JP6229406B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子とその製造方法に関し、特にフリップチップによる実装に適した半導体発光素子とその製造方法に関する。

半導体発光素子をフリップチップ実装する一形態として、半導体発光素子の基板側を光出射面とするような実装の態様が知られている。そのように実装された半導体発光素子では、発光の取出し効率を高めるために、半導体積層体側に反射膜を設けて、実装基板方向に向かった発光を反射することが知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１に開示された半導体発光素子では、ｐ型半導体層の上に、第１膜（Ａｇ膜）と、第１膜の周縁に第２膜（Ａｌ膜）とが設けられている。第１膜は、反射膜として機能すると共に、ｐ電極のオーミック金属層としても機能する。第２膜は、反射膜として機能すると共に、ｐ電極の電流狭窄層としても機能する。これにより、反射領域は、第１膜と第２膜が形成された領域全体と広くしつつ、電流注入領域は、第１膜の形成された領域のみに制限することができる。
また、Ａｇ等からなる第１膜のすぐ隣に第２膜を形成することで、第１膜は誘電体膜と接触しなくなり、誘電体膜に含まれるイオン不純物や水分に晒されにくくなるため、銀のマイグレーションを抑えることができるとされている。

また、第２膜で覆われていない第１膜の領域を覆う第３膜（Ｐｔ／Ａｕ膜）を設けることができる。第３膜は、第１膜の大気中への暴露を防ぎ、第１膜の劣化を防止することができる。第３膜は、第１膜や第２膜に比べて厚膜に形成されており、第３膜の上面は第２膜の上面より上に位置している。

また、ｐ型半導体層の下側（基板側）に形成されたｎ型半導体層に対して、ｐ型半導体層側から通電するために、ｐ型半導体層と活性層と部分的に除去してｎ型半導体層を露出させた開口が設けられている。開口の底面から露出したｎ型半導体層の上には、ｎ電極が形成される。

特開２０１０−５６３２４号公報

第１膜に利用されるＡｇはマイグレーションを起こしやすいため、第２膜だけでは十分にマイグレーションを抑制することができない。マイグレーションによる半導体発光素子の不良発生を抑制するためには、第３膜を設けて、第１膜を完全に覆うのが望ましいと考えられる。

半導体発光素子をフリップチップ実装する場合、半導体発光素子の電極と外部電極とを金属バンプで接続する。金属バンプを半導体発光素子の電極上に、例えばメッキ法によって予め形成しておく場合、ｐバンプは第３膜の上に、ｎバンプは開口底面に設けたｎ電極上に、それぞれ同じ高さで形成される。
第３膜は第１膜や第２膜より厚いので、第３膜の上に形成されるｐバンプの頂点位置も、その分だけ高くなる。それに対してｎバンプの頂点位置は、開口の深さ分だけ低くなる。よって、ｐバンプの頂点位置とｎバンプの頂点位置との間の高さの差（基板下面に対して垂直方向における位置の差）が大きくなり、実装基板の実装面にフリップチップ実装する際に、半導体発光素子が実装面に対して平行（正確には、半導体発光素子の基板下面側が、実装基板の実装面と平行）にならず、傾いた状態で実装されるおそれがある。

半導体発光素子の傾きを解消するために、フリップチップ実装前にｐバンプの厚さを減らすような加工（例えば、サーフェスプレーナにより、ｐバンプを切削する）をすることができる。しかしながら、そのような加工を行うと、製造コストが大幅に増加してしまう。

半導体発光素子の傾きを解消する別の方法としては、リフローによりバンプを溶融させた後に、半導体発光素子が実装基板の実装面に対して平行になるように、半導体発光素子を押さえつけることもできる。実装面と平行に押さえつけることにより、ｎバンプは小さく変形し、ｐバンプは大きく変形する。ｐバンプは、大きく変形する際に横方向（実装面と平行な方向）にはみ出すため、ｎバンプやｎ電極に接触する等が起きて、短絡を生じるおそれがある。

そこで、本発明は、電極材料のマイグレーションを抑制する必要がある半導体素子において、同じ厚さのｎバンプとｐバンプを用いても、ｎバンプの頂点位置とｐバンプの頂点位置との高さの差を抑えることのできる半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体発光素子は、
下から順に積層した第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層と前記活性層とを貫いて前記第１導電型半導体層を露出させるための第１の開口と、
前記第１の開口の内部に設けられ、前記第１の開口から露出した前記第１導電型半導体層と電気的に接続しており、第１パッドを含む第１電極と、
前記第２導電型半導体層の上面に設けられ且つ前記第２導電型半導体層とオーミック接触するオーミック金属層と、少なくとも前記オーミック金属層の外縁部を覆い且つ第２の開口を有する保護金属層と、前記第２の開口から露出した前記オーミック金属層の露出面を覆う第２パッドと、を含み、前記第２導電型半導体層と電気的に接続している第２電極と、を有する半導体素子であって、
前記第２パッドの厚さが前記保護金属層の厚さより薄く、前記第２パッドの上面が前記保護金属層の上面より下にあり、
前記第１パッド上に設けられた第１バンプと、その第１のバンプとほぼ同じ厚さを有し第２パッド上に設けられた第２バンプと、
を有することを特徴とする。

また、本発明に係る半導体発光素子を製造するための方法は、
下から順に、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層を積層する工程と、
前記半導体積層体の前記第２導電型半導体層及び前記活性層を部分的に除去して、前記第１導電型半導体層を露出させる第１の開口を形成する工程と、
前記第１の開口内に、前記第１の開口から露出した前記第１導電型半導体層と電気的に接続し且つ第１パッドを含む第１電極を形成する工程と、
前記第２導電型半導体層と電気的に接続している第２電極を形成する工程であって、
前記第２導電型半導体層の上面にオーミック金属層を形成する過程と、
前記オーミック金属層を覆う保護金属層を形成する過程と、
前記保護金属層に第２の開口を形成する過程と、
前記第２の開口から露出した前記オーミック金属層の露出面を覆う第２パッドを、前記第２パッドの上面が前記保護金属層の上面より下になるように形成する過程と、を含む第２電極形成工程と、
前記第１パッド上の第１バンプと、前記第２パッド上の第２バンプとを形成するバンプ形成工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第２パッドの上面を、前記保護金属層の上面より下にすることにより、第２パッドの上面に形成されるｐバンプの頂点位置が高くなり過ぎるのを抑えることができる。これにより、第２パッドの上面に形成される第２バンプの頂点位置と、第１パッドの上面に形成される第１バンプの頂点位置の高さの差を抑えることができる。

図１は、実施の形態１に係る半導体発光素子の上面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ’線における半導体発光素子の断面図である。 図３は、実施の形態１に係る半導体発光素子の断面の一部を拡大した概略断面図である。 図４Ａ〜図４Ｉは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。 図５は、比較例に係る半導体発光素子の概略断面図である。

半導体発光素子において、電極材料のマイグレーションは、半導体発光素子内での短絡の原因となり得る。よって、半導体発光素子の故障を回避するためには、マイグレーションの防止は重要な課題である。これまでも、例えばＡｌ等の金属材料から成る保護金属層によってマイグレーションを抑制する試みがされており、マイグレーション抑制効果を十分に発揮するためには、十分な厚さの保護金属膜によってマイグレーションを起こしやすい電極材料全体を被覆することが必要とされてきた。
本願発明では、オーミック金属層の端部（外縁部）が最もマイグレーションしやすい傾向にあり、それ以外の領域はマイグレーション危険性が比較的少ないため、オーミック金属層の外縁部を厚膜の保護金属膜で被覆できていれば、それ以外の領域は比較的薄い金属膜で覆うだけで、マイグレーションを十分に抑制できることを見いだし、本発明に至ったものである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。

＜実施の形態１＞
図１〜図２に示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子１０は、透光性の基板１１と、基板１１の上面１１ａに設けられた半導体積層体１２と、半導体積層体１２に通電するための電極２０、３０と、電極上に設けられたバンプ４０、５０を含んでいる。

半導体積層体１２は複数の半導体層から構成されており、基板１１側から、第１導電型半導体層（ｎ型半導体層）１３、活性層１４及び第２導電型半導体層（ｐ型半導体層）１５をこの順に有している。半導体積層体１２には、ｐ型半導体層１５と活性層１４とを貫通してｎ型半導体層１３に達する第１の開口１６が設けられている。第１の開口１６からはｎ型半導体層１３の一部（ｎ型半導体層１３の露出面１３ｅ）が露出している。

開口１６の内部には第１電極（ｎ電極）２０が設けられており、第１の開口１６から露出したｎ型半導体層１３と電気的に接続している。ｎ電極２０は第１パッド（ｎパッド）２３を含んでいる。なお、本実施の形態では、ｎ電極２０はｎパッド２３のみから形成されているが、これに限定されず、例えばｎ型半導体層１３とｎパッド２３との間に別の導電材料層を設けることもでき、ｎパッド２３の上にさらに別の導電材料層を設けることもできる。
ｎパッド２３の上には、ｎ電極２０と電気的に接続している第１バンプ（ｎバンプ）４０が設けられている。

ｐ型半導体層１５の上面１５ａには、ｐ型半導体層１５と電気的に接続している第２電極（ｐ電極）３０が設けられている。図３に詳細に示すように、ｐ電極３０は、少なくとも、オーミック金属層３１と、保護金属層３２と、第２パッド（ｐパッド）３３とを含んでいる。
オーミック金属層３１は、ｐ型半導体層１５の上面１５ａに直接設けられており、ｐ型半導体層１５とオーミック接触している。オーミック金属層３１は、ｐ型半導体層１５とオーミック接触する金属材料から形成されており、例えばＡｇから形成することができる。

保護金属層３２は、オーミック金属層３１を覆うことによってオーミック金属層３１を外部環境から保護し、またオーミック金属層３１のマイグレーションを抑制する機能を有する。そのため、保護金属層３２は、オーミック金属層３１に使用される金属材料よりも、マイグレーションを生じにくい金属材料から形成される。例えば、オーミック金属層３１をＡｇから形成する場合、保護金属層３２は、Ａｌから形成することができる。

本発明では、保護金属層３２には第２の開口３２１が形成されている。この第２の開口３２１は保護金属層３２を完全に貫通しているので、開口３２１からはオーミック金属層３１が露出している。そのため、オーミック金属層３１のマイグレーションは、保護金属層３２だけでは十分に抑制できない。そこで、開口３２１から露出しているオーミック金属層３１の露出面３１ｅをｐパッド３３で覆うことにより、オーミック金属層３１のマイグレーションを効果的に抑制している。なお、オーミック金属層３１からのマイグレーション防止の効果を考慮すると、露出面３１ｅの面積のうち、ｐパッド３３で覆われている割合が高いほうが好ましい。例えば、露出面３１ｅの５０％以上がｐパッド３３で覆われているのが好ましく、より好ましくは、露出面３１ｅの７０％以上、特に好ましくは９０％以上、最も好ましくは１００％がｐパッド３３で覆われている。

第２の開口３２１は、オーミック金属層３１の外縁部３１ａが第２の開口３２１から露出しないような位置に形成されている。つまり、オーミック金属層３１の外縁部３１ａの全てが、保護金属層３２によって覆われている。
ｐパッド）３３は、オーミック金属層３１に使用される金属材料よりも、マイグレーションを生じにくい金属材料から形成される。

ここで、オーミック金属層３１のマイグレーションについて検討すると、外縁部３１ａからのマイグレーションが最も起こりやすい。よって、少なくともオーミック金属層３１の外縁部３１ａは十分に厚膜にした保護金属層３２で覆って、マイグレーションを抑制するのが望ましい。
一方、オーミック金属層３１の露出面３１ｅは、外縁部３１ａを除いて設けられているので（つまり、保護金属層３２の第２の開口３２１は、外縁部３１ａが露出しないように位置決めされているので）、露出面３１ｅからのマイグレーションは、外縁部３１ａに比べると起こりにくいといえる。但し、露出したままであれば、短絡等の問題を引き起こし得る程度にはマイグレーションを生じるので、露出面３１ｅを覆ってマイグレーションを抑制する必要はある。

そこで、本発明では、露出面３１ｅを、ｐパッド３３で覆うことにより、露出面３１ｅからのマイグレーションを抑制している。なお、上述したように、露出面３１ｅからのマイグレーションは比較的起こりにくいので、保護金属層３２のような厚い金属膜で覆う必要はなく、薄いｐパッド３３で覆うことで、十分にマイグレーションを抑制することができる。
このように、マイグレーション抑制効果を損なうことなしに、ｐパッド３３の厚さ３０ｔを、保護金属層３２の厚さ３２ｔより薄くすることができる。よって、ｐパッド３３の上面３３ａは、保護金属層３２の上面３２ａよりも下に位置している。

図３に詳細に示すように、基板１１の下面と直交する方向を「ｚ方向」とすると、オーミック金属層３１の露出面３１ｅの上側において、ｐパッド３３のｚ方向の寸法（厚さ３３ｔ）は保護金属層３２のｚ方向の寸法（厚さ３２ｔ）よりもΔＴ_１だけ薄い。これにより、ｐパッド３３の上面３３ａは、保護金属層３２の上面３２ａよりもΔＴ_１だけ下に位置させることができる。

ｐパッド３３の上面３３ａには、ｐ電極３０と電気的に接続している第２バンプ（ｐバンプ）５０が設けられる。ｐパッド３３の上面３３ａが保護金属層３２の上面３２ａよりもΔＴ_１だけ下に位置するので、保護金属層３２の上面３２ａからｐバンプ５０の頂点までの距離は（ｐバンプ５０の厚さ５０ｔ−ΔＨ_１）となる。

もし、本発明のような保護金属層３２の開口３２１を形成しなかった場合には、図５に示す半導体発光素子１００のように、オーミック金属層３１０の上面１５０ａ全てを保護金属層３２０で覆うことになる。ｐパッド３３０は、保護金属層３２の上面３２ａに形成されるので、ｐパッド３３０の上面３３０ａは、保護金属層３２０の上面３２０ａよりも、ｐパッド３３０の厚さΔＨ_２だけ上側に位置することになる。そのため、保護金属層３２０の上面３２０ａからｐバンプ５００の頂点までの高さは、（ｐバンプ５００の厚さ５００ｔ＋ΔＨ_２）となる。

本実施の形態の半導体発光素子１０と比較例の半導体発光素子１００とにおいて、保護金属層の上面からｐバンプの頂点までの距離を比べると、｛（ｐバンプ５００の厚さ５００ｔ＋ΔＨ_２）−（ｐバンプ５０の厚さ５０ｔ−ΔＨ_１）だけ、本実施の形態の半導体発光素子１０のほうが距離は短い。ここで、ｐバンプ５０、５００の厚さが等しければ、本実施の形態の半導体発光素子１０のほうが、保護金属層の上面からｐバンプの頂点までの距離が（ΔＨ_１＋ΔＨ_２）だけ短い。

つまり、本実施の形態の半導体発光素子１０は、ｐバンプ５０の頂点位置を低く抑えることができるので、ｐバンプ５０の頂点位置とｎバンプ４０の頂点位置との間の高さの差（ｚ方向における位置の差）を小さくできる。よって、半導体発光素子１０をフリップチップ実装する際に、半導体発光素子１０の基板１１の下面が実装面に対してできるだけ平行になるように、半導体発光素子１０を実装することができる。

また、図５に示すような半導体発光素子１００の場合に、リフローによりバンプ４０、５０を溶融させた後に、半導体発光素子１００が実装基板の実装面に対して平行になるまで半導体発光素子１００を押さえるためには、大きな荷重をかけて、ｐバンプ５００を大きく変形させる必要がある。ｐバンプ５００を大きく変形させるとｙ方向にはみ出して、ｎバンプ４００や、実装基板のｎ側外部電極（図示せず）に接触して、短絡を生じるおそれがある。

これに対して、図３に示すような本実施の形態に係る半導体発光素子１０では、ｐバンプ５０の頂点位置とｎバンプ４０の頂点位置との間の高さの差（ｚ方向における位置の差）が比較的小さいので、半導体発光素子１０が実装基板の実装面に対して平行になるまで半導体発光素子１０を押さえ場合にも、小さな荷重をかけるだけでよく、またｐバンプ５０の変形量も小さくてよい。よって、ｐバンプ５０の変形による短絡を起こりにくくすることができる。

このように、本発明によれば、ｎバンプ４０の頂点位置とｐバンプ５０の頂点位置との間の高さの差を抑制することができるので、同じ厚さのｎバンプ４０とｐバンプ５０とを備えることができる。よって、ｎバンプ４０とｐバンプ５０とを同時に形成することができ、且つその後にｐバンプ５０だけを加工する必要がない。これにより、バンプ形成にかかるコストを抑制することができる。

図３に示すように、ｐ電極３０は、保護金属層３２に設けた開口３２１の内側面３２１ｃを覆い、且つｐパッド３３と接触している内側面被覆層３４をさらに含むことができる。例えば、保護金属層３２に使用される金属材料は、オーミック金属層３１よりマイグレーションしにくいという物性の他に、光に対する反射率が高いものが望ましい。そのような物性を満たすような金属材料（例えばＡｌ）は、オーミック金属層３１に好適なＡｇに比べるとマイグレーションを起こしにくいものの、僅かながらマイグレーションを起こすおそれがある。

そこで、保護金属層３２に使用される材料（例えばＡｌ）よりも、さらにマイグレーションを起こしにくい金属材料から成る内側面被覆層３４によって、保護金属層３２が露出する開口３２１の内側面３２１ｃを覆うのが好ましい。内側面被覆層３４をｐパッド３３と接触させることにより、開口３２１の内側面３２１ｃを完全に覆うことができる。
なお、ｐパッド３３と内側面被覆層３４とは、他の金属層のマイグレーションを抑制するという同様の機能を有するため、ｐパッド３３と内側面被覆層３４とを同じ材料から形成してもよい。その場合には、ｐパッド３３と内側面被覆層３４とを同時に形成できる利点がある。
なお、ｐパッド３３と内側面被覆層３４と異なる材料から形成してもよく、その場合には、まず、オーミック金属層３１の露出部３１ｅを覆うｐパッド３３を形成し、次いで、開口３２１の内側面３２１ｃから露出した保護金属層３２を覆う内側面被覆層３４を形成する。

ところで、活性層１４で発光した光は、ｎ型半導体層１３を通って基板１１側から取り出す形態では、ｐ型半導体層１５の方向に進んだ発光を基板１１側に反射することにより、半導体発光素子１０の光取出し効率を向上させることができる。そこで、オーミック金属層３１は、ｐ型半導体層１５の方向に進んだ発光を効率よく反射できるように、光の反射率の高い金属材料から形成するのが好ましい。例えば、Ａｇは発光に対する反射率が高いので、オーミック金属層３１を形成する材料として好適である。
また、オーミック金属層３１に好適なＡｇは、酸化等による変色が原因で反射率が低下することがあるが、本発明では、保護金属層３２とｐパッド３３とによりオーミック金属層３１を外気から遮断できるので、Ａｇから成るオーミック金属層３１であっても、酸化等による変色を効果的の抑制することができる。

また、図３から分かるように、保護金属層３２のうち、オーミック金属層３１の周囲に形成された部分は、ｐ型半導体層１５に接触している。よって、ｐ型半導体層１５の方向に進んで保護金属層３２に到達した発光を効率よく反射できるように、光の反射率の高い金属材料から形成するのが好ましい。例えば、Ａｌは、Ａｇに比べると光の反射率が劣るものの、他の金属材料（例えばＡｕ、Ｃｕ等）に比べると十分に高い反射率を有しているので好ましい。

なお、ｐパッド３３は、オーミック金属層３１の上面の一部を覆うように形成されているので、ｐパッド３３には発光が到達しない。よって、ｐパッド３３は、光の反射率の低い材料を用いても、光取出し効率を低下させるおそれがない。

本実施の形態で詳述した半導体発光素子１０では、保護金属層３２に形成された第２の開口３２１は保護金属層３２を完全に貫通している。しかしながら、完全に貫通した第２の開口３２１の代わりに、保護金属層３２に、十分な深さを有する凹みを設けることもできる。ｐバンプ５０の頂点位置とｎバンプ４０の頂点位置との間の高さの差を小さくする観点から、凹みの深さがｐパッド３３の厚さ３３ｔより大きくする必要がある。
凹みの底面における保護金属層３２の厚さを十分に薄くすることにより、ｐバンプ５０の頂点位置とｎバンプ４０の頂点位置との間の高さの差を十分に抑制することができる。凹みの底面に残される保護金属層３２は、オーミック金属層３１のマイグレーションを抑制する効果があり、特に、その厚さが２μｍ以上であると、マイグレーション抑制効果が高まるので好ましい。

本実施の形態の半導体発光素子１０を形成するためには、本質的には以下の工程(i)〜(v)を含んでいる。
工程(i)下から順に、ｎ型半導体層１３、活性層１４及びｐ型半導体層１５を積層して、半導体積層体１２を形成する工程
工程(ii)半導体積層体１２のｐ型半導体層１５及び活性層１４を部分的に除去して、ｎ型半導体層１３を露出させるための開口１６を形成する工程
工程(iii) 開口１６内に、開口１６から露出したｎ型半導体層１３と電気的に接続し且つｎパッド２３を含むｎ電極２０を形成する工程
工程(iv)ｐ型半導体層１５と電気的に接続しているｐ電極３０を形成する工程
工程(v)ｎパッド２３上にｎバンプ４０を、ｐ電極３０に含まれるｐパッド３３上にｐバンプ５０を形成するバンプ形成工程

上述の工程(iv)「ｐ電極３０を形成する工程」は、以下の過程(vi)-1〜(vi)-4を含んでいる。
過程(vi)-1 ｐ型半導体層１５の上面１５ａにオーミック金属層３１を形成する過程
過程(vi)-2 オーミック金属層３１を覆う保護金属層３２を形成する過程
過程(vi)-3 保護金属層３２に開口３２１を形成する過程
過程(vi)-4 開口３２１から露出したオーミック金属層３１の露出面３１ｅの全面を覆うｐパッド３３を、ｐパッド３３の上面３３ａが保護金属層３２の上面３２ａより下になるように形成する過程

さらに、工程(iv)「ｐ電極３０を形成する工程」は、
過程(vi)-5 開口３２１の内側面３２１ｃを覆い且つｐパッド３３と接触している内側面被覆層３４を形成する過程
をさらに含むことができる。なお、過程(vi)-5は、過程(vi)-4とを同時に行うことができる。

上述の各工程及び各過程は、別々に順次行うこともできるが、いくつかの工程及び/又は過程を同時に行うこともできる。実際の製造ラインにおいては、実際の工程数を減少するために、上述した工程のいくつかは、同時に行うような手順が採用され得る。例えば、工程(iii)における「ｎパッド２３」の形成と、工程(vi)の過程(vi)-4における「ｐパッド３３」の形成とは、同時に行うことができるだろう。
以下に、半導体発光素子１０の製造における具体的な手順を、図４Ａ〜図４Ｉを参照しながら説明する。

＜１．半導体積層体１２の形成：工程(i)＞
基板１１の上面１１ａの全体に、ｎ型半導体層１３を形成する（図４Ａ）。そして、ｎ型半導体層１３の上面全体に、半導体材料から成る活性層１４を形成し、さらに活性層１４の上面全体にｐ型半導体層１５を積層する。このように、半導体材料層を積層して、半導体積層体１２を形成する。

＜２．第１の開口１６の形成：工程(ii)＞
半導体積層体１２の上面（つまり、ｐ型半導体層１５の上面１５ａ）側から、半導体積層体１２の一部を除去して、１つ以上の開口１６を形成する（図２、図４Ａ）。図２の断面図には、３つの開口１６が図示されている。
この開口１６は、ｐ型半導体層１５と活性層１４とを部分的に除去して形成される。言い換えると、開口１６は、半導体積層体１２の上面（つまり、ｐ型半導体層１５の上面１５ａ）から、ｐ型半導体層１５と活性層１４とを貫通するように形成されている。これにより、開口１６の形成範囲においては、ｎ型半導体層１３より上側に形成された半導体層（ｐ型半導体層１５と活性層１４）が除去されるので、開口１６からｎ型半導体層１３の露出面１３ｅが露出する。
なお、本実施の形態においては、開口１６は、ｐ型半導体層１５と活性層１４とを貫通し、さらにｎ型半導体層１３の厚さの一部を除去して形成されているため、ｎ型半導体層１３の厚さの途中まで達する有底穴となっている。

＜３．オーミック金属層３１及び保護金属層３２の形成：過程(vi)-1、過程(vi)-3＞
ｐ型半導体層１５の上面１５ａの一部に、金属材料から成るオーミック金属層３１を形成し、さらに、オーミック金属層３１を全て覆うように、金属材料から成る保護金属層３２を形成する（図４Ａ）。

＜４．絶縁膜１７の形成＞
半導体積層体１２及び保護金属層３２を外部から絶縁するために、半導体積層体１２の表面全体（開口１６の内側面と、開口１６から露出したｎ型半導体層１３の露出面１３ｅとを含む）と保護金属層３２の表面全体を、絶縁性材料から成る絶縁膜１７で被覆する（図４Ｂ）。

＜５．保護金属層３２の開口３２１の形成、絶縁膜１７の除去：過程(vi)-3＞
オーミック金属層３１を全て覆っている保護金属層３２に、オーミック金属層３１を露出させるための開口３２１を形成する。同時に、開口１６から露出したｎ型半導体層１３の露出面１３ｅを覆う絶縁膜１７に開口１７ｘを形成し、保護金属層３２覆う絶縁膜１７に開口１７ｙを形成する（図４Ｄ）。これらの開口は、エッチング等（ドライエッチング、ウェットエッチング）により、同時に形成することができる。なお、保護金属層３２の開口３２１と保護金属層３２上における絶縁膜１７の開口１７ｙとは、上面視において同一の寸法形状を有している。

まず、絶縁膜１７の上にエッチング用のマスク９１を形成する（図４Ｃ）。このマスク９１には、保護金属層３２の開口３２１及び（保護金属層３２上における）絶縁膜１７の開口１７ｙに対応する開口部９１ｙと、（開口１６から露出したｎ型半導体層１３の露出面１３ｅ上における）絶縁膜１７の開口１７ｘに対応する開口部９１ｘとを備えている。なお、開口部９１ｙの直下にはオーミック金属層３１の外縁部３１ａが位置しないように、開口部９１ｙは形成されている。

次いで、エッチング等を行うことにより、マスク９１の開口部９１ｘ、９１ｙに合わせて、絶縁膜１７と保護金属層３２とを部分的に除去することができる（図４Ｄ）。このように、絶縁膜１７に開口１７ｘを形成することにより、開口１６から露出したｎ型半導体層１３の露出面１３ｅを部分的に又は全て露出させることができる。そして、絶縁膜１７に開口１７ｙを形成し且つ保護金属層３２に開口３２１を形成することにより、オーミック金属層３１を部分的に露出させることができる。
なお、オーミック金属層３１の外縁部３１ａがマスク９１の開口部９１ｙの直下に位置しないように、マスク９１を設けているので、保護金属層３２のうちオーミック金属層３１の外縁部３１ａを覆っている部分は、エッチングされずに残る。

＜６．金属層６３の形成：工程(iii)、過程(vi)-4、過程(vi)-5＞
次に、ｎパッド２３及びｐパッド３３用の金属層６３（パッド用金属層６３）を形成する。スパッタリングにより、マスク９１の表面と、マスク９１の開口部９１ｘ、９１ｙから露出している面とを覆うパッド用金属層６３を形成する（図４Ｅ）。
ここで「マスク９１の開口部９１ｘから露出している面」とは、開口１６から露出したｎ型半導体層１３の露出面１３ｅである（図４Ｄ）。また、「マスク９１の開口部９１ｙから露出している面」とは、少なくとも、オーミック金属層３１の露出面３１ｅを少なくとも含み、絶縁膜１７の開口１７ｙの内側面と、保護金属層３２の開口３２１の内側面３２１ｃとを含むこともできる。

このように形成されたパッド用金属層６３は、開口１６から露出したｎ型半導体層と電気的に接続している。そのため、パッド用金属層６３の一部を分離することにより、「開口１６から露出したｎ型半導体層１３と電気的に接続したｎパッド２３」を形成することができる。また、パッド用金属層６３は、保護金属層３２の開口３２１から露出したオーミック金属層３１の露出面３１ｅの全面を覆っている。そのため、パッド用金属層６３の一部を分離することにより、「開口３２１から露出したオーミック金属層３１の露出面３１ｅの全面を覆っているｐパッド３３」を形成することもできる。

また、パッド用金属層６３の厚さ６３ｔ（ｐパッド３３の厚さ３３ｔに相当）は、保護金属層３２の厚さ３２ｔよりΔＨ_１だけ薄くされている。これにより、オーミック金属層３１直上におけるパッド用金属層６３の上面６３ａ（ｐパッド３３の上面３３ａに相当）を、保護金属層３２の上面３２ａよりΔＨ_１だけ下側に位置させることができる。

パッド用金属層６３は、さらに保護金属層３２の開口３２１の内側面３２１ｃを覆うことができる。これにより、パッド用金属層６３の分離後に、開口３２１の内側面３２１ｃを覆い且つｐパッド３３と接触している内側面被覆層３４を形成することができる。
なお、パッド用金属層６３を形成するときのスパッタリングの条件によっては、スパッタ方向と垂直な面には成膜されにくい。つまり、ｐ型半導体層１５の上面１５ａ側からスパッタリングを行う場合、上面１５ａと垂直な保護金属層３２の開口３２１の内側面３２１ｃには成膜されにくい。よって、内側面被覆層３４を備えた半導体発光素子１０を形成する場合には、保護金属層３２の開口３２１の内側面３２１ｃ上にもパッド用金属層６３が十分に成膜されるようにスパッタリングの条件を制御するのが好ましい。

＜７．ｎバンプ４０、ｐバンプ５０の形成：工程(v)＞
図４Ｆ〜図４Ｈに示す手順により、ｎバンプ４０とｐバンプ５０を同時に形成する。
まず、パッド用金属層６３の全面にフォトリソグラフィ用のレジスト層９２を形成する。その後、フォトリソグラフィにより、レジスト層９２に開口部９２ｘ、９２ｙを形成する（図４Ｆ）。開口部９２ｘは、開口１６から露出したｎ型半導体層１３の露出面１３ｅを覆っているパッド用金属層６３の部分（後に、ｎパッド２３となる部分）がレジスト層９２から露出するように設けられている。開口部９２ｙは、オーミック金属層３１の露出面３１ｅを覆っているパッド用金属層６３の部分（後に、ｐパッド３３となる部分）がレジスト層９２から露出するように設けられている。

次に、メッキ法（電解メッキ又は無電解メッキ）により、レジスト層９２の開口部９２ｘ、９２ｙの内部に金属製のバンプ４０、５０を形成する（図４Ｇ）。開口部９２ｘの中にはｎバンプ４０が形成されており、後にｎパッド２３となるパッド用金属層６３の部分の上に設けられている。開口部９２ｙの中にはｐバンプ５０が形成されており、後にｐパッド３３となるパッド用金属層６３の部分の上に設けられている。
ｎバンプ４０とｐバンプ５０とを、メッキ法による同じ工程で形成しているので、ｎバンプ４０の厚さ４０ｔと、ｐバンプ５０の厚さ５０ｔとはほぼ等しくなる。
その後、レジスト層９２を除去する（図４Ｈ）。

＜８．パッド用金属層６３の分離＞
エッチング用のマスク９１を、その表面を覆うパッド用金属層６３と共に除去することにより、パッド用金属層６３を、ｎパッド２３と、ｐパッド３３（及び内側面被覆層３４）とに分離する（図４Ｈ〜図４Ｉ）。詳細には、開口１６から露出したｎ型半導体層１３と接触していたパッド用金属層６３（破線ｘ−ｘで挟まれた範囲）は除去されずに残って、ｎパッド２３になる。また、オーミック金属層３１の露出面３１ｅと保護金属層３２の開口３２１の内側面３２１ｃとに接触していたパッド用金属層６３（破線ｙ−ｙで挟まれた範囲）も除去されずに残って、ｐパッド３３と内側面被覆層３４とになる。

図４Ａ〜図４Ｉを参照しながら説明した半導体発光素子１０の製造方法は一例であり、これに限定されない。
例えば、パッド２３、３３の形成において、まず連続したパッド用金属層６３を形成し（図４Ｅ）、後にｎパッド２３と、ｐパッド３３及び内側面被覆層３４とに分離しているが（図４Ｉ）、初めから分離したパッド用金属層６３とすることもできる。

以下に、実施の形態の各構成部材に適した材料を説明する。

（オーミック金属層３１）
オーミック金属層３１は、ｐ型半導体１５とオーミックコンタクトする金属材料から形成される。好適な材料としては、例えば、Ａｇ及びＡｇの合金がある。このＡｇの合金としては、例えば、Ａｇと、Ｐｔ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｇａ、Ｎｄ及びＲｅからなる群から選択される１種又は２種以上の金属との合金が挙げられる。なお、ＮｉのようなＡｇと合金化されにくい元素（つまり、銀との反応が抑制されやすい元素）と、Ａｇとの合金においては、Ａｇの層中にＮｉ原子を含んだ状態のものであってもよい。また、オーミック金属層３１を積層構造とすることもでき、ｐ型半導体１５側から、Ａｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｒｕの積層構造を有する金属層から形成することができる。

（保護金属層３２）
保護金属層３２は、オーミック金属層３１のマイグレーションを抑制するものであるので、オーミック金属層３１に使用される金属材料よりもマイグレーションを起こしにくい金属材料から形成される。また、保護金属層３２には、半導体積層体１２の活性層１４から発光される光が到達しうるので、発光に対する反射率の高い材料が特に好ましい。好適な材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ｔｉ、Ｒｈ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２またはこれら材料を含む積層構造等が挙げられる。

（ｎパッド２３、ｐパッド３３、内側面被覆層３４）
ｎパッド２３は、ｎ型半導体層１３と導通させるものであるので、ｎ型半導体層１３とオーミックコンタクトする金属材料から形成される。
ｐパッド３３は、保護金属層３２の開口３２１から露出したオーミック金属層３１のマイグレーションを抑制するものであるので、オーミック金属層３１に使用される金属材料よりもマイグレーションを起こしにくい金属材料から形成される。
内側面被覆層３４は、開口３２１の内側面３２１ｃから露出した保護金属層３２のマイグレーションを抑制するものであるので、保護金属層３２に使用される金属材料よりもマイグレーションを起こしにくい金属材料から形成される。
ｎパッド２３、ｐパッド３３及び内側面被覆層３４は、同時に形成することができるように、同じ材料から形成されているのが好ましい。ｎパッド２３、ｐパッド３３及び内側面被覆層３４は、例えば、半導体積層体１２側から、ＡｌＣｕＳｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造を有する金属層から形成することができる。

（ｎバンプ４０、ｐバンプ５０）
ｎバンプ４０、ｐバンプ５０は、リフローにより溶融して、半導体発光素子１０を実装基板に実装できる金属材料が使用される。好適な材料としては、例えば、Au、Au-Sn合金、Au-Ag合金、Sn-Cu系（Sn-Cu、Sn-Cu-Ni-Ge）、Sn-Ag系(Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Bi-In)、Sn-Bi系（Sn-Bi、Sn-Bi-Ag、Sn-Bi-Cu）、Sn-Pb等が使用できる。

（基板１１）
基板１１としては、活性層１４から発光される光に対して透明な材料が利用される。例えば、サファイア、スピネル等の絶縁性基板、ＧａＮ等の導電性基板を用いることができる。

（半導体積層体１２）
半導体積層体１２は、ｎ型半導体層１３、活性層１４及びｐ型半導体層１５を含んでいる。これらの半導体層は、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。また、ｎ型半導体層１３、活性層１４及びｐ型半導体層１５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、活性層１４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。

（絶縁膜１７）
絶縁膜１７は、絶縁膜からなるものであって、特に酸化膜からなるものが好ましい。好適な材料としては、例えば、二酸化ケイ素(SiO₂)やZr酸化膜(ZrO₂)等が挙げられる。

図３に示すような本発明に係る半導体発光素子１０におけるｎバンプ４０とｐバンプ５０の高さの差Ｈｄ_１と、図５に示すような比較例の半導体発光素子１００におけるｎバンプ４００とｐバンプ５００の高さの差Ｈｄ_２とを比較した。
各構成の厚さを表１に、高さの差を表２に示す。

この結果から分かるように、実施例１の半導体発光素子１０では、ｎバンプ４０とｐバンプ５０との高さの差Ｈｄ_１が１．６μｍであった。一方、比較例１の半導体発光素子１００では、ｎバンプ４００とｐバンプ５００との高さの差Ｈｄ_２が３．６μｍと、実施例１の２倍以上の高さの差を生じた。

１０ 半導体発光素子
１１ 基板
１２ 半導体積層体
１３ ｎ型半導体層（第１導電型半導体層）
１４ 活性層
１５ ｐ型半導体層（第２導電型半導体層）
２０ 第１電極（ｎ電極）
２３ 第１パッド（ｎパッド）
３０ 第２電極（ｐ電極）
３１ オーミック金属層
３１ａ 外縁部
３２ 保護金属層
３２１ 第２の開口
３３ 第２パッド（ｐパッド）
４０ 第１バンプ（ｎバンプ）
５０ 第２バンプ（ｐバンプ）

Claims (4)

1. 下から順に積層した第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層と、
   前記第２導電型半導体層と前記活性層とを貫いて前記第１導電型半導体層を露出させるための第１の開口と、
   前記第１の開口の内部に設けられ、前記第１の開口から露出した前記第１導電型半導体層と電気的に接続しており、第１パッドを含む第１電極と、
   前記第２導電型半導体層の上面に設けられ且つ前記第２導電型半導体層とオーミック接触するオーミック金属層と、少なくとも前記オーミック金属層の外縁部を覆い且つ第２の開口を有する保護金属層と、前記第２の開口から露出した前記オーミック金属層の露出面を覆う第２パッドと、を含み、前記第２導電型半導体層と電気的に接続している第２電極と、
   を有する半導体素子であって、
   前記第２電極は、前記第２の開口の内側面を覆い且つ前記第２パッドと接触している内側面被覆層をさらに含み、
   前記第２パッドの厚さが前記保護金属層の厚さより薄く、前記第２パッドの上面が前記保護金属層の上面より下にあり、
   前記第１パッド上に設けられた第１バンプと、前記第２パッド上に設けられた第２バンプと、をさらに有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第２電極は、前記第２パッドの上面と前記内側面被覆層の内面とにより構成された凹部を備えており、
   前記第２バンプは、前記凹部内で前記第２パッド上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 下から順に、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層を積層する工程と、
   前記半導体積層体の前記第２導電型半導体層及び前記活性層を部分的に除去して、前記第１導電型半導体層を露出させる第１の開口を形成する工程と、
   前記第１の開口内に、前記第１の開口から露出した前記第１導電型半導体層と電気的に接続し且つ第１パッドを含む第１電極を形成する工程と、
   前記第２導電型半導体層と電気的に接続している第２電極を形成する工程であって、
   前記第２導電型半導体層の上面にオーミック金属層を形成する過程と、
   前記オーミック金属層を覆う保護金属層を形成する過程と、
   前記保護金属層に第２の開口を形成する過程と、
   前記第２の開口から露出した前記オーミック金属層の露出面を覆う第２パッドを、前記第２パッドの上面が前記保護金属層の上面より下になるように形成する過程と、
   前記第２電極形成工程が、前記第第２の開口の内側面を覆い且つ前記第２パッドと接触している内側面被覆層を形成する過程と、を含む第２電極形成工程と、
   前記第１パッド上の第１バンプと、前記第２パッド上の第２バンプとを形成するバンプ形成工程と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
4. 前記第２パッド形成過程と内側面被覆層形成過程とを同時に行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法。

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