場合
は量子井戸層１２ａのＩｎ組成を小さくする。また量子
井戸層１２ａと障壁層１２ｂは、ＩｎＧａＮ３元混晶に
微量に他の元素、例えばＡｌ、Ａｓ、Ｐを含んだ４元以
上の混晶半導体でもよい。さらに障壁層１２ｂは単にＧ
ａＮを用いてもよい。

【００４２】ｐ型Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.89Ａｌ_0.09Ｎクラッド
層１３は、Ａｌ組成０．０９以外のＡｌＧａＮ、ＩｎＧ
ａＮ３元混晶でもよい。この場合、Ｉｎ組成を小さく、
または、Ａｌ組成を大きくすると活性層とクラッド層と
のエネルギーギャップ差及び屈折率差が大きくなり、キ
ャリアや光が活性層に有効に閉じ込められることによ
り、活性層を通り抜ける無効電流の低減、及び、温度特
性の向上が図れる。逆に、キャリアや光の閉じ込めが保
持される程度でＩｎ組成を大きく、または、Ａｌ組成を
小さくしていくと、クラッド層におけるキャリアの移動
度が大きくなるため、半導体発光素子の素子抵抗を小さ
くできる利点がある。さらにこれらのクラッド層は微量
に他の元素を含んだ４元以上の混晶半導体でもよい。

【００４３】次に、上記窒化ガリウム系半導体レーザの
作製方法を説明する。以下の説明ではＭＯＣＶＤ法（有
機金属気相成長法）を用いた場合を示しているが、Ｇａ
Ｎをエピタキシャル成長できる成長法であればよく、Ｍ
ＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）やＨＤＶＰＥ
（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成長法を用い
ることもできる。

【００４４】先ず、所定の成長炉内の発熱体上に設置さ
れた、ｃ面を表面として有し、厚さが４０μｍ、直径が
２インチであるｎ型窒化ガリウム基板１０上に、成長温
度を１０５０℃で、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とア
ンモニア（ＮＨ₃）、及びシランガス（ＳｉＨ₄）を原料
に用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層１１を
成長する。

【００４５】次に、成長温度を８００℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ₃、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を原料
に用いて、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）
１２ａ、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）１２
ｂ、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）１２ａ
を順次成長することにより多重量子井戸構造活性層（ト
ータルの厚さ１５ｎｍ）を作成する。

【００４６】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、窒素雰囲気中で、ＴＭＧ、ＴＭＡおよびＮＨ₃、及
びシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を
原料に用いて、厚さ０．７μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１３を成長する。続けて、ＴＭ
Ａを原料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚
さ０．２μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１４
を成長して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを
完成する。

【００４７】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層をより
低抵抗化する。

【００４８】さらに通常の金属薄膜蒸着技術、フォトリ
ソグラフィーとエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１４の表面に、ＰｄとＡｕからなるｐ側電極
１５を形成する。

【００４９】次に、ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面
に、図１の構造の電極を形成した。まずｎ型窒化ガリウ
ム基板１０の裏面上に、真空蒸着法によってＴｉを約１
μｍ堆積させ、これをフォトリソグラフィおよび希硝酸
を用いたウエットエッチング、あるいはリフトオフ法に
より、線幅３μｍ・線間隔６０μｍの格子状にパターニ
ング、その後４００℃の窒素雰囲気中で１０分間合金処
理を行ってｎ型電極１６を形成した。このとき、ｎ型電
極１６のｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面における面積
被覆率は、約９．８％である。

【００５０】こうして作製した電極付きのウエハをチッ
プに分割し、Ａｇペーストにより基台に固定し発光素子
を作した。

【００５１】本実施例で得られた発光素子に２０ｍＡの
直流電流を流したところ、ピーク波長４６５ｎｍ、光出
力３．１ｍＷの青色発光が得られた。動作電圧は２．９
Ｖであった。該発光素子の該直流電流値での１０００時
間通電後の光出力は２．８ｍＷであり、この値は初期光
出力比９０％である。また、動作電圧は２．９Ｖであっ
た。

【００５２】本実施例に対する比較として、ｎ型窒化ガ
リウム基板の裏面にＴｉオーミック電極1μｍのみを面
積被覆率１００％で形成した他は、本実施例と同じ工程
により作製した発光素子では、直流電流２０ｍＡを流し
たところ、ピーク波長４６５ｎｍ、光出力３．０ｍＷの
青色発光が得られ、動作電圧は２．８Ｖ、１０００時間
通電後の光出力は２．２ｍＷ、初期光出力比７３％、動
作電圧は３．１Ｖであった。本比較素子では光出力の低
下が大きく、また、動作電圧も上昇を起こした。

【００５３】（発明の実施の形態２）図２は本発明の第
２の実施例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示
し、（ａ）は裏面から見た平面図、（ｂ）は断面図であ
る。本実施例では、ｎ型窒化ガリウム基板厚を８０μ
ｍ、ｎ型窒化ガリウム基板裏面の電極を、島状に形成し
た配置をとっている以外は、実施例１と同じ結晶成長工
程、電極形成工程により、発光素子を作製した。

【００５４】図２において、ｎ型窒化ガリウム基板１０
の裏面上に、真空蒸着法によってＨｆを約０．５μｍ堆
積させ、これをフォトリソグラフィおよび希硝酸を用い
たウエットエッチング、あるいはリフトオフ法により、
直径４０μｍ、ピッチ１００μｍの島状にパターニン
グ、その後４５０℃の窒素雰囲気中で５分間合金処理を
行ってｎ型電極１６とした。このとき、ｎ型電極１６の
ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面における面積被覆率
は、約１２．６％である。

【００５５】こうして作製した電極付きのウエハをチッ
プに分割し、導電性接着剤により基台に固定し発光素子
を作成した。

【００５６】本実施例で得られた発光素子に２０ｍＡの
直流電流を流したところ、ピーク波長４６５ｎｍ、光出
力３．２ｍＷの青色発光が得られ、動作電圧は２．９
Ｖ、１０００時間通電後の光出力は２．９ｍＷ、初期光
出力比９１％、動作電圧は２．９Ｖであった。

【００５７】（発明の実施の形態３）図３は本発明の第
３の実施例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示
し、（ａ）は裏面から見た平面図（ｂ）は断面図であ
る。本実施例では、ｎ型窒化ガリウム基板厚を６０μ
ｍ、ｎ型窒化ガリウム基板裏面の電極として、オーミッ
クコンタクト用電極の上に補助電極を被せる配置をとっ
ている以外は、実施例１と同じ結晶成長工程、電極形成
工程により、発光素子を作製した。

【００５８】ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面上に、真
空蒸着法によってＺｒを約０．１μｍ堆積させ、これを
フォトリソグラフィおよび希硝酸を用いたウエットエッ
チング、あるいはリフトオフ法により、線幅１５μｍ・
線間隔１６０μｍの格子状にパターニングし、その後４
００℃の窒素雰囲気中で１０分間合金処理を行ってｎ型
オーミックコンタクト用電極１６ａとした。次いで同方
法で、ｎ型オーミックコンタクト用電極１６ａに被せる
ようにＡｇを約１μｍ堆積させ、これをフォトリソグラ
フィおよび希硝酸を用いたウエットエッチング、あるい
はリフトオフ法により、線幅４０μｍ、線間隔１６０μ
ｍの格子状にパターニングしｎ型補助電極１６ｂとし
た。このとき、Ａｇのｎ型補助電極１６ｂのｎ型窒化ガ
リウム基板１０の裏面における面積被覆率は、約４４％
である。

【００５９】こうして作成した電極付きのウエハをチッ
プに分割し、導電性接着剤により基台に固定し発光素子
を作成した。

【００６０】本実施例で得られた発光素子に２０ｍＡの
直流電流を流したところ、ピーク波長４６５ｎｍ、光出
力３．４ｍＷの青色発光が得られ、動作電圧は２．８
Ｖ、１０００時間通電後の光出力は２．８ｍＷ、初期光
出力比８２％、動作電圧は２．８Ｖであった。

【００６１】（発明の実施の形態４）図４は本発明の第
４の実施例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示
し、（ａ）は裏面から見た平面図、（ｂ）は断面図であ
る。本実施例では、ｎ型窒化ガリウム基板厚を４０μ
ｍ、ｎ型窒化ガリウム基板裏面の電極として、オーミッ
クコンタクト用電極の上に４５゜回転させた補助電極を
被せる配置をとっている以外は、実施例３と同じ結晶成
長工程、電極形成工程により、発光素子を作製した。ｎ
型窒化ガリウム基板１０の裏面上に、真空蒸着法によっ
てＬａを約０．１μｍ堆積させ、これをフォトリソグラ
フィおよび希硝酸を用いたウエットエッチング、あるい
はリフトオフ法により、線幅１０μｍ、線間隔１２０μ
ｍの格子状にパターニングしその後、４００℃の窒素雰
囲気中で１０分間合金処理を行ってｎ型オーミックコン
タクト用電極１６ａとした。次いで同方法でＡｌを約
０．２μｍ堆積させ、これをフォトリソグラフィおよび
希硝酸を用いたウエットエッチング、あるいはリフトオ
フ法により、線幅１４μｍ、線間隔１７０μｍの格子状
にパターニング、ｎ型補助電極１６ｂとした。このと
き、ｎ型オーミックコンタクト用電極１６ａとｎ型補助
電極１６ｂの、ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面におけ
る電極の面積被覆率は、約１７％である。

【００６２】本実施例で得られた発光素子に２０ｍＡの
直流電流を流したところ、ピーク波長４６５ｎｍ、光出
力３．５ｍＷの青色発光が得られ、動作電圧は２．８
Ｖ、１０００時間通電後の光出力は３．１ｍＷ、初期光
出力比８９％、動作電圧は２．９Ｖであった。

【００６３】（発明の実施の形態５）図５は本発明の第
５の実施例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示
し、（ａ）は裏面から見た平面図、（ｂ）は断面図であ
る。本実施例では、ｎ型窒化ガリウム基板厚を２００μ
ｍ、ｎ型窒化ガリウム基板裏面の電極として、島状のオ
ーミックコンタクト用電極の上にから、格子状の補助電
極を被せる配置をとっている以外は、実施例１と同じ結
晶成長工程、電極形成工程により、発光素子を作製し
た。

【００６４】ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面上に、真
空蒸着法によってイットリウム（Ｙ）を約０．２μｍ堆
積させ、これをフォトリソグラフィおよび希硝酸を用い
たウエットエッチング、あるいはリフトオフ法により、
３０μｍ×４０μｍの長方形、ピッチが１００μｍの格
子状にパターニングしその後、４００℃の窒素雰囲気中
で１０分間合金処理を行ってｎ型オーミックコンタクト
用電極１６ａとした。次いで同方法で、ｎ型オーミック
コンタクト用電極１６ａに被せるようにタングステン
（Ｗ）を約１μｍ堆積させ、これをフォトリソグラフィ
および希硝酸を用いたウエットエッチング、あるいはリ
フトオフ法により、線幅２０μｍ、線間隔１００μｍの
格子状にパターニングしてｎ型補助電極１６ｂとした。
このとき、ｎ型オーミックコンタクト用電極１６（ａ）
とｎ型補助電極１６ｂの、ｎ型窒化ガリウム基板１０の
裏面における電極の面積被覆率は、約３８％である。

【００６５】こうして作成した電極付きのウエハをチッ
プに分割し、導電性接着剤により基台に固定し発光素子
を作成した。

【００６６】本実施例で得られた発光素子に２０ｍＡの
直流電流を流したところ、ピーク波長４６５ｎｍ、光出
力３．３ｍＷの青色発光が得られ、動作電圧は２．８
Ｖ、１０００時間通電後の光出力は２．７ｍＷ、初期光
出力比８２％、動作電圧は２．８Ｖであった。

【００６７】（発明の実施の形態６）図６は本発明の第
６の実施例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示
し、（ａ）は裏面から見た平面図、（ｂ）は断面図であ
る。本実施例では、ｎ型窒化ガリウム基板厚を４００μ
ｍ、ｎ型窒化ガリウム基板裏面の電極として、格子状の
オーミックコンタクト用電極の上から、島状の補助電極
を被せる配置をとっている以外は、実施例１と同じ結晶
成長工程、電極形成工程により、発光素子を作製した。

【００６８】ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面上に、真
空蒸着法によってＳｃを約０．２μｍ堆積させ、これを
フォトリソグラフィおよび希硝酸を用いたウエットエッ
チング、あるいはリフトオフ法により、線幅１５μｍ・
線間隔５０μｍの格子状にパターニングしその後、４０
０℃の窒素雰囲気中で１０分間合金処理を行ってｎ型オ
ーミックコンタクト用電極１６ａとした。次いで同方法
で、ｎ型オーミックコンタクト用電極１６ａに被せるよ
うにプラチナ（Ｐｔ）を約１μｍ堆積させ、これをフォ
トリソグラフィおよび希硝酸を用いたウエットエッチン
グ、あるいはリフトオフ法により、一辺が３０μｍの長
方形、ピッチが５０μｍの島状にパターニングしてｎ型
補助電極１６ｂとした。このとき、ｎ型オーミックコン
タクト用電極１６（ａ）とｎ型補助電極１６ｂの、ｎ型
窒化ガリウム基板１０の裏面における電極の面積被覆率
は、６０％である。

【００６９】こうして作成した電極付きのウエハをチッ
プに分割し、導電性接着剤により基台に固定し発光素子
を作成した。

【００７０】本実施例で得られた発光素子に２０ｍＡの
直流電流を流したところ、ピーク波長４６５ｎｍ、光出
力３．１ｍＷの青色発光が得られ、動作電圧は２．８
Ｖ、１０００時間通電後の光出力は２．４ｍＷ、初期光
出力比７７％、動作電圧は２．９Ｖであった。

【００７１】（発明の実施の形態７）図７は本発明の第
７の実施例に係る窒化ガリウム系半導体発光素子を示
し、（ａ）は裏面から見た平面図、（ｂ）は断面図であ
る。本実施例では、ｎ型窒化ガリウム基板厚を７０μ
ｍ、ｎ型窒化ガリウム基板裏面の電極として、格子状の
オーミックコンタクト用電極の上にから、ワイヤボンデ
ィング用の電極パッドを被せる配置をとっている以外
は、実施例１と同じ結晶成長工程、電極形成工程によ
り、発光素子を作製した。

【００７２】ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面上に、真
空蒸着法によってＨｆを約０．２μｍ堆積させ、これを
フォトリソグラフィおよび希硝酸を用いたウエットエッ
チング、あるいはリフトオフ法により、線幅３０μｍ、
線間隔１００μｍの格子状にパターニングしその後、４
００℃の窒素雰囲気中で１０分間合金処理を行ってｎ型
オーミックコンタクト用電極１６ａとした。次いで同方
法で、ｎ型オーミックコンタクト用電極１６ａに被せる
ようにＡｕを約１μｍ堆積させ、これをフォトリソグラ
フィおよび希硝酸を用いたウエットエッチング、あるい
はリフトオフ法により、直径が１１０μｍの島状にパタ
ーニングしてｎ型補助電極１６ｂとした。このとき、ｎ
型オーミックコンタクト用電極（ａ）とｎ型補助電極１
６ｂの、ｎ型窒化ガリウム基板１０の裏面における電極
の面積被覆率は、約５４％である。

【００７３】こうして作製した電極付きのウエハをチッ
プに分割し、導電性接着剤により、Ｐ側電極を下にして
基台に固定し発光素子を作製した。

【００７４】本実施例で得られた発光素子に２０ｍＡの
直流電流を流したところ、ピーク波長４６５ｎｍ、光出
力３．１ｍＷの青色発光が得られ、動作電圧は２．８
Ｖ、１０００時間通電後の光出力は２．５ｍＷ、初期光
出力比８１％、動作電圧は２．８Ｖであった。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、ｎ型窒化ガリウム基板
の裏面に形成する電極を、全面に形成するのではなく、
部分的に形成することにより、一主面全面を覆う電極の
場合と比較して、高信頼性で、高輝度の青色発光素子を
実現することができる。信頼性の向上を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るｎ型窒化ガリウム基板
裏面の電極の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図２】本発明の実施例２に係るｎ型窒化ガリウム基板
裏面の電極の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図３】本発明の実施例３に係るｎ型窒化ガリウム基板
裏面の電極の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図４】本発明の実施例４に係るｎ型窒化ガリウム基板
裏面の電極の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図５】本発明の実施例５に係るｎ型窒化ガリウム基板
裏面の電極の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図６】本発明の実施例６に係るｎ型窒化ガリウム基板
裏面の電極の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図７】本発明の実施例７に係るｎ型窒化ガリウム基板
裏面の電極の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図８】電極の面積被覆率に対する、通電開始から１０
００時間通電後の初期値に対する光出力の比率、およ
び、順方向電流20mAの時の端子間電圧の検討結果を示
す。

【図９】ＧａＮ基板厚に対する、通電開始から１０００
時間通電後の初期値に対する光出力の比率の検討結果を
示す。

【図１０】ｎ電極の厚さに対する、通電開始から１００
０時間通電後の初期値に対する光出力の比率の検討結果
を示す。

【符号の説明】

１０ｎ型窒化ガリウム基板１１ｎ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層１２ａ量子井戸層１２ｂ障壁層１３ｐ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層１４ｐ型ＩｎＧａＡｌＮコンタクト層１５ｐ型電極１６ｎ型電極１６ａｎ型オーミックコンタクト用電極１６ｂｎ型補助電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ型窒化ガリウム基板の一主面に電流注
入用のオーミック電極を有し、上記一主面の面積に対す
る上記電極の面積の割合が５％以上、６０％以下である
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】上記一主面上での上記電極は、電気的に
接触しているオーミック電極と補助電極の複数の層から
成ることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】上記オーミック電極の平面形状と上記補
助電極の平面形状とが異なることを特徴とする請求項２
に記載の発光素子。
【請求項４】上記オーミック電極がＴｉ、Ｓｃ、Ｌ
ａ、Ｙ、Ｈｆ及びＺｒのいずれかであることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】上記補助電極が、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ、Ａ
ｕ及びＷの金属から選択された一つであることを特徴と
する請求項２乃至４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】ｎ型窒化ガリウム基板の厚さが４０μｍ
以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
に記載の発光素子。
【請求項７】ｎ型窒化ガリウム基板に形成する電極の
厚さが０．３μｍ以上、２μｍ以下であることを特徴と
する請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子。