JP5332882B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子およびその半導体発光素子の製造方法に関するものである。

ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、通常、サファイア等の基板上に、発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体層を形成して構成される。そして、このような半導体発光素子では、配線基板に対して半導体発光素子をフリップチップにて実装することで、発光層から出力される光を、基板を介して外部に出射するようにしたものが存在する。

公報記載の従来技術として、ＩＩＩ族窒化物半導体層の基板との接触面と反対側となる面に、金属酸化物からなる透明導電層を形成するとともに、この透明導電層にさらに銀等からなる反射層を形成することで、発光層から基板とは反対側に出力される光を基板側に向けて反射するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
また、他の公報記載の従来技術として、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されたｐ型半導体層の上に、ｐ型コンタクト層を介して形成された正電極を備える半導体発光素子において、この正電極を、酸化物からなる第１の半導体膜、第１の半導体膜の上に形成される金属膜、酸化物からなり金属膜の上に形成される第２の半導体膜にて構成するものが知られている（特許文献２参照）。

特開２００６−３０３４３０号公報 特開２００５−２５９９７１号公報

ところで、反射層に用いられる銀は、マイグレーションを起こしやすい材料であることが知られている。このため、銀を含む反射層を保護するために反射層上に例えば金属層を形成した場合には、銀のマイグレーションによって反射層の界面に荒れが生じることで反射率が低下し、結果として光り取り出し効率の低下を招くおそれがあった。

本発明は、フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率の低下を抑制することを目的とする。

また、他の観点から捉えると、本発明が適用される半導体発光素子は、基板と、通電により発光する発光層を含んで基板に積層され、発光層から出射される光を、基板を介して外部に出力するＩＩＩ族窒化物半導体層と、発光層から出射される光に対する光透過性および導電性を有する金属酸化物で構成され、ＩＩＩ族窒化物半導体層の基板とは逆側に積層される透明導電層と、銀または銀を含む合金で構成され、発光層から透明導電層を介して入射する光を反射する金属層と、導電性を有する金属酸化物で構成され、金属層に積層されて外部との電気的な接続に用いられる導電層と、導電性を有する金属で構成され、積層される透明導電層と金属層と導電層とを、ＩＩＩ族窒化物半導体層に対し覆うように設けられる被覆層とを有している。

このような半導体発光素子において、透明導電層が金属酸化物としてインジウム酸化物を含むことを特徴とすることができる。
また、透明導電層が金属酸化物としてさらに亜鉛酸化物を含むことを特徴とすることができる。
さらに、基板がサファイア単結晶で構成されることを特徴とすることができる。
また、導電層がＩＩＩ族窒化物半導体層と非接触に形成されることを特徴とすることができる。
さらに、金属層と被覆層とが非接触に配置されることを特徴とすることができる。
そして、透明導電層、金属層および導電層のいずれか一層は、ＩＩＩ族窒化物半導体層の面に沿って形成される上面と上面の周縁部からＩＩＩ族窒化物半導体層に向かって傾斜する傾斜面とを備えていることを特徴とすることができる。

本発明によれば、フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率の低下を抑制することができる。

半導体発光素子の断面模式図の一例である。 半導体発光素子の平面模式図の一例である。 半導体発光素子を構成する積層半導体層の断面模式図の一例である。 半導体発光素子を基板にフリップチップ実装した発光装置の一例を示す図である。 半導体発光素子の製造工程の一例を示すフローチャートである。 半導体発光素子の断面模式図の他の一例である。 図６に示す半導体発光素子の第１の電極の製造方法の一例を説明するための図である。 図６に示す半導体発光素子の第１の電極の製造方法の一例を説明するための図（つづき）である。 図６に示す半導体発光素子の第１の電極の製造方法の一例を説明するための図（つづき）である。 図６に示す半導体発光素子の第１の電極の製造方法の一例を説明するための図（つづき）である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の断面模式図の一例を示しており、図２は図１に示す半導体発光素子１を図１に示すＩＩ方向からみた平面模式図の一例を示しており、図３は半導体発光素子を構成する積層半導体層の断面模式図の一例を示している。

（半導体発光素子）
図１に示すように、半導体発光素子１は、透明基板の一例としての基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。

さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに形成される第１の電極１７０と、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに形成される第２の電極１８０とを備える。さらにまた、半導体発光素子１は、第１の電極１７０および第２の電極１８０に積層される保護層１９０をさらに備える。ただし、保護層１９０は、第１の電極１７０および第２の電極１８０のそれぞれにおいて、図１において上方側となる面の一部を露出させるように形成されている。
このように、本実施の形態の半導体発光素子１は、一方の面側に第１の電極１７０および第２の電極１８０が形成された構造を有している。

なお、図２においては、保護層１９０の記載を省略しており、第１の電極１７０（より具体的には後述する被覆層１７４）および第２の電極１８０のうち、保護層１９０によって覆われない領域を破線で囲って示している。また、図２には、被覆層１７４の背面に設けられる第２導電層１７３（詳細は後述する）を一点鎖線で示している。

この半導体発光素子１においては、第１の電極１７０を正極、第２の電極１８０を負極とし、両者を介してＩＩＩ族窒化物半導体層の一例としての積層半導体層１００（より具体的にはｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０）に電流を流すことで、発光層１５０が発光するようになっている。

では次に、半導体発光素子１の各構成要素について、より詳細に説明する。
＜基板＞
基板１１０としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。ただし、本実施の形態の半導体発光素子１は、後述するように、基板１１０側から光を取り出すようにフリップチップ実装されることから、発光層１５０から出射される光に対する光透過性を有していることが好ましい。したがって、例えば、サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイアを基板１１０として用いることが好ましい。サファイアを基板１１０として用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。

＜積層半導体層＞
積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図１に示すように、基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層が、この順で積層されて構成されている。
また、図３に示すように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０及びｐ型半導体層１６０の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。さらにまた、積層半導体層１００は、さらに下地層１３０、中間層１２０を含めて呼んでもよい。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする第１の導電型にて電気伝導を行うものであり、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２の導電型にて電気伝導を行うものである。
なお、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。

＜中間層＞
中間層１２０は、多結晶のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にｃ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明においては、中間層形成工程を行なうことが好ましいが、行なわなくても良い。

また、中間層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものであってもよく、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層１２０の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶からなる中間層１２０とすることができる。このような単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶（多結晶）とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。

＜下地層＞
下地層１３０としては、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌ_xＧａ_1-xＮ層が得られやすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。

＜ｎ型半導体層＞
図３に示すように、第１の半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層１４０ａとｎクラッド層１４０ｂとから構成されるのが好ましい。なお、ｎコンタクト層１４０ａはｎクラッド層１４０ｂを兼ねることも可能である。また、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
ｎコンタクト層１４０ａは、第２の電極１８０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１４０ａにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０¹⁷〜１×１０²⁰／ｃｍ³、好ましくは１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹／ｃｍ³の濃度で含有すると、第２の電極１８０との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
ｎコンタクト層１４０ａの膜厚は、０．５〜５μｍとされることが好ましく、１〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４０ａの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。

ｎコンタクト層１４０ａと発光層１５０との間には、ｎクラッド層１４０ｂを設けることが好ましい。ｎクラッド層１４０ｂは、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。ｎクラッド層１４０ｂはＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ｎクラッド層１４０ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。
ｎクラッド層１４０ｂの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型ドープ濃度は１×１０¹⁷〜１×１０²⁰／ｃｍ³が好ましく、より好ましくは１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹／ｃｍ³である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。

なお、ｎクラッド層１４０ｂを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、ｎ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。
また、ｎクラッド層１４０ｂは、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造であることが好ましい。

＜発光層＞
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
図３に示すような、量子井戸構造の井戸層１５０ｂとしては、Ｇａ_1-yＩｎ_yＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層１５０ｂの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば１〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２〜６ｎｍとすると発光出力の点で好ましい。
また、多重量子井戸構造の発光層１５０の場合は、上記Ｇａ_1-yＩｎ_yＮを井戸層１５０ｂとし、井戸層１５０ｂよりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌ_zＧａ_1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層１５０ａとする。井戸層１５０ｂおよび障壁層１５０ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。

＜ｐ型半導体層＞
図３に示すように、第２の半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０は、通常、ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１６０ｂがｐクラッド層１６０ａを兼ねることも可能である。
ｐクラッド層１６０ａは、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。ｐクラッド層１６０ａとしては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
ｐクラッド層１６０ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６０ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６０ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０¹⁸〜１×１０²¹／ｃｍ³が好ましく、より好ましくは１×１０¹⁹〜１×１０²⁰／ｃｍ³である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層１６０ａは、複数回積層した超格子構造としてもよく、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＮとの交互構造又はＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。

ｐコンタクト層１６０ｂは、第１の電極１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６０ｂは、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および第１の電極１７０との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐ型不純物（ドーパント）を１×１０¹⁸〜１×１０²¹／ｃｍ³の濃度、好ましくは５×１０¹⁹〜５×１０²⁰／ｃｍ³の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。

＜第１の電極＞
次に、第１の電極１７０の構成について詳細に説明する。
第１の電極１７０は、ｐ型半導体層１６０上に積層される第１導電層１７１と、この第１導電層１７１上に積層される反射層１７２（金属層とも呼ぶ）と、この反射層１７２上に積層される第２導電層１７３と、ｐ型半導体層１６０に対しこれら第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３を覆うように設けられる被覆層１７４とを有している。

＜第１導電層＞
図１に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には第１導電層１７１が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、第１導電層１７１（図１参照）は、第２の電極１８０を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの周縁部を除くほぼ全面を覆うように形成されているが、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。ただし、図２において、第１導電層１７１は、第２導電層１７３の背面側に形成されているため、その背後に隠れている。

第１導電層１７１は、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトがとれ、しかもｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。また、この半導体発光素子１では、発光層１５０からの光を、反射層１７２を介して基板１１０側に取り出すことから、第１導電層１７１は光透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、第１導電層１７１は優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。また、本実施の形態では、第１導電層１７１の厚さが５ｎｍ（５０Å）に設定されている。なお、第１導電層１７１の厚さは２ｎｍ〜１８ｎｍの範囲より選択することができる。ここで、第１導電層１７１の厚さが２ｎｍよりも薄いと、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトが取れにくい場合があり、また、第１導電層１７１の厚さが１８ｎｍよりも厚いと発光層１５０からの発光及び反射層１７２からの反射光の光透過性の点で好ましくない場合がある。

第１導電層１７１の一例としては透明導電層が挙げられる。例えば、本実施の形態では、第１導電層１７１として、酸化物の導電性材料であって、発光層１５０から出射される波長の光に対する光透過性のよいものが用いられる。特に、Ｉｎを含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ₂Ｏ₃−Ｇａ₂Ｏ₃））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＣｅＯ₂））等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などのドーパントが添加されていてもかまわない。また、例えばＩｎを含まない酸化物、例えばキャリアをドープしたＳｎＯ₂、ＺｎＯ₂、ＴｉＯ₂等の導電性材料を用いてもよい。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、第１導電層１７１を形成できる。また、第１導電層１７１を形成した後に、第１導電層１７１の透明化と更なる低抵抗化とを目的とした熱アニールを施す場合もある。

本実施の形態において、第１導電層１７１は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶を含む透光性材料（例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等）を好ましく使用することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ₂Ｏ₃結晶を含むＩＺＯを第１導電層１７１として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。

また、第１導電層１７１に用いるＩＺＯ膜としては、比抵抗が最も低くなる組成を使用することが好ましい。
例えば、ＩＺＯ中のＺｎＯ濃度は１〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％の範囲であることが更に好ましい。１０質量％であると特に好ましい。

第１導電層１７１に用いるＩＺＯ膜の熱処理は、Ｏ₂を含まない雰囲気で行なうことが望ましく、Ｏ₂を含まない雰囲気としては、Ｎ₂雰囲気などの不活性ガス雰囲気や、またはＮ₂などの不活性ガスとＨ₂との混合ガス雰囲気などを挙げることができ、Ｎ₂雰囲気、またはＮ₂とＨ₂との混合ガス雰囲気とすることが望ましい。なお、ＩＺＯ膜の熱処理をＮ₂雰囲気、またはＮ₂とＨ₂との混合ガス雰囲気中で行なうと、例えば、ＩＺＯ膜を六方晶構造のＩｎ₂Ｏ₃結晶を含む膜に結晶化させるとともに、ＩＺＯ膜のシート抵抗を効果的に減少させることが可能である。
また、ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００℃〜１０００℃が好ましい。５００℃未満の温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できない恐れが生じ、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合には、ＩＺＯ膜は結晶化されているが、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。また、１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜の下にある半導体層を劣化させる恐れもある。

アモルファス状態のＩＺＯ膜を結晶化させる場合、成膜条件や熱処理条件などが異なるとＩＺＯ膜中の結晶構造が異なる。しかし、本発明の実施形態においては、他の層との接着性の点において、第１導電層１７１は材料に限定されないが結晶性の材料の方が好ましく、特に結晶性ＩＺＯの場合にはビックスバイト結晶構造のＩｎ₂Ｏ₃結晶を含むＩＺＯであってもよく、六方晶構造のＩｎ₂Ｏ₃結晶を含むＩＺＯであってもよい。特に六方晶構造のＩｎ₂Ｏ₃結晶を含むＩＺＯがよい。
特に、前述のように、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、ｐ型半導体層１６０との密着性が良いため、本発明の実施形態において大変有効である。また、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、抵抗値が低下することから、半導体発光素子１を構成した際に、順方向電圧Ｖ_Fを低減できる点でも好ましい。

＜反射層＞
図１に示すように、第１導電層１７１の上には反射層１７２が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、反射層１７２（図１参照）は、第１導電層１７１の全域を覆うように形成されている。また、反射層１７２は、第１導電層１７１上に形成され、ｐ型半導体層１６０上には形成されないようになっている。すなわち、ｐ型半導体層１６０と反射層１７２とが直接接触しないように構成されている。ただし、図２において、反射層１７２は、上述した第１導電層１７１と同様、第２導電層１７３の背面側に形成されているため、その背後に隠れている。

金属層の一例としての反射層１７２はＡｇ（銀）で構成されている。反射層１７２として銀を用いているのは、発光層１５０から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しているためである。また、後述するように、反射層１７２は、第１導電層１７１を介してｐ型半導体層１６０に給電を行う機能も有していることから、その抵抗値が低く、しかも第１導電層１７１との接触抵抗を低く抑える必要があるためである。そして、本実施の形態では、反射層１７２の厚さが１００ｎｍ（１０００Å）に設定されている。この反射層１７２の厚さは、好ましくは５０ｎｍ以上の範囲より選択することができる。ここで、反射層１７２の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、発光層１５０からの光の反射性能が低下する点で好ましくない場合がある。
なお、本実施の形態では、反射層１７２として、Ａｇ単体を用いているが、Ａｇを含む合金を使用するようにしてもかまわない。

＜第２導電層＞
図１に示すように、反射層１７２の上には第２導電層１７３が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、第２導電層１７３は、反射層１７２の全域を覆うように形成されている。また、第２導電層１７３は、反射層１７２上に形成され、ｐ型半導体層１６０上には形成されないようになっている。すなわち、ｐ型半導体層１６０と第２導電層１７３とが直接接触しないように構成されている。

導電層の一例としての第２導電層１７３は、反射層１７２とオーミックコンタクトが取れ、しかも、反射層１７２との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。ただし、後述するように、第２導電層１７３は発光層１５０からの光を透過させる機能を要しないので、上記第１導電層１７１とは異なり、光透過性を有している必要はない。また、後述するように、第２導電層１７３は、反射層１７２および第１導電層１７１を介してｐ型半導体層１６０に給電を行う機能も有していることから、優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。そして、本実施の形態では、第２導電層１７３の厚さが、５０ｎｍ（５００Å）に設定されている。本実施の形態においては、第２導電層１７３の厚さが５０ｎｍ以上であれば、反射層１７２を構成する銀（Ａｇ）のマイグレーションが抑制されやすくなる点で好ましい。これに対し、第２導電層１７３の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、第２導電層１７３上に形成する被覆層１７４への銀（Ａｇ）のマイグレーション防止の点で好ましくない。また、第２導電層１７３の厚さが５０００ｎｍよりも厚いと、材料のコストアップの点で好ましくない。なお、本実施の形態では、第１導電層１７１の厚さが第２導電層１７３の厚さよりも薄くなるように、それぞれの厚さが設定されている。

本実施の形態では、第２導電層１７３として、第１導電層１７１と同様に、ＩＺＯが用いられている。ただし、後述するように、第２導電層１７３を構成するＩＺＯには熱処理が行われないことから、アモルファス状態のままとなっている。

なお、第２導電層１７３としては、ＩＺＯの他、ＩＴＯ、ＩＧＯ、ＩＣＯ等を用いることができる。また、例えばキャリアをドープしたＳｎＯ₂、ＺｎＯ₂、ＴｉＯ₂等の導電性材料を用いてもよい。さらに、第２導電層１７３には、上述したように光透過性が要求されないことから、可視領域で光を吸収する公知の導電性金属酸化物を用いるようにしてもかまわない。

＜被覆層＞
図１に示すように、第２導電層１７３の上面および第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３の側面には被覆層１７４が形成されている。
図２に示すように平面視したときに、被覆層１７４は、第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３の全域を覆うように形成されている。また、被覆層１７４は、その端部がｐ型半導体層１６０と接するようになっている。

被覆層１７４は、最も内側すなわち第２導電層１７３等と接するように少なくとも１層以上の金属層が形成される。また、最も外側となる最表層の金属層には一般に金が用いられる。被覆層１７４の構成の一例として、第２導電層１７３に接して形成される第１層としてＮｉ（ニッケル）層と、このＮｉ層の外側に形成される第２層としてのＰｔ（白金）層と、このＰｔ層の外側であって最も外側に形成される第３層としてのＡｕ（金）層とを有する構造を挙げることができる。そして、被覆層１７４の全体の厚さは、フリップチップ実装する際のパッド電極としての機能を有する厚さがあれば、厚さに制限なく使用することができるが、好ましくは５０ｎｍ（５００Å）〜８０００ｎｍ（８００００Å）に設定されている。

なお、被覆層１７４の第１層を構成する材料としては、上述したＮｉ（ニッケル）の他、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、ＮｉＴｉ（ニッケルチタン）合金、およびこれらの窒化物を使用することができる。

＜第２の電極＞
第２の電極１８０については、公知な材料や構造、形状を採用することができ、例えば第１の電極１７０と同じ構成を採用することもできる。したがって、第２の電極１８０を単層で構成してもよいし、複数の材料を重ね合わせた積層で構成してもよい。

＜保護層＞
図１に示すように、保護層１９０は、第１の電極１７０の一部および第２の電極１８０の一部を除いてこれら第１の電極１７０および第２の電極１８０を覆うように積層されている。保護層１９０は、例えばＳｉＯ₂等の材料で構成されており、外部から水等が第１の電極１７０および第２の電極１８０に浸入するのを抑制することでこれらを保護する機能を有している。

次に、図１に示す半導体発光素子１の使用方法について説明する。
図４は、図１に示す半導体発光素子１を配線基板１０に実装した発光装置の構成の一例を示す図である。
配線基板１０の一方の面には、正電極１１と負電極１２とが形成されている。
そして、配線基板１０に対し、図１に示す半導体発光素子１の上下を反転させた状態で、正電極１１には第１の電極１７０（具体的には被覆層１７４）を、また、負電極１２には第２の電極１８０を、それぞれはんだ２０を用いて電気的に接続すると共に機械的に固定している。このような配線基板１０に対する半導体発光素子１の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれるものである。フリップチップ接続においては、配線基板１０からみて、半導体発光素子１の基板１１０が発光層１５０よりも遠い位置に置かれる。

では、図４に示す発光装置の発光動作について説明する。
配線基板１０の正電極１１および負電極１２を介して、半導体発光素子１に正電極１１から負電極１２に向かう電流を流すと、半導体発光素子１では、第１の電極１７０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介して第２の電極１８０に向かう電流が流れ、発光層１５０は基板１１０側および第１の電極１７０側に向けて青色光を出力する。なお、このとき、第１の電極１７０では、被覆層１７４、第２導電層１７３、反射層１７２および第１導電層１７１を介して電流が流れ、ｐ型半導体層１６０には、面上において均一化された状態の電流が供給される。

発光層１５０から出力される光のうち基板１１０側に向かう光は、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を透過し、図４において矢印に示す方向に出射される。一方、発光層１５０から出射される光のうち第１の電極１７０側に向かう光は、ｐ型半導体層１６０および第１導電層１７１を介して反射層１７２に到達し、反射層１７２で反射される。そして、反射層１７２で反射した光は、第１導電層１７１、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を透過し、図４において矢印に示す方向に出射される。このように、本実施の形態では、半導体発光素子１に反射層１７２を設け、発光層１５０から基板１１０とは反対側に出射された光を反射させることで、半導体発光素子１からの光の取り出し効率を高めている。

次に、図１に示す半導体発光素子１の製造方法について説明する。
図５は、半導体発光素子１の製造工程の一例を示すフローチャートである。
半導体発光素子１は、基板１１０上に中間層１２０を形成する中間層形成工程（ステップ１０１）と、中間層１２０上に下地層１３０を形成する下地層形成工程（ステップ１０２）と、下地層１３０上にｎ型半導体層１４０を形成するｎ型半導体層形成工程（ステップ１０３）と、ｎ型半導体層１４０上に発光層１５０を形成する発光層形成工程（ステップ１０４）と、発光層１５０上にｐ型半導体層１６０を形成するｐ型半導体層形成工程（ステップ１０５）と、ｐ型半導体層１６０側からエッチングを行ってｎ型半導体層１４０に半導体層露出面１４０ｃを形成する半導体層露出面形成工程（ステップ１０６）と、ｐ型半導体層１６０上に第１導電層１７１を形成する第１導電層形成工程（ステップ１０７）と、第１導電層１７１上に反射層１７２を形成する反射層形成工程（ステップ１０８）と、反射層１７２上に第２導電層１７３を形成する第２導電層形成工程（ステップ１０９）と、これら第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３を覆うように被覆層１７４を形成する被覆層形成工程（ステップ１１０）と、保護層１９０を形成する保護層形成工程（ステップ１１１）とによって製造される。

以下、各工程について順番に説明する。
＜中間層形成工程＞
まず、サファイア基板等の基板１１０を用意し、前処理を施す。前処理としては、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に基板１１０を配置し、中間層１２０を形成する前にスパッタするなどの方法によって行うことができる。具体的には、チャンバ内において、基板１１０をＡｒやＮ₂のプラズマ中に曝す事によって上面を洗浄する前処理を行なってもよい。ＡｒガスやＮ₂ガスなどのプラズマを基板１１０に作用させることで、基板１１０の上面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。

次に、基板１１０の上面に、スパッタ法によって、中間層１２０を積層する。
スパッタ法によって、単結晶構造を有する中間層１２０を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が５０％〜１００％、望ましくは７５％となるようにすることが望ましい。
また、スパッタ法によって、柱状結晶（多結晶）を有する中間層１２０を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が１％〜５０％、望ましくは２５％となるようにすることが望ましい。なお、中間層１２０は、上述したスパッタ法だけでなく、ＭＯＣＶＤ法で形成することもできる。

＜下地層形成工程＞
次に、中間層１２０を形成した後、中間層１２０の上面に、単結晶の下地層１３０を形成する。下地層１３０は、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。

＜ｎ型半導体層形成工程＞
下地層１３０の形成後、ｎコンタクト層１４０ａ及びｎクラッド層１４０ｂを積層してｎ型半導体層１４０を形成する。ｎコンタクト層１４０ａ及びｎクラッド層１４０ｂは、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。

＜発光層形成工程＞
発光層１５０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよいが、特にＭＯＣＶＤ法が好ましい。具体的には、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に繰り返して積層し、且つ、ｎ型半導体層１４０側およびｐ型半導体層１６０側に障壁層１５０ａが配される順で積層すればよい。

＜ｐ型半導体層形成工程＞
また、ｐ型半導体層１６０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよい。具体的には、ｐクラッド層１６０ａと、ｐコンタクト層１６０ｂとを順次積層すればよい。

＜半導体層露出面形成工程＞
第１の電極１７０の形成に先立ち、公知のフォトリソグラフィーの手法によってパターニングして、所定の領域の積層半導体層１００の一部をエッチングしてｎコンタクト層１４０ａの一部を露出させ、半導体層露出面１４０ｃを形成させる。

＜第１導電層形成工程＞
マスクで半導体層露出面１４０ｃをカバーして、エッチング除去せずに残したｐ型半導体層１６０上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて第１導電層１７１を形成し、その後、例えば酸素雰囲気下において７００℃で熱処理を施して第１導電層１７１の結晶性を高める。
なお、ｐ型半導体層１６０上に先に第１導電層１７１を形成した後、第１導電層１７１を形成した状態で、所定の領域の第１導電層１７１および積層半導体層１００の一部をエッチングすることで半導体層露出面１４０ｃを形成するようにしてもよい。なお、この場合においても、第１導電層１７１の形成を行った後、熱処理を施して第１導電層１７１の結晶性を高めることが好ましい。

＜反射層形成工程＞
マスクで半導体層露出面１４０ｃを引き続きカバーしたまま、ｐ型半導体層１６０上に積層された第１導電層１７１上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて反射層１７２を形成する。
なお、反射層形成工程は、上記第１導電層形成工程とは別に行うことが好ましい。これは、第１導電層形成工程では、上述したように熱処理が行われるためである。より具体的に説明すると、仮にｐ型半導体層１６０に第１導電層１７１および反射層１７２を形成した状態で熱処理を行うと、反射層１７２を構成するＡｇが、第１導電層１７１内に拡散してしまい、反射層１７２における反射率が低下するおそれがあるためである。

＜第２導電層形成工程＞
マスクで半導体層露出面１４０ｃを引き続きカバーしたまま、第１導電層１７１上に積層された反射層１７２上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて第２導電層１７３を形成する。
なお、反射層形成工程および第２導電層形成工程は、例えばスパッタ法にて連続して１バッチで行うことが好ましく、この場合には、反射層１７２の構成材料と第２導電層１７３の構成材料とをそれぞれターゲットとしてスパッタ装置にセットしておき、成膜プロセスの最中にターゲットおよび雰囲気を変更することで、連続的に形成することが好ましい。
また、第２導電層形成工程の後には、熱処理を行わないことが好ましい。これは、第１導電層１７１に積層された反射層１７２の上に第２導電層１７３を形成した状態で熱処理を行うと、反射層１７２を構成するＡｇが、第１導電層１７１あるいは第２導電層１７３に拡散し、反射層１７２における反射率が低下するおそれがあるためである。
第２の電極１８０は第１の電極１７０と同じ構造とし、上述した半導体層露出面形成工程にて半導体層露出面１４０ｃを形成した後に、双方の電極を同時に形成することが可能である。また、第２の電極１８０として、公知の構造の電極を第１の電極１７０の形成工程の前、後、もしくは途中に形成することも可能である。

＜被覆層形成工程＞
マスクで半導体層露出面１４０ｃを引き続きカバーしたまま、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに積層された第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３に、スパッタ法を用いて、金属からなる被覆層１７４を積層し、ｐ型半導体層１６０との間で、第１導電層１７１、反射層１７２及び第２導電層１７３を完全に被覆する。例えば、被覆層１７４として、ニッケル層、プラチナ層および金層を順次積層する。
なお、被覆層形成工程は、上述した第２導電層形成工程とは別に行うことが好ましい。この場合には、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３が形成された状態でスパッタ装置等の成膜装置から取り出されることになるが、反射層１７２が第２導電層１７３で覆われているため、取り出し後に反射層１７２が大気中に晒されにくくなり、反射層１７２の劣化を抑制することができる。

＜保護層形成工程＞
半導体露出面１４０ｃをカバーするマスクを除去した後、例えばＳｉＯ₂からなる保護層１９０を、図１のように上面及びエッチング側面に形成する。なお、第１の電極１７０の一部領域および第２の電極１８０の一部領域を露出させるためには、例えば保護層１９０を形成する前にレジストの塗布を形成しておくようにしてもよいし、保護層１９０を形成した後にドライエッチング等を用いて露出領域を形成するようにしてもよい。
このようにして、半導体発光素子１が得られる。

そして、半導体発光素子１を用いて図４に示す発光装置を構成する際には、半導体発光素子１に設けられた第１の電極１７０および第２の電極１８０を、配線基板１０に設けられた正電極１１および負電極１２にそれぞれはんだ２０を用いて接続する。なお、このときのはんだ２０の温度は、例えば３００℃以下に設定されており、はんだ２０を介して反射層１７２が過熱されることにより、反射層１７２を構成する銀が第１導電層１７１あるいは第２導電層１７３側に拡散するのを抑制している。

ところで、本実施の形態の半導体発光素子１の反射層１７２として用いているＡｇは、化学的、熱的要因に伴ってイオンとして溶出・還元された状態で移動するイオンマイグレーション（エレクトロケミカルマイグレーション）を起こすことが知られている。反射層１７２を構成するＡｇのイオンマイグレーションは、反射層１７２と接する材料によってその発生の程度が変わる。

本実施の形態では、反射層１７２の一方の面が第１導電層１７１に接触して形成され、その他方の面が第２導電層１７３に接触して形成されている。後述する実施例において説明するように、反射層１７２の他方の面に例えばＮｉ、Ｔｉ等の金属からなる第２導電層１７３を形成した場合には、Ａｇのマイグレーションにより、反射層１７２と第２導電層１７３との間にデンドライト状にＡｇが析出することが判明している。このように反射層１７２との界面にデンドライト状にＡｇが析出した場合、反射層１７２における光の反射率が低下し、その結果として、半導体発光素子１の基板１１０から出射される光の取り出し効率が著しく低下する。

これに対し、本実施の形態では、反射層１７２の上に、金属ではなく酸化物からなる第２導電層１７３を形成するようにした。後述する実施例において説明するように、反射層１７２の上に第２導電層１７３を形成した場合、Ａｇのマイグレーションに伴うデンドライト状のＡｇの析出が生じにくくなることが判明している。したがって、反射層１７２の上に酸化物からなる第２導電層１７３を形成することにより、反射層１７２の反射性能が維持されることになり、半導体発光素子１における光取り出し効率の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態では、ｐ型半導体層１６０の上に第１導電層１７１を形成し、この第１導電層１７１の上に反射層１７２を形成し、さらに反射層１７２の上に第２導電層１７３を形成することで、第２導電層１７３とｐ型半導体層１６０とが直接接触しないように構成した。第２導電層１７３は、必ずしも発光層１５０からの光に対して透明ではないため、例えば第２導電層１７３とｐ型半導体層１６０とを直接接触するように構成した場合には、発光層１５０からの光が第２導電層１７３に吸収されるおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、このような構成を採用することにより、第２導電層１７３の光吸収に起因する半導体発光素子１の光取り出し効率の低下を抑制することができる。

さらに、本実施の形態では、このようにしてｐ型半導体層１６０の上に順次形成された第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３を、被覆層１７４を用いて覆うようにした。これにより、例えば銀からなる反射層１７２が、外気に晒されるという事態が回避されることになり、水や酸素等との反応に起因する銀の劣化およびこれに伴う半導体発光素子１の光取り出しの効率の低下を長期にわたって抑制することができる。

＜第１の電極の他の構成例＞
図６は、本実施の形態が適用される半導体発光素子１の断面模式図の他の一例を示している。この半導体発光素子１の基本構成は図１に示したものとほぼ同様であるが、第１の電極１７０の断面形状に特徴がある。

第１の電極１７０は、図１に示したものと同様に、第１導電層１７１、反射層１７２、第２導電層１７３および被覆層１７４を有している。なお、第１導電層１７１が酸化物透明導電材料で構成される点、反射層１７２が銀または銀を含む合金で構成される点、第２導電層１７３が酸化物導電材料で構成される点、および被覆層１７４が金属材料で構成される点については、上述したものと同じである。

第１導電層１７１は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの端部を除くほぼ全面を覆うように形成されている。そして、第１導電層１７１の中央部は一定の膜厚を有し上面１６０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、第１導電層１７１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成される傾斜面１７１ｅとなっている。

反射層１７２は、第１導電層１７１のほぼ全面を覆い、且つ、ｐ型半導体層１６０とほとんど接しないように形成されている。そして、反射層１７２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成される傾斜面１７２ｅとなっている。

第２導電層１７３は、反射層１７２のほぼ全面を覆い、且つ、ｐ型半導体層１６０および第１の導電層１７１とほとんど接しないように形成されている。そして、第２導電層１７３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第２導電層１７３の端部側はｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対して傾斜して形成される傾斜面１７３ｅとなっている。

被覆層１７４は、第２導電層１７３の上面および傾斜面１７３ｅを覆うように形成されており、その端部はｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃと接するようになっている。

このように、本実施の形態では、第１導電層１７１と第２導電層１７３とによって、反射層１７２の端部が外部に露出しにくい状態で反射層１７２を挟み込むようになっている。そして、このように構成された第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３を、ｐ型半導体層１６０に対し被覆層１７４を用いて覆うようになっている。このため、本実施の形態では、反射層１７２と被覆層１７４とが直接接触し難い構成を実現している。

図７〜図１０は、図６に示す半導体発光素子１における第１の電極１７０の製造方法の一例を説明するための図である。ここで、図７および図８は図５に示すフローチャートにおけるステップ１０７〜１０９に対応しており、図９および図１０は図５に示すフローチャートにおけるステップ１１０に対応している。

では最初に、図７および図８を参照しつつ、第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３の製造手順（第１工程と呼ぶ）について説明する。
＜第１工程＞
まず、図７（ａ）に示すように、例えばＡＺ５２００ＮＪ（製品名：ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社製）などレジストを用いて、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ上に不溶性レジスト部２１を形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、不溶性レジスト部２１の前面に第１の電極１７０を形成する位置をカバーするように、横幅Ｌ_１、縦幅Ｌ_２の第１のマスク２５を配置し、不溶性レジスト部２１が感度を有する波長の光を照射する。このとき、露光された不溶性レジスト部２１は、光反応により、第１の可溶性レジスト部２２とされる。また、光反応は光の強さに応じて進行するために、光照射面側では光反応の進行が早く、ｐ型半導体層１６０側では光反応の進行が遅くなり、結果的に第１の可溶性レジスト部２２は、図７（ｂ）に示すように、その側面が下方（ｐ型半導体層１６０側）に向かうほど後退した逆傾斜形状（逆テーパ形状）となるように形成される。逆に、第１のマスク２５によって覆われた部分の不溶性レジスト部２１は、側面が上方に向かうほど後退した傾斜形状（テーパ形状）となるように形成される。

次に、加熱を行うことにより、図７（ｃ）に示すように可溶性レジスト部２２を硬化レジスト部２３とし、続いて全面露光を行うことにより、図８（ａ）に示すように一部露光において露光されなかった不溶性レジスト部２１を第２の可溶性レジスト部２４とする。

次いで、所定の現像溶媒により第２の可溶性レジスト部２４を溶解除去することで、図８（ｂ）に示すような硬化レジスト部２３が残る。この硬化レジスト部２３は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃを露出させる横幅Ｌ_１、縦幅Ｌ_２の第１の開口部２３ｃを備えている。第１の開口部２３ｃの側面（内壁面）２３ｄは、下方に向かうほど後退する逆傾斜形状（逆テーパ形状）であり、第１の開口部２３ｃの開口長さはｐ型半導体層１６０に近づくほど大きく、また、第１の開口部２３ｃの側面（内壁面）２３ｄの傾斜角度はほぼ一定である。これを第１の逆傾斜型マスク２３（第１のマスクに対応）と呼称する。

次に、スパッタ法により、第１の逆傾斜型マスク２３を介して、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに酸化物透明導電材料からなる第１導電層１７１を形成する。第１導電層１７１は、第１の逆傾斜型マスク２３の第１の開口部２３ｃの横幅Ｌ_１、縦幅Ｌ_２を基本長さとして形成される。ただし、図８（ｃ）に示すように、スパッタ方向から遠くなる（影となる）部分すなわち第１導電層１７１の外縁側には、外周側に向けて膜厚が漸次薄くなるような傾斜面１７１ｅが形成される。なお、傾斜面１７１ｅの傾斜角度は、膜厚に応じて決まる。

続いて、スパッタ法により、第１の逆傾斜型マスク２３を介して、第１導電層１７１上に銀又は銀の合金からなる反射層１７２を形成する。反射層１７２は、第１の逆傾斜型マスク２３の第１の開口部２３ｃの横幅Ｌ_１、縦幅Ｌ_２を基本長さとして形成されるが、図８（ｃ）に示すように、スパッタ方向からみて影となる部分すなわち反射層１７２の外縁側には、外周側に向けてその膜厚が漸次薄くなるような傾斜面１７２ｅが形成される。なお、傾斜面１７２ｅの傾斜角度は、膜厚に応じて決まる。また、反射層１７２は、第１導電層１７１を完全に覆うように形成される。

さらに続いて、スパッタ法により、第１の逆傾斜型マスク２３を介して、反射層１７２上に酸化物導電材料からなる第２導電層１７３を形成する。第２導電層１７３は、第１の逆傾斜型マスク２３の第１の開口部２３ｃの横幅Ｌ_１、縦幅Ｌ_２を基本長さとして形成されるが、図８（ｃ）に示すように、スパッタ方向からみて影となる部分すなわち反射層１７２の外縁側には、外周側に向けて膜厚が漸次薄くなるような傾斜面１７３ｅが形成される。なお、傾斜面１７３ｅの傾斜角度は、膜厚に応じて決まる。また、第２導電層１７３は、反射層１７２を完全に覆うように形成される。

その後、図８（ｄ）に示すように、レジスト剥離剤などを用いて第１の逆傾斜型マスク２３を除去することにより、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３からなる３層構造体のみが残される。

なお、反射層１７２を形成する前に、第１導電層１７１の表面を洗浄する前処理を施しても良い。洗浄の方法としてはプラズマなどに曝すドライプロセスによるものと薬液に接触させるウェットプロセスによるものがあるが、工程の簡便さの観点より、ドライプロセスが望ましい。また、ｐ型半導体層１６０上に第１導電層１７１を形成した後、熱処理を行って第１導電層１７１を結晶化させてから反射層１７２を形成してもよいことは勿論である。

続いて、図９および図１０を参照しつつ、被覆層１７４の製造手順（第２工程と呼ぶ）について説明する。
＜第２工程＞
まず、図９（ａ）に示すように、第１工程に準じて、例えばＡＺ５２００ＮＪ（製品名：ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社製）などレジストを用いて、第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３からなる３層構造体と、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃとを覆うように不溶性レジスト部３１を形成する。

次に、図９（ｂ）に示すように、不溶性レジスト部３１の前面に第１の電極１７０を形成する位置をカバーするように、横幅Ｌ_３、縦幅Ｌ_４の第２のマスク３５を配置し、不溶性レジスト部３１が感度を有する波長の光を照射する。なお、第２のマスク３５の横幅Ｌ_３は第１のマスク２５の横幅Ｌ_１よりも大きな値を有しており、第２のマスク３５の縦幅Ｌ_４は第１のマスク２５の縦幅Ｌ_２よりも大きな値を有している。また、第２のマスク３５は、ｐ型半導体層１６０上に順次積層される第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３の全域を覆うように配置することが好ましい。このとき、露光された不溶性レジスト部３１は、光反応により、第１の可溶性レジスト部３２とされる。また、光反応は光の強さに応じて進行するために、光照射面側では光反応が早く、ｐ型半導体層１６０側では光反応の進行が遅くなり、結果的に第１の可溶性レジスト部３２は、図９（ｂ）に示すように、その側面が下方（ｐ型半導体層１６０側）に向かうほど後退した逆傾斜形状（逆テーパ形状）となるように形成される。逆に、第２のマスク３５によって覆われた部分の不溶性レジスト部３１は、側面が上方に向かうほど後退した傾斜形状（テーパ形状）となるように形成される。

次に、加熱を行うことにより、図９（ｃ）に示すように可溶性レジスト部３２を硬化レジスト部３３とし、続いて全面露光を行うことにより、図１０（ａ）に示すように一部露光において露光されなかった不溶性レジスト部３１を第２の可溶性レジスト部３４とする。

次いで、所定の現像溶媒により第２の可溶性レジスト部３４を溶解除去することで、図１０（ｂ）に示すような硬化レジスト部３３が残る。この硬化レジスト部３３は、第１導電層１７１、反射層１７２および第２導電層１７３の３層構造体との間でｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃを露出させる横幅Ｌ_３、縦幅Ｌ_４の第２の開口部３３ｃを備えている。第２の開口部３３ｃの側面（内壁面）３３ｄは、下方に向かうほど後退する逆傾斜形状（逆テーパ形状）であり、第２の開口部３３ｃの開口長さはｐ型半導体層１６０に近づくほど大きく、また、第２の開口部３３ｃの側面（内壁面）３３ｄの傾斜角度はほぼ一定である。これを第２の逆傾斜型マスク３３（第２のマスクに対応）と呼称する。

次に、スパッタ法により、第２の逆傾斜型マスク３３を介して、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃおよび第２導電層１７３の上に一または複数の金属層からなる被覆層１７４を形成する。このとき、被覆層１７４を構成する金属は、第２導電層１７３の傾斜面１７３ｅと第２の逆傾斜型マスク３３の側面３３ｄとの間にも入り込んで積層されていく。これにより、被覆層１７４は、第２導電層１７３の上面および傾斜面１７３ｅを覆い、且つ、その端部がｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃと接するように形成される。

その後、図１０（ｄ）に示すように、レジスト剥離剤などを用いて第２の逆傾斜型マスク３３を除去することにより、第１導電層１７１、反射層１７２、第２反射層１７３および被覆層１７４を備えた第１の電極１７０が得られる。

図６に示す半導体発光素子１においては、第１の電極１７０において、銀または銀を含む合金からなる反射層１７２と金属からなる被覆層１７４とを第２導電層１７３を隔てて配置するようにしたので、銀が被覆層１７４側に拡散するのを抑制することができる。したがって、このような構成を採用することにより、図１に示す構成と比較して、反射層１７２の反射性能がさらに維持されることになり、半導体発光素子１における光の取り出し効率の低下をさらに抑制することが可能になる。

次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、第１の電極１７０の構成材料を異ならせた半導体発光素子１の製造を行い、各半導体発光素子１から出力される光量に基づいて、各半導体発光素子１における反射層１７２の劣化について評価を行った。なお、ここでは、各半導体発光素子１の構造を、図１または図６に示すものとした。

以下に示す表１は、実施例１〜７および比較例１〜３における第１の電極１７０（より具体的には第１導電層１７１、反射層１７２、第２導電層１７３および被覆層１７４）の構成および各々の評価結果を示している。

実施例１、３、４、７および比較例１、２では、第１導電層１７１はすべてＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）とし、その厚さは５０Åとした。また、実施例５、６においても、第１導電層１７１はＩＺＯとし、その厚さは１００Åとした。これに対し、実施例２では第１導電層１７１はＩＴＯ（酸化インジウム錫）とし、比較例３ではＰｔ（白金）とし、いずれもその厚さは５０Åとした。

また、実施例２を除く他の実施例および比較例では、反射層１７２はすべてＡｇ（銀）とし、そのうち、実施例１、３、４、７および比較例１〜３ではその厚さは１０００Åとする一方、実施例５および６ではその厚さは２０００Åとした。これに対し、実施例２では、反射層１７２はＡｇ（銀）、Ｐｄ（パラジウム）およびＣｕ（銅）を含むＡＰＣ−ＴＲ合金（フルヤ金属製）とし、その厚さは１０００Åとした。

一方、第２導電層１７３については、実施例１、５、６および７ではＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）を、実施例２ではＩＴＯ（酸化インジウム錫）を、実施例３ではＩＣＯ（酸化インジウムセリウム）を、実施例４ではＩＧＯ（酸化インジウムガリウム）をそれぞれ用い、その厚さはそれぞれ５００Åとした。また、比較例１では、第２導電層１７３はＮｉ（ニッケル）とし、その厚さは１０００Åとした。さらに、比較例２、３では、第２導電層１７３はＰｔ（白金）とし、いずれもその厚さは５００Åとした。

さらに、被覆層１７４については、実施例１〜７および比較例１〜３において、それぞれ複数の金属の積層構成とした。ここで、実施例１では、第２導電層１７３上に積層される第１層として厚さ１００ÅのＮｉ（ニッケル）を、第１層上に積層される第２層として厚さ１０００ÅのＰｔ（白金）を、第２層上に積層される第３層として厚さ３０００ÅのＡｕ（金）を、それぞれ用いた。また、実施例２では、第１層として厚さ２００ÅのＴａ（タンタル）を、第２層として厚さ１０００ÅのＰｔ（白金）を、第３層として厚さ３０００ÅのＡｕ（金）を、それぞれ用いた。さらに、実施例３では、第１層として厚さ２００ÅのＴａ（タンタル）を、第２層として厚さ１０００ÅのＷ（タングステン）を、第３層として厚さ３０００ÅのＡｕ（金）を、それぞれ用いた。さらにまた、実施例４では、第１層として厚さ２００ÅのＮｉＴｉ（ニッケル・チタン）を、第２層として厚さ１０００ÅのＷ（タングステン）を、第３層として厚さ３０００ÅのＡｕ（金）を、それぞれ用いた。実施例５では、第１層として厚さ１００ÅのＴｉ（チタン）を、第１層上に積層される第２層として厚さ１０００ÅのＰｔ（白金）を、第２層上に積層される第３層として厚さ４０００ÅのＡｕ（金）を、それぞれ用いた。実施例６では、第１層として厚さ１００ÅのＴａＮ（窒化タンタル）を、第２層として厚さ１０００ÅのＰｔ（白金）を、第３層として厚さ５０００ÅのＡｕ（金）をそれぞれ用いた。実施例７では、第１層として厚さ１００ÅのＮｉ（ニッケル）を、第２層として厚さ１０００ÅのＰｔ（白金）を、第３層として厚さ３０００ÅのＡｕ（金）をそれぞれ用いた。
一方、比較例１〜３では、第１層として厚さ１０００ÅのＰｔ（白金）を、第２層として厚さ３０００ÅのＡｕ（金）を、それぞれ用いた。

次に、各実施例および各比較例の半導体発光素子１の評価手法および評価結果について説明する。
各実施例および各比較例に示した電極構造をそれぞれ有する半導体発光素子１（ドミナント波長は４６０ｎｍの発光素子構造）を準備し、常温（２０℃）、並びにＮ₂雰囲気下であって２００℃、３００℃および４００℃のそれぞれの温度において、１０分間保持した後、各半導体発光素子１の順方向電圧（Ｖｆ）の測定と発光出力（Ｐｏ）の測定とを行った。

まず、前者については、各半導体発光素子１に対し、プローブ針による通電を行って電流印加値２０ｍＡ（順方向）における順方向電圧の大きさを測定した。また、後者については、各半導体発光素子１をＴＯ−１８ＣＡＮパッケージに実装した状態で、テスターによって電流印加値２０ｍＡ（順方向）における発光出力を計測した。これらの評価結果は、上述した表１に示されている。

まず、実施例１〜７では、常温から４００℃の温度範囲において、順方向電圧Ｖｆの上昇も発光出力Ｐｏの低下もみられなかった。

これに対し、比較例１では、常温から３００℃の温度範囲においては順方向電圧Ｖｆの上昇も発光出力Ｐｏの低下もみられなかったが、４００℃において発光出力Ｐｏの低下がみられた。比較例１の構成では、第２導電層１７３にＮｉを使用していることから、第２導電層１７３と接する反射層１７２に存在するＡｇのマイグレーションが生じ、反射層１７２の反射率が低下したことが原因ではないかと考えられる。ただし、比較例１では、４００℃においても順方向電圧Ｖｆの上昇は起こらなかった。なお、順方向電圧Ｖｆの上昇が起こらなかったのは、第１導電層１７１としてＩＺＯを用いたため、加熱が行われた場合であっても、第１導電層１７１と反射層１７２との間で良好なオーミックコンタクトが維持されることに起因するものと考えられる。

また、比較例２では、常温から２００℃の範囲においては順方向電圧Ｖｆの上昇も発光出力Ｐｏの低下もみられなかったが、３００℃以上で発光出力Ｐｏの低下がみられた。比較例２の構成では、第２導電層１７３にＰｔを使用していることから、比較例１のようにＮｉを用いた場合よりも、より低温側でのＡｇのマイグレーションの発生が顕著になったものと考えられる。ただし、比較例２では、３００℃〜４００℃の範囲においても順方向電圧Ｖｆの上昇は起こらなかった。なお、順方向電圧Ｖｆの上昇が起こらなかったのは、比較例１と同様、第１導電層１７１としてＩＺＯを用いたため、加熱が行われた場合であっても、ｐ型半導体層１６０と第１導電層１７１との間でのオーミックコンタクトが良好に維持されることに起因するものと考えられる。

さらに、比較例３では、３００℃以上で発光出力Ｐｏの低下および順方向電圧Ｖｆの上昇がみられた。また、比較例３における発光出力Ｐｏの低下および順方向電圧Ｖｆの上昇の度合いは、上記比較例１、２よりも顕著であった。ここで、発光出力Ｐｏの低下については、比較例３の構成では、第１導電層１７１および第２導電層１７３の両者にＰｔを用いているため、温度上昇に伴うＡｇのマイグレーションがより生じやすくなっていることに起因するものと考えられる。また、順方向電圧Ｖｆの上昇については、比較例３の構成では、第１導電層１７１としてＰｔを用いたため、加熱が行われることに伴ってｐ型半導体層１６０と第１導電層１７１とのオーミックコンタクトが取りにくくなってしまうことに起因するものと考えられる。

１…半導体発光素子、１０…配線基板、１１…正電極、１２…負電極、２０…はんだ、１００…積層半導体層、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４０ａ…ｎコンタクト層、１４０ｂ…ｎクラッド層、１５０…発光層、１５０ａ…障壁層、１５０ｂ…井戸層、１６０…ｐ型半導体層、１６０ａ…ｐクラッド層、１６０ｂ…ｐコンタクト層、１７０…第１の電極、１７１…第１導電層、１７２…反射層、１７３…第２導電層、１７４…被覆層、１８０…第２の電極、１９０…保護層

Claims (7)

1. 基板と、
   通電により発光する発光層を含んで前記基板に積層され、当該発光層から出射される光を、前記基板を介して外部に出力するＩＩＩ族窒化物半導体層と、
   前記発光層から出射される光に対する光透過性および導電性を有する金属酸化物で構成され、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の前記基板とは逆側に積層される透明導電層と、
   銀または銀を含む合金で構成され、前記発光層から前記透明導電層を介して入射する光を反射する金属層と、
   導電性を有する金属酸化物で構成され、前記金属層に積層されて外部との電気的な接続に用いられる導電層と、
   導電性を有する金属で構成され、積層される前記透明導電層と前記金属層と前記導電層とを、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層に対し覆うように設けられる被覆層と
   を有する半導体発光素子。
2. 前記透明導電層が前記金属酸化物としてインジウム酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記透明導電層が前記金属酸化物としてさらに亜鉛酸化物を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
4. 前記基板がサファイア単結晶で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体発光素子。
5. 前記導電層が前記ＩＩＩ族窒化物半導体層と非接触に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体発光素子。
6. 前記金属層と前記被覆層とが非接触に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体発光素子。
7. 前記透明導電層、前記金属層および前記導電層のいずれか一層は、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の面に沿って形成される上面と当該上面の周縁部から当該ＩＩＩ族窒化物半導体層に向かって傾斜する傾斜面とを備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の半導体発光素子。

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