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JPH10308533A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法ならびに発光装置 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法ならびに発光装置

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Publication number
JPH10308533A
JPH10308533A JP11911497A JP11911497A JPH10308533A JP H10308533 A JPH10308533 A JP H10308533A JP 11911497 A JP11911497 A JP 11911497A JP 11911497 A JP11911497 A JP 11911497A JP H10308533 A JPH10308533 A JP H10308533A
Authority
JP
Japan
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layer
light
compound semiconductor
based compound
gallium nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11911497A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruhiko Okazaki
崎 治 彦 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP11911497A priority Critical patent/JPH10308533A/ja
Publication of JPH10308533A publication Critical patent/JPH10308533A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体層側から光を取り出すことを可能と
し、サファイア基板を下面としてマウントしても十分な
発光強度が得られるばかりでなく、製造歩留まりおよび
信頼性も向上された窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子及びその製造方法ならびに発光装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 基板上に堆積した窒化ガリウム系化合物
半導体層の最上面に酸素と金属元素とを含む透光性電極
を形成し、この電極を透過させて発光を取り出すように
する。この透光性電極に水素を含有させるとさらに光透
過率を向上させることができる。また、透光性電極の下
にドーパントの層を設け、熱処理を施すことにより、接
触抵抗を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子およびその製造方法ならびに発光装
置に関する。より詳しくは、本発明は、基板上にGa
N、InGaN、GaAlNなどの窒化ガリウム系化合
物半導体層が積層された発光素子において、積層された
半導体層の表面から光を取り出すように透光性の電極を
有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその
製造方法ならびに発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、GaN、InGaN、GaAlN
など窒化ガリウム系化合物半導体が、青色あるいは緑色
の波長領域で発光する発光ダイオード(LED)として
注目されている。このような窒化ガリウム系化合物半導
体を用いることによって、これまで困難とされていた青
色または緑色領域での高い強度の発光が可能となってき
た。これらの窒化ガリウム系化合物半導体は、一般にサ
ファイア基板上に結晶成長される。
【0003】しかし、サファイアは電気的に絶縁性を有
するために、窒化ガリウム系半導体発光素子では、ガリ
ウム砒素などの導電性の基板を用いた発光素子の場合と
異なり、基板裏面に電極を設けることができない。この
ために、結晶成長した半導体層側にアノードとカソード
の両方の電極を形成することが必要とされている。ま
た、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、サファ
イア基板が発光波長に対して透光性を有するために、電
極面を下側にして素子をマウントし、サファイア基板側
から光を取り出すことが多かった。なお、本明細書にお
いて「窒化ガリウム系化合物半導体」とは、Gax A
ly In1−x−y N(0<x,y≦1,x+y≦
1)なる化学式において組成比x及びyをそれぞれの範
囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとす
る。例えば、GaN(x=1、y=0)も「Gax A
ly In1−x−y N」に含まれるものとする。
【0004】図8は、従来の窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子を用いた発光装置の概略構成を表す断面図で
ある。まず、発光素子110について説明すると、発光
素子110は同図において最上部に表されているサファ
イア基板112の上にGaNバッファ層114、n型G
aN層116、およびp型GaN層118がこの順序で
積層された構成を有する。p型GaN層118の上に
は、p側電極120が堆積されている。また、p型Ga
N層118の一部はエッチング除去されて、n型GaN
層116が露出され、その表面にn側電極122が堆積
されている。n側電極122の上には、さらにオーバー
コート電極124が積層されている。
【0005】このような発光素子110は、リードフレ
ーム130の実装面上に、各電極120、124を下に
向けて、銀ペーストなどの導電性接着材料140により
マウントされている。図8に示したような従来の発光素
子では、p型GaN層118からn型GaN層116に
駆動電流が注入されて発光が生ずる。この発光のうち、
図中の上に向かう成分は、そのままサファイア基板11
2を透過して取り出される。また、図中の下に向かう発
光成分は、p側電極120により反射されて上方に向か
い、サファイア基板112を透過して取り出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図8に示した
ような従来の半導体発光素子では、導電性接着剤140
がはみ出して、リードフレーム130の対向する電極間
隙132や、発光素子110のpn接合間隙128にま
で広がり易かった。この結果として、これらの電極間や
接合間でショートが発生し、マウント工程の歩留まりが
著しく低下すると共に、長期的信頼性においても問題を
生ずることがあった。
【0007】これらの問題を避けるためには、素子サイ
ズを大きくして、pn接合間隙128とリードフレーム
の電極間隙132を広くすれば良い。しかし、素子サイ
ズを大きくすると、ウェーハから得られる素子数が減少
するために、製造コストが上昇するという新たな問題を
生ずることとなる。
【0008】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
である。すなわち、本発明は、半導体層の表面に透光性
およびオーミック性が良好な電極を形成することによ
り、半導体層側から光を取り出すことを可能とし、サフ
ァイア基板を下面としてマウントしても十分な発光強度
が得られるばかりでなく、製造歩留まりおよび信頼性も
向上された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそ
の製造方法ならびに発光装置を提供することを目的とす
るものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
半導体発光素子は、基板と、前記基板上に堆積された少
なくとも1層の第1導電型の窒化ガリウム系化合物半導
体の層と、前記第1導電型の窒化ガリウム系化合物半導
体の層の上に堆積された少なくとも1層の第2導電型の
窒化ガリウム系化合物半導体の層と、からなる積層構造
体と、前記第2導電型の窒化ガリウム系化合物半導体の
層の表面上に形成された、酸素を含有してなる金属から
なる透光性電極と、を備え、前記積層構造体の内部で生
じた発光を前記透光性電極を透過させて取り出すように
したことを特徴とするものとして構成される。
【0010】また、この透光性電極に、さらに水素を含
有させることによって、光透過率を向上させてより効率
的に光を取り出すことができる。
【0011】また、この透光性電極に、前述の第2導電
型のドーパントをさらに含有させることにより、接触抵
抗を低減することができる。
【0012】また、この透光性電極を構成する前記金属
は、ニッケル、チタン、白金、タングステン、パラジウ
ム、モリブデン、バナジウム、イリジウム、ロジウム、
コバルト、金、マグネシウム、及びアルミニウムからな
る群から選択された金属とすることにより光透過率の高
い良好な電極を形成することができる。 さらに、前記
基板はサファイアであり、前記第1導電型はn型であ
り、前記第2導電型はp型であり、前記ドーパントは、
マグネシウムであり、前記透光性電極を構成する前記金
属はニッケルとすることにより従来の材料や製造工程を
利用して高性能な発光素子を得ることができる。
【0013】また、本発明による製造方法は、基板上
に、少なくとも1層の第1導電型の窒化ガリウム系化合
物半導体の層を成長し、前記第1導電型の窒化ガリウム
系化合物半導体の層の上に少なくとも1層の第2導電型
の窒化ガリウム系化合物半導体の層を成長する、結晶成
長工程と、前記第2導電型の窒化ガリウム系化合物半導
体の層の表面上に、前記第2導電型のドーパントを含む
不純物層を堆積する、不純物堆積工程と、前記不純物層
の表面上に、酸素を含有してなる金属からなる透光性電
極を形成する、電極形成工程と、熱処理を施すことによ
り、前記不純物層から前記ドーパントを前記第2導電型
の窒化ガリウム系化合物半導体の層と前記透光性電極と
に拡散させて、接触抵抗を低減させる、熱処理工程と、
を備えたことを特徴とするものして構成される。
【0014】ここで、熱処理工程において、前記第2導
電型の窒化ガリウム系化合物半導体の層に含有されてい
る水素が放出され、前記放出された水素のうちの少なく
とも一部が前記透光性電極に含有されるようにすること
により、透光性電極の光透過率をさらに向上させること
ができる。
【0015】また、透光性電極を構成する前記金属は、
ニッケル、チタン、白金、タングステン、パラジウム、
モリブデン、バナジウム、イリジウム、ロジウム、コバ
ルト、金、マグネシウム、及びアルミニウムからなる群
から選択された金属とすることにより、光透過率の高い
良好な電極を形成することができる。
【0016】さらに、前記基板はサファイアであり、前
記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であ
り、前記ドーパントは、マグネシウムであり、前記透光
性電極を構成する前記金属はニッケルであることを特徴
とするものして構成することにより、材料や製造装置を
大幅に変更することなく高性能な発光素子を製造するこ
とができる。
【0017】また、本発明による発光装置は、リード・
フレームと前述したいずれかの発光素子とを備え、リー
ド・フレームの実装部に前記基板を接着面としてマウン
トされて、前記発光素子の前記積層構造体の内部で生じ
た発光を前記透光性電極を透過させて取り出すようにし
たことを特徴とするものして構成され、簡易な製造工程
で高性能な発光装置を得ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しつつ、本発明
の実施の形態について説明する。図1は、本発明の窒化
ガリウム系化合物半導体発光素子の構成を表す概略断面
図である。すなわち、本発明による発光素子10は、サ
ファイア基板12上に、バッファ層14、n型層16、
p型層18がこの順序に積層された積層体を有する。そ
して、p型層18の一部はエッチング除去され、露出さ
れたn型層16の表面に、n側電極20およびオーバー
コート層22が堆積されている。
【0019】ここで、本発明においては、p型層18の
表面に不純物層24および透光性電極26が形成されて
いる。図1に示した不純物層24は、例えばマグネシウ
ムなどの不純物薄膜層を堆積後に、加熱処理を施すこと
により、マグネシウムなどの不純物をp型層18と電極
層26にそれぞれ拡散させる工程を経て得られるもので
ある。従って、製造工程中に堆積する不純物の膜厚やそ
の後の加熱処理の条件により、製造工程終了後の不純物
層24の層厚や組成は種々に異なる。例えば、当初堆積
した不純物のすべてが、その後の熱処理によってp型層
18と電極層26とに完全に拡散混入した場合は、製造
工程終了後には不純物層24は実質的には存在しない。
一方、当初堆積した不純物の一部が、その後の熱処理に
よってp型層18と電極層26とに拡散するが、残りの
一部が未拡散のまま残留するような場合は、製造工程後
にも不純物層24が存在する。図1は、このように、不
純物層が残留する場合を例示したものである。
【0020】また、透光性電極26は、例えば、酸素と
水素とを含有するニッケルにより構成され、さらに、前
述したマグネシウムも含有している。p型層18とn型
層16の残りの表面部分の上には、それぞれ絶縁膜28
が堆積されている。また、絶縁膜28の上には透光性電
極26と接続されたボンディング・パッド30が形成さ
れている。
【0021】このような発光素子の、まず、透光性電極
26について説明する。図2は、ニッケルに酸素と水素
を含有させた場合の光透過率を示す特性図である。すな
わち、同図の横軸は光の波長を表し、縦軸は光の透過率
を表す。また、同図においては、ニッケル薄膜と、酸素
を含有したニッケル薄膜と、酸素および水素を含有した
ニッケル薄膜のそれぞれについて光透過率を示した。こ
こで、各薄膜の厚さは、ニッケル薄膜が10ナノメータ
であり、酸素を含有したニッケル薄膜と、酸素および水
素を含有したニッケル薄膜はそれぞれ50ナノメータで
ある。
【0022】図2から分かるように、ニッケルのみの場
合は光透過率が40%以下であるが、酸素が導入される
と透過率が顕著に改善されて約85%まで上昇する。す
なわち、酸素を導入したニッケル膜は、膜厚が5倍程度
も厚いにもかかわらず、光透過率がニッケル薄膜の2倍
以上に上昇する。さらに、水素が導入されると透過率は
改善されて約90%となる。このように、ニッケルに酸
素と水素とを含有させることにより、窒化ガリウム系半
導体の発光波長領域において、光の透過率を90%近く
まで上昇させることができる。その結果として、透光性
電極26を透過させて十分な強度の発光を取り出すこと
が可能となる。
【0023】ここで、透光性電極26の最適な酸素の含
有量は、金属元素の種類や電極の形成方法により異な
る。本発明者の実験によれば、一般的な傾向として、酸
素含有量が少なすぎると、透光性が十分でなく、一方、
酸素含有量が多すぎると、導電性が不足する傾向が見ら
れた。また、金属元素としてニッケルを用いた実験によ
れば、酸素含有雰囲気中でスパッタリングすることによ
り透光性電極を堆積する場合には、形成されるニッケル
酸化物中の酸素含有量が原子濃度で約70%以下である
ような場合に、良好な透光性と導電性とが得られること
が分かった。
【0024】次に、本発明の発光素子10の不純物層2
4の作用について説明する。本発明においては、前述し
たように、p型層18の表面にマグネシウムなどの不純
物を堆積し、熱処理を施すことによってその不純物をp
型層18と透光性電極26とに拡散させる。この場合
に、不純物としては、p型層18の導電型と同一のドー
パント用いる。このように、ドーパントを拡散させるこ
とにより、透光性電極26のオーミック性が大幅に改善
される。なお、本発明者の実験によれば、前述したよう
に、堆積したドーパントが熱処理により全て拡散して、
製造工程後に不純物層24が残留しないような場合に
も、このようなオーミック性の改善の効果は同様に生ず
る。
【0025】図3は、マグネシウム不純物層24を設け
た場合と設けない場合とを比較して示した素子のI−V
特性図である。ここでは、評価用の素子を試作して、I
−V特性の評価を行った。同図から分かるように、マグ
ネシウムを導入しない素子では、電圧が2ボルト以上ま
で電流が殆ど流れず強い整流特性を示している。しか
し、マグネシウムを導入した素子では、線型の電圧電流
特性が得られ、オーミック性が大幅に改善され、電極の
接触抵抗が顕著に低下している。本発明によれば、p型
層18と透光性電極26との間にp型のドーパントであ
るマグネシウムの層を設け、しかる後に熱処理を施して
マグネシウムを拡散させる。従って、p型層18と透光
性電極26との界面付近で、マグネシウムが高濃度に導
入され、極めて効果的に接触抵抗を低下することができ
る。
【0026】一方、p型層を結晶成長する際に水素が結
晶中に取り込まれることが多い。この水素は、上述の熱
処理の際にp型層から放出され、酸素を含有するニッケ
ルからなる透光性電極26に拡散して、電極の透過率を
さらに上昇させるという効果も得られる。
【0027】以上、説明したように、本発明によれば、
まず、透光性電極26の光透過率が顕著に改善される。
さらに、電極のオーミック性も改善される。その結果と
して、図8に示したような従来の素子と異なり、発光層
側、すなわち窒化ガリウム半導体側から効率的に光を取
り出すことができる。
【0028】次に、本発明の変形例について説明する。
図4は、本発明による発光素子の第2の例を表す、p側
電極周辺の要部拡大図である。同図に示した発光素子に
おいては、p型層18の上に、第1の薄膜金属層25が
形成され、さらにその上に透光性電極26が形成されて
いる。第1の薄膜金属層25は、発光素子の発光を透過
させる程度の薄膜とすることが望ましく、例えば、厚さ
が5ナノメータ程度の金を用いることができる。また、
透光性電極26としては、例えば、厚さが100ナノメ
ータ程度の酸素を含有したニッケルの層とすることがで
きる。このように、透光性電極26とp型層18との間
に薄膜金属層25を設けることにより、電極のシート抵
抗を低減させ、導電性を改善することができる。さら
に、薄膜金属層25の材料として、p型層18とのオー
ミック性が良好な材料を選択すれば、図1に関して前述
したような不純物層24を設ける必要が無くなる。
【0029】次に、図5は、本発明による発光素子の第
3の例を表す、p側電極周辺の要部拡大図である。同図
に示した発光素子においては、p型層18の上に、ま
ず、不純物層24が形成され、その上に、第1の薄膜金
属層25と透光性電極26とがこの順序に形成されてい
る。ここで、不純物層24は、図1に関して前述したよ
うに、p型層18のドーパントとなる不純物を堆積後、
熱処理を施して上下の層にその不純物を拡散させた後に
残留する層である。また、第1の薄膜金属層25は、前
述した図4の場合と同様に、発光素子の発光を透過させ
る程度の薄膜とすることが望ましく、例えば、厚さが5
ナノメータ程度の金を用いることができる。また、透光
性電極26としては、例えば、厚さが100ナノメータ
程度の酸素を含有したニッケルの層とすることができ
る。
【0030】図5に示した発光素子においては、p型層
18と第1の薄膜金属層25との間にドーパントとなる
不純物層24を設け、熱処理により、その不純物をp型
層18と第1の薄膜金属層25とに拡散させるようにし
ている。従って、前述した電極のシート抵抗の低減とい
う効果に加えて、電極コンタクトのオーミック性が改善
され、接触抵抗が低減されるという効果も得ることがで
きる。
【0031】次に、本発明による発光層の製造工程につ
いて、図1を参照しつつ説明する。まず、サファイア基
板12上に、バッファ層14、n型層16、p型層18
をこの順序に結晶成長する。バッファ層14の材料とし
ては、例えばGaNを用いることができる。n型層16
の材料としては、例えばn型のGaNを用いることがで
きる。また、p型層18の材料としては、例えばp型の
GaNを用いることができる。また、n型層16とp型
層18との間にn型クラッド層と活性層とp型クラッド
層とをこの順序で積層しても良い。これらの各半導体層
の結晶成長法としては、例えば有機金属気相成長法(M
OCVD)を用いることができる。MOCVDを用いた
場合には、キャリアガスの水素が結晶中に取り込まれる
ことがあり、前述したように、この水素が素子の熱処理
に際してニッケル電極26に拡散してその光透過性を向
上させるという効果も得ることができる。
【0032】しかし、その他の成長法として、例えば、
有機金属を原料に用いない気相成長法や、化学ビーム・
エピタキシャル法(CBE)を用いることもできる。
【0033】結晶成長に続いて、p型層18の一部をP
EP法によりパターニングし、さらに反応性イオン・エ
ッチング(RIE)法などを用いてエッチングすること
により、n型層16を露出させる。
【0034】次に、PEP法によりパターニングを施
し、n型層16の表面上にチタン及び金をこの順序で堆
積し、リフト・オフ法によりn側電極20を形成する。
【0035】次に、PEP法によりパターニングを施
し、p型層18の上に厚さ約1ナノメータのマグネシウ
ム層を堆積し、さらに厚さ約100ナノメータの酸素を
含有するニッケル層を堆積し、リフト・オフ法によりこ
れらをパターニングする。これらの層の堆積方法として
は、例えば高周波スパッタ法を用いることができる。す
なわち、酸素を含む雰囲気中で、ニッケルをターゲット
としてスパッタリングを行うことにより、酸素を含有す
るニッケル層を堆積することができる。
【0036】次に、熱処理を施す。その条件は、マグネ
シウム層の厚さなどに依存する。本発明者の実験によれ
ば、不純物の拡散を生じさせ、オーミック性を改善する
ためには400℃以上の温度で熱処理を施すことが望ま
しいことが分かった。また、熱処理温度が高すぎると、
ニッケル層から酸素が放出される等の弊害が生ずること
があり、その温度の上限は、800℃とすることが望ま
しいことも分かった。
【0037】ここでは、熱処理の条件を、700℃で2
0分間とした。この熱処理によって、p型層18から水
素が放出されてニッケル電極層26に拡散し、その光透
過率を向上させる。また、マグネシウムがp型層18と
電極26とにそれぞれ拡散して活性化され、オーミック
性が改善されて接触抵抗が低下する。さらに、p側電極
26とp型層18との密着性も向上する。
【0038】次に、絶縁膜28を堆積する。絶縁膜28
の材料としては、例えば酸化シリコンや窒化シリコンを
用いることができる。さらに、PEP法によりパターニ
ングし、さらにエッチングすることによりボンディング
・パッド30とオーバーコート22を形成する。これら
は、例えば、チタンと金をこの順序で積層した構造とす
ることができる。
【0039】図6は、上述した工程により得られた発光
素子の電流・電圧特性と光出力特性とを表す特性図であ
る。すなわち、同図の横軸は電流を表し、左縦軸は光出
力、右縦軸は順方向電圧を表す。また、図中の実線は光
出力特性を表し、破線は電流・電圧特性を表す。同図に
示したように、本発明による発光素子は、接触抵抗が極
めて低く、良好な電流電圧特性を示している。また、光
出力特性の立ち上がりも良好である。20ミリアンペア
の電流に対する順方向電圧は約3.3ボルト、光出力は
約90マイクロワットと極めて良好な特性を得ることが
できた。また、ウェーハ面内での電流電圧特性や光出力
特性のばらつきは非常に小さく、素子歩留まりは、92
%以上と非常に良好であった。
【0040】なお、本発明による発光素子10に関した
上述の説明では、サファイア基板12上にn型層16と
p型層18とをこの順序で積層する構成を例示した。し
かし、本発明はこれに限定されるものではない。すなわ
ち、p型層とn型層との積層順序が逆であるような構成
についても本発明は同様に適用することができる。この
場合にはサファイア基板12上にバッファ層を介して、
まずp型層を成長し、次にp型層を成長する。そして、
n型層の上にn型のドーパントとなる不純物の薄膜を堆
積し、さらにその上に酸素を含み光透過率の高い金属電
極層を形成しても良い。この場合にも、熱処理を施すこ
とにより、電極のオーミック性や光透過率を向上させる
ことができる。
【0041】また、上述した例では、透光性電極26の
金属元素としてニッケルを用い、半導体層14〜18と
してGaNを用いた場合を例示した。しかし、本発明は
これに限定されるものではない。本発明者の実験によれ
ば、ニッケル以外にも、透光性電極に含まれる金属元素
として、チタン、白金、タングステン、パラジウム、モ
リブデン、バナジウム、イリジウム、ロジウム、コバル
ト、金、マグネシウム、及びアルミニウムのうちのいず
れか1つまたは複数の金属元素を選択して用いても、同
様に良好な結果を得られることが分かった。
【0042】また、半導体14〜18としては、Gax
Aly In1−x−y N(0<x,y≦1,x+
y≦1)なる化学式において組成比x及びyをそれぞれ
の範囲内で変化させたすべての組成のうちから適宜選択
した半導体を用いることができる。
【0043】また、製造方法において、熱処理は、p側
電極26のオーミック性の向上、p側電極26の光透過
率の向上、およびn側電極20のオーミック性の向上な
どのそれぞれの目的に応じて、別々に施しても良い。さ
らに、p側電極26中に酸素および水素の導入させるた
めに、それぞれのガス雰囲気中において熱処理を施して
も良い。
【0044】図7は、本発明による発光素子を用いた発
光装置を表す概略構成図である。図6に示したような従
来の発光装置と異なり、本発明による発光装置では、発
光素子10はサファイア基板12を下側に向けてリード
・フレーム70にマウントされている。そして、p側の
ボンディング・パッド30とn側のオーバーコート22
とにそれぞれワイア76、76がボンディングされてい
る。
【0045】本発明によれば、発光素子10の表面側か
ら光を取り出すことができるので、同図に示したよう
に、ガリウム砒素型のLEDで用いられるようなカップ
型のリードフレーム70を用いることができる。このよ
うなカップ型のリード・フレーム70は、発光素子の実
装部の周囲に光反射壁74を有するので、集光性が向上
する。また、図8に示したような従来の発光装置と異な
り、導電性接着剤の「はみ出し」による電極間或いは接
合間のショートが発生しない。従って、製造歩留まりや
長期的信頼性が改善される。
【0046】さらに、図7に示した装置では、発光素子
のマウント位置を電極パターンにあわせて精密に調節す
る必要がなくなる。従って、マウント作業が容易とな
り、組立工程の生産性が向上する。
【0047】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。
【0048】まず、本発明によれば、電極として酸素お
よび水素を含有した金属電極層を用いることにより、電
極層の光透過率を向上させ、発光層からの光を電極を透
過させて効率良く取り出すことができるようになる。
【0049】本発明によれば、このように素子の表面側
から光を効率良く取り出すことができるので、組立工程
も簡易化され、従来問題となっていた電極間などでのシ
ョートも解消することができる。さらに、製造コストが
低下し、長期的信頼性も改善される。
【0050】また、本発明によれば、電極とそれに接触
する半導体層の界面付近にその半導体層の導電型を与え
るドーパントを高濃度に含有させることにより、オーミ
ック性を向上させ、電極の接触抵抗を低下させることが
できる。
【0051】また、本発明によれば、熱処理によって、
半導体層に含有されている水素を放出させて電極層中に
拡散させるという簡易な方法により、電極の光透過率を
さらに改善することができる。すなわち、製造コストが
低減し、歩留まりの向上を図ることができる。
【0052】このように、本発明によれば、高性能で高
信頼性を有する半導体発光素子を簡単なプロセスにより
高歩留まりで生産できるようになり、産業上のメリット
は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の構成を表す概略断面図である。
【図2】ニッケルに酸素と水素を含有させた場合の光透
過率を示す特性図である。
【図3】マグネシウム不純物層24を設けた場合と設け
ない場合とを比較して示した発光素子のI−V特性図で
ある。
【図4】本発明による発光素子の第2の例を表す、p側
電極周辺の要部拡大図である。
【図5】本発明による発光素子の第3の例を表す、p側
電極周辺の要部拡大図である。
【図6】本発明により得られた発光素子の電流・電圧特
性と光出力特性とを表す特性図である。
【図7】本発明による発光素子を用いた発光装置を表す
概略構成図である。
【図8】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を
用いた発光装置の概略構成を表す断面図である。
【符号の説明】
10、110 半導体発光素子 12、112 サファイア基板 14、114 バッファ層 16、116 n型層 18、118 p型層 20、122 n側電極 22、124 オーバーコート 24 不純物層 25 第1の薄膜金属層 26 透光性電極 28 絶縁膜 30 ボンディング・パッド 70、130 リード・フレーム 74 反射壁 76 ワイア 140 導電性接着剤

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板と、 前記基板上に堆積された少なくとも1層の第1導電型の
    窒化ガリウム系化合物半導体の層と、前記第1導電型の
    窒化ガリウム系化合物半導体の層の上に堆積された少な
    くとも1層の第2導電型の窒化ガリウム系化合物半導体
    の層と、からなる積層構造体と、 前記第2導電型の窒化ガリウム系化合物半導体の層の表
    面上に形成され、酸素を含有し、ニッケル、チタン、白
    金、タングステン、パラジウム、モリブデン、バナジウ
    ム、イリジウム、ロジウム、コバルト、金、マグネシウ
    ム、及びアルミニウムからなる群から選択された金属か
    らなる透光性電極と、 を備え、前記積層構造体の内部で生じた発光を前記透光
    性電極を透過させて取り出すようにしたことを特徴とす
    る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
  2. 【請求項2】前記第2導電型の窒化ガリウム系化合物半
    導体の層と、前記透光性電極との間に設けられた、透光
    性を有する薄膜金属層をさらに備えたことを特徴とする
    請求項1記載の発光素子。
  3. 【請求項3】前記薄膜金属層は、前記窒化ガリウム系化
    合物半導体を前記第2導電型とするドーパントをさらに
    含有することを特徴とする請求項1または2に記載の発
    光素子。
  4. 【請求項4】前記透光性電極は、前記窒化ガリウム系化
    合物半導体を前記第2導電型とするドーパントをさらに
    含有することを特徴とする請求項1または3に記載の発
    光素子。
  5. 【請求項5】前記透光性電極は、さらに水素を含有する
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の
    発光素子。
  6. 【請求項6】前記基板はサファイアであり、 前記第1導電型はn型であり、 前記第2導電型はp型であり、 前記透光性電極を構成する前記金属はニッケルであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の発光素子。
  7. 【請求項7】基板上に、少なくとも1層の第1導電型の
    窒化ガリウム系化合物半導体の層を成長し、前記第1導
    電型の窒化ガリウム系化合物半導体の層の上に少なくと
    も1層の第2導電型の窒化ガリウム系化合物半導体の層
    を成長する、結晶成長工程と、 前記第2導電型の窒化ガリウム系化合物半導体の層の表
    面上に、ニッケル、チタン、白金、タングステン、パラ
    ジウム、モリブデン、バナジウム、イリジウム、ロジウ
    ム、コバルト、金、マグネシウム、及びアルミニウムか
    らなる群から選択された金属からなり、さらに酸素を含
    有した透光性電極を形成する、電極形成工程と、 を備えたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体
    発光素子の製造方法。
  8. 【請求項8】基板上に、少なくとも1層の第1導電型の
    窒化ガリウム系化合物半導体の層を成長し、前記第1導
    電型の窒化ガリウム系化合物半導体の層の上に少なくと
    も1層の第2導電型の窒化ガリウム系化合物半導体の層
    を成長する、結晶成長工程と、 前記第2導電型の窒化ガリウム系化合物半導体の層の表
    面上に、前記第2導電型のドーパントを含む不純物層を
    堆積する、不純物堆積工程と、 前記不純物層の表面上に、ニッケル、チタン、白金、タ
    ングステン、パラジウム、モリブデン、バナジウム、イ
    リジウム、ロジウム、コバルト、金、マグネシウム、及
    びアルミニウムからなる群から選択された金属からな
    り、さらに酸素を含有した透光性電極を形成する、電極
    形成工程と、 400℃以上の温度で熱処理を施すことにより、前記不
    純物層から前記ドーパントを前記第2導電型の窒化ガリ
    ウム系化合物半導体の層と前記透光性電極とに拡散させ
    て接触抵抗を低減させる、熱処理工程と、 を備えたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体
    発光素子の製造方法。
  9. 【請求項9】前記電極形成工程は、酸素を含む雰囲気中
    で、前記金属をスパッタリングすることにより前記透光
    性電極を堆積する工程を含むことを特徴とする請求項7
    または8に記載の方法。
  10. 【請求項10】前記熱処理工程において、前記第2導電
    型の窒化ガリウム系化合物半導体の層に含有されている
    水素が放出され、前記放出された水素のうちの少なくと
    も一部が前記透光性電極に含有されることを特徴とする
    請求項8または9に記載の方法。
  11. 【請求項11】前記基板はサファイアであり、 前記結晶成長工程における結晶成長法は水素ガスを含む
    気相成長法であり、 前記第1導電型はn型であり、 前記第2導電型はp型であり、 前記ドーパントは、マグネシウムであり、 前記透光性電極を構成する前記金属はニッケルであり、 前記熱処理は、800℃以下の温度で行うことを特徴と
    する請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】リード・フレームと請求項1〜6のいず
    れかに記載の発光素子と、 を備えた発光装置であって、 前記発光素子は、前記リード・フレームの実装部に前記
    基板の裏面を接着面としてマウントされ、前記発光素子
    の前記積層構造体の内部で生じた発光を前記透光性電極
    を透過させて取り出すようにしたことを特徴とする発光
    装置。
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