(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源の透光性接触部を形成する方法であって、
オプトエレクトロニクス素子の層の１つとしてｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）を少なくとも１層形成する工程と、
前記ｐ型ＧａＮ層の表面に透光性の第１の導電層を形成する為に金属を選択する工程と、を含み、前記金属を選択する工程は、Ｎｉ、ＩＩ族の金属及び遷移金属の中からの選択であり、
高い導電率を持つ材料を、選択された前記金属の第１の層上に形成する工程と、
選択された前記金属の第２の層を前記高い導電率を持つ材料上に形成する工程と、
選択された前記金属の前記第２の層及び選択された前記金属の前記第１の層を酸化し、前記高い導電率を持つ材料が、前記選択された金属の酸化される層に溶け込んで行き、これにより酸素が選択された前記金属の前記第１の層にまで浸透し、前記高い導電率を持つ材料を拡散して前記ｐ型ＧａＮ層の表面へと到達せしめる為にアニール処理を実施する工程とを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記酸化される前記選択された金属の上にパターニングされたＡｕ層を少なくとも１層設ける工程を更に含み、
前記酸化される前記選択された金属は、ＮｉＯであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に発光ダイオードやレーザダイオードのようなオプトエレクトロニクス素子に関し、より具体的にはオプトエレクトロニクス素子の発光層に接触部を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードといったオプトエレクトロニクス素子は励起信号に反応して光を生じる固体素子である。従来から、最も効率的なＬＥＤとは、光スペクトルの赤色領域中にピーク波長を持つものであった。しかしながら、光スペクトルの青色領域中にピーク波長を持つ光を効率的に放出することが出来る窒化ガリウム（ＧａＮ）をベースにしたタイプのＬＥＤが開発された。このＬＥＤは従来のＬＥＤよりも著しく大きい光出力を提供することが出来る。加えて、青色光は赤色光よりも短い波長を持つ為、ＧａＮベースのＬＥＤが作る青色光は、より長い波長の光を作るために容易に変換することが出来る。この効率的な変換により、市場性の高い「白色光」ＬＥＤを製造出来る可能性が増した。ＧａＮベースのＬＥＤはまた、緑色光を生じるように製造することが出来る。
【０００３】
周知のＧａＮをベースとしたＬＥＤの一例においては、発光半導体構造がサファイア基板上に形成される。この半導体構造はｎ型ＧａＮ領域及びｐ型ＧａＮ領域を含む。これらの２つの領域はエピタキシャル成長させて形成される。代表的には有機金属気相エピタキシャル成長法が用いられる。ｐ型ＧａＮの形成にはマグネシウム（Ｍｇ）又は亜鉛（Ｚｎ）をドーパントとして使うことが出来る。他の層を含んでいても良い。例えばサファイア基板とＧａＮ材料との間の接着を促進する遷移層として、緩衝層をサファイア基板と半導体構造との間に形成することも出来る。緩衝層は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成することが出来る。
【０００４】
作動においては、励起信号がｐ型ＧａＮ領域及びｎ型ＧａＮ領域に印加されると、これに反応して光が生じる。従って、これら２つの領域上にはオーム接触が形成されていなければならない。問題は、許容し得る低抵抗のオーム接触をｐ型ＧａＮ材料に対して作ることが困難なところにある。ｐ型不純物を添加したＧａＮ領域に適用し得る接触部を形成する為に、数多くの異なる構造配列や製造方法が試験されて来た。この接触部は、発生した光がそこから出て行けるように透光性であることが望ましい。シバタによる特開平１０−１３５５１５号公報（特許文献１）及びキミムラ等による特開平第１０−２０９５００号公報（特許文献２）及び特開平１０−２０９４９３号公報（特許文献３）ではバイメタルの透光性接触部について記述されている。この３つの参考資料には他の材料についても記載されているものの、接触部形成の推奨される実施形態では、コバルト（Ｃｏ）と金（Ａｕ）、又はニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）のいずれかが利用されている。第１の金属（例えばＮｉ又はＣｏ）がｐ型ＧａＮ材料の表面上に成膜される。次に第２の金属（例えばＡｕ）が第１の金属上に成膜される。２つの金属は酸素を含有する雰囲気中で熱処理され、これにより第１の金属が酸化し、そして第２の金属が第１の金属中へと透過してＧａＮ材料に到達する。第１の金属がＮｉであった場合、この熱処理によりＮｉＯの一相が形成されるが、Ａｕは金属状態のままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１３５５１５号公報
【特許文献２】特開平第１０−２０９５００号公報
【特許文献３】特開平１０−２０９４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オプトエレクトロニクス素子のｐ型ＧａＮ層に使われる周知の透光性接触部は、光の透過率及び層表面に沿った横方向の導電性に関しては許容し得るパフォーマンスに達してはいるが、更なる改良が望まれている。必要とされているのはｐ型ＧａＮ層に応用した場合に望ましい光学及び電気特性を呈する透光性接触部を形成する方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層を持つ光源の透光性接触部を形成する方法を提供するものであり、この方法は一実施形態においては、選択した金属をｐ型ＧａＮの面上に成膜した後で初めて酸化するのではなく、それを酸化状態で添加する工程を含む。選択した条件下においては、酸化させた金属接触部は十分な横導電度（パラメータＶfにて測定）を提供し、従って従来必要とされた金（Ａｕ）のような第２の高い導電性を持つ金属を不要とするものである。第２の金属は完成した接触の光学的透明度に悪影響を与える傾向がある為、接触部の構造を単層に減じた酸化金属へと変えることは有効である。
【０００８】
第１の金属が酸化された状態でｐ型ＧａＮ表面へと導入されるこの第１の実施形態においては、この材料の酸化はｐ型ＧａＮ表面へと成膜する前に行っても、或いは成膜している間に行っても良い。しかしながら、推奨される方法によれば、金属は酸化環境下で表面へと反応的に蒸着又はスパッタリングされる。金属としてはニッケル（Ｎｉ）、或いはＩＩ族金属又は遷移金属が望ましい。第２の金属が必要な場合においては、貴金属を用いることが好ましく、中でも金（Ａｕ）が最も望ましい。例えば、Ｎｉを反応的に蒸着又はスパッタリングしてＮｉＯを形成してからＡｕを蒸着又はスパッタリングで成膜し、その後アニール処理を行う。このアニール処理によりＡｕが酸化金属を透過し、ｐ型ＧａＮ層の表面へと融着する。温度が十分に高ければ（最低５５０℃）、このアニール処理によりＧａＮ層のｐ型ドーピングが活性化される。この第１の実施形態における他の選択肢としては、第１の金属に第２の金属をドーピング、即ち溶解して所望の光学特性（例えば窓）及び電気特性（例えばオーム接触）を設けるようにしても良い。
例えば、Ａｕ又は銀（Ａｇ）をドーピングした、即ち溶解した酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を同時蒸着又は事前混合により第２の金属と共に成膜しても良い。本願においてＮｉＯやＭｇＯなどの酸化物は酸素のあらゆる相（例えばＮｉＯx）及び化学量論的偏差を表すものである。更に「層」という語は、所望の特性を得る為に協同して作用する層の系をも含むことを意図するものである。例えば、ｐ型ＧａＮ層は、ｐ型不純物を添加した一連のＧａＮ層である場合もある。
【０００９】
第１の金属をＮｉＯのような酸化物として成膜し、高い導電率を持つ第２の金属をその透明金属酸化物上に成膜する場合、第２の金属を透明の金属酸化物中へと拡散させる熱処理は通常、非反応性環境下で実施される（しかし酸素含有環境の方が有利な応用もある）。Ｎ2環境下で実施することも出来る。接触部の光透過率は接触材料中の金属種の累積量に反比例し、金属種の光透過率に正比例する。一方で横方向の導電率はこれに対立する。即ち、光透過率にとっては金属量を最少化することが望ましいが、横方向の導電率は金属量を多くすることにより改善されるのである。これら２つの問題を考慮するには、２つの金属、特に高い導電率を持つ金属（例えばＡｕ）の層厚の最適範囲を選択することである。第１の金属は１５０Åよりも薄くし、第２の金属は１００Åよりも薄くすることが望ましい。最適な層厚はアプリケーションにより異なる。例えば、駆動電流が２０ｍＡで作動する代表的な素子においては、Ａｕ層の厚さが５０Åであると、５００ｎｍの波長において８０％の透過率を持たせつつも３．０〜３．４Ｖの範囲のＶfが得られる。しかしながら、電力効率よりも所定のチップ面積に対する発光出力の最大化を重要視する素子においてはＶf範囲は４．０から４．８Ｖの範囲で良く、この場合はＡｕ層の厚さを５〜３０Åとすることが出来る。
【００１０】
第２の実施形態においては、２つの金属のうちの少なくとも一方がｐ型ＧａＮ層の表面に成膜された後に酸化が行われる。接触構造を形成する為の金属の選択は、基本的に第１の実施形態における材料選択と同様である。材料の一方は導電度の高いもの（例えばＡｕ）が選択され、もう一方はｐ型ＧａＮ層への結合性に関わる機械的特性や酸化後の光学特性によって選択される。Ｎｉは酸化させるには望ましい材料であるが、かわりにＭｇを利用してｐ型ＧａＮ層へのドーピングを強化しても良い。他のＩＩ族金属や遷移金属もＮｉのかわりに使用することが出来る。
【００１１】
第２の実施形態の一応用例においては、２つの金属が成膜されるが、その酸化は水蒸気及び酸素気体を含んだ環境下で行われる。酸素は室内空気よりも高い濃度の水蒸気と混合される（例えば２１℃において約４０％より高い相対湿度）。
酸化雰囲気は、例えば窒素中の酸素が２０％の電子グレードの混合気体に９５℃に保持された水溜を通して気体を送り込むことにより水蒸気が加えられたものでも良い。温度が充分に高ければ（５５０℃以上）、この処理によりｐ型不純物のドーピングも生じる。試験的実験の結果では、酸素及び水蒸気混合物は、水蒸気を含まない酸素の酸化雰囲気、又は窒素中に水蒸気は含むが酸素を含まない酸化雰囲気と比べると、より望ましい結果が得られることが示された。更に幾つかの点において、ｐ型ドーパントをこれらの方法で活性化することの優位性が得られる。第１には、異なる実施形態に記述した不純物の活性化工程及びアニール処理工程が単一の工程に統合されるという点である。工程の削減は処理時間の節減になり、発光構造体の更なる熱による劣化を回避することが出来、必要とされる器具の数も少なくすることが出来る。この結果、よりコスト効率の良い製造工程が実現される。第２には、金属酸化物の層がｐ型不純物の不活性化要因である余剰の水素を排除するように作用する。最後に、金属／金属酸化物系が、水素―ｐ型不純物化合物を分解する為にエネルギーバリアを低下するように作用し、これによりアニール処理中にｐ型不純物の活性化が促進される点であるが、これはＨ2Ｏ及びＯ2の混合物中で生じることが望ましい。
【００１２】
Ｎｉ／Ａｕ接触金属に隣接する層中のＭｇ濃度にも最適範囲が存在する。Ｎｉ／Ａｕ接触金属に隣接する層中のＭｇ濃度はＮｉ―ＮｉＯ変換反応に影響を及ぼす。５５０℃よりも高い温度の乾燥空気中に水蒸気を含ませた雰囲気中でのＮｉからＮｉＯへの変換反応は、隣接する層中のＭｇ濃度が２ｘ１０20ｃｍ−3より小さい場合に限って成功するのである。より高い濃度の場合、ＮｉはＮｉＯには変換されず、接触部も不透明なものとなる。Ｍｇ濃度には、オーム接触を得る上で最低の限界も存在する。Ｎｉ／Ａｕ接触部層に隣接してＭｇ濃度の低い層があり、５５０℃よりも高温で乾燥空気に水蒸気を含ませた雰囲気中で酸化した場合、Ｎｉは確かにＮｉＯへと変化はするが、オーム接触は得られない。オーム接触を得る為に必要なＭｇの最低濃度は５ｘ１０19ｃｍ−3である。従って、透明なオーム接触を得るには、隣接層中のＭｇ濃度は５ｘ１０19ｃｍ−3≦［Ｍｇ］≦２ｘ１０20ｃｍ−3の範囲になければならない。
【００１３】
第２の実施形態の他の応用例においては、形成される第１の層がＮｉ材料である。酸化アニール処理サイクルによってＮｉが厚さ全体を通じてＮｉＯへと変化する。金等の第２の材料は、酸化された第１の材料上に蒸着される。再アニール処理により第２の金属は酸化した材料中へと浸透し、そしてｐ型ＧａＮ層となるよう合金化される。
【００１４】
第１又は第２の実施形態のいずれかを利用して形成された接触構造の光学特性は、少なくとも第２の金属をパターニングすることにより助長される。即ち、接触構造を選択的にパターニングして導電性接触材料のブランケット層を通じた窓を設けた場合、この窓という手段によって光出力が増大する一方で接触材料の相互接続により充分な横方向の導電率が維持されるのである。この概念の一応用例においては、第１の金属を酸化した又は酸化していない状態で、第２の金属のみがパターニングされる。その後のアニール処理により第２の金属がｐ型ＧａＮ層表面へと到達する。かわりに第２の金属に熱処理を行う前又は後に、２つの金属をパターニングしても良い。また更に他の応用例においては、第２の金属を酸化した第１の材料中へと浸透させた後、オーム接触構造上に１つ以上の追加層が形成される。この例においては、複数の又は単一の追加層をパターニングすることが出来る。例えば、ＮｉＯ：Ａｕのブランケット層上、又はＮｉＯ：ＡｕとＩＴＯのブランケット層上にＡｇのパターニングした層を形成することが出来る。薄いＡｇ層（１００Å未満）は同じ厚さのＡｕ層よりも透明で導電率が高い為、Ａｇが望ましい。いずれの応用例においても、パターンは高い横方向の導電率を提供する、そして透過性を向上するものが選択される。
【００１５】
これまでに触れた実施形態において、金属層は１層又は２層に限られているかのように説明したが、他の接触構造を企図することも可能である。最初にＮｉＯ層をＧａＮ：Ｍｇ表面に形成した後、Ｎｉ及びＡｕ層を形成しても良い。最初の層は、酸化雰囲気中でＮｉから形成するＮｉＯの更なる形成を促進するシード層（種層）として作用する。シード層は更なる酸化物の確実な形成を助けるよう作用するものである。同様の方法で他の金属及び金属酸化物を形成することも可能であり、１つの金属酸化物の種層を違う金属酸化膜の形成を促進するように作用させることが出来る。
【００１６】
接触構造に２つ以上の層を設けるという概念を他の実用例に利用することも可能である。最初の２つの金属層上にＩＴＯ層を成膜する。ＩＴＯ層は、アニール処理工程により接触構造の他の層と混合するようにしても良いし（例えば接触層を構成する他の材料中へとＩＴＯを混ぜ込む）、或いはアニール処理後に成膜しても良い。ＩＴＯを加えると、横方向の導電率が改善される。ＩＴＯはまた、最初のＮｉＯ層の代わりに利用出来るとも考えられる。多層接触構造の他の選択肢として、Ｎｉ／Ａｕの繰り返しパターンの層等、同じ繰り返しのパターンで層を設けても良い。
【００１７】
Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉの多層スタックの試験を行った。酸化処理の間、Ｎｉの最上層は、Ｎｉの酸化をマスクするＡｕ材料無しで酸化を開始することを可能とする酸化初期層を形成する。ＮｉＯ形成が始まると、Ａｕ層はそこに溶け込んで行き、これにより酸素が更に下のＮｉ層にまで浸透する。酸化処理はＡｕがｐ型ＧａＮ層の表面へと拡散すると共に全てのＮｉ金属が消費、即ち透明酸化物へと変換されるまで続けられる。この方法によれば、酸化処理はより高い再現性と均一性を持つものとなる。この基本的概念は３層を超える層にも拡張して適用することが出来、これらの層は熱処理の間に相互作用し、より少数の層から形成される構造と比べて優れた光学及び／又は電気特性を持つ接触構造を形成する。Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉの３層スタック構造は約３５Åの一定の層厚を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ｐ型ＧａＮ層上に接触構造を含まないオプトエレクトロニクス素子の斜視図である。
【図２】図１の素子に本発明の一実施形態に基づく透明金属酸化物層で形成された接触構造を設けたものの部分側面図である。
【図３】図２に素子を形成する為の工程を説明するフローチャートである。
【図４】図１の素子に図２の透明金属酸化物層と高い導電率を持つ金属層とを組み合わせて形成した接触構造を設けたものの部分的側面図である。
【図５】アニール処理工程後の図４の素子の部分的側面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に基づく接触構造を形成する為の工程を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の他の応用となる実施形態に基づく接触構造を形成する為の工程を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の更に他の応用例となる実施形態に基づく接触構造を形成する為の工程を説明するフローチャートである。
【図９】図１の素子に設けた３層接触構造の部分的側面図である。
【図１０】本発明に基づくパターニングされた接触構造を持つ図１のオプトエレクトロニクス素子の斜視図である。
【図１１】図１０の素子の部分側面図である。
【図１２】図１０のパターニングされた接触構造の他の応用となる実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず図１を参照すれば、これは基板１２と複数の層を含むＧａＮベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）１０が開示される。図中に示した基板及び層の種類は後に説明するが、本発明にとってあまり重要ではない。基板１２はサファイアから作られることが一般的であるが、他の基板材料としては、炭化珪素、酸化亜鉛及び二酸化珪素等が含まれる。好適実施形態においては、基板の上面にはテクスチャがつけられており、これによりＬＥＤの活性領域から放出された入射光がランダム化される。テクスチャを持つ基板は入射光が半導体構造の側面又は上面からＬＥＤを出て行く確率を高める。更に、テクスチャを持つ基板を使用した場合、パターンを持たない基板と比べると著しく低いクラック発生率でＧａＮエピタキシャル層を厚く（例えば７μｍよりも厚く）成長させることが容易になる。
【００２０】
随意選択により、基板１４の上面には緩衝層を設けても良い。緩衝層は例えば窒化アルミニウムで形成し、厚さを約２５ｎｍとしても良い。推奨される実施形態においては、緩衝層上の層のうち、少なくとも１層の厚さは、従来型ＬＥＤ中の同等の層よりも大幅に厚い。層の厚さを増すことにより、活性領域から放出された光が構造体の表面から出て行く為に通過するパスをより少なくすることが出来る。具体的には、厚さを増すことによって放射光が層／基板界面又は層／層界面から１度反射しただけで素子１０の側面から出て行く確率が高くなる。このような光を「ファースト・パス」抽出光と呼ぶ。光がこれら界面の１つに達するたびに光エネルギーの一部が失われる。１つ以上の層の厚さを増すことにより、最初の反射だけで光が出て行くことが出来る側面面積を大きくすることが出来るのである。従来型のものでは、緩衝層１４上にある層の合計厚は３μｍである。しかしながら、図１のＬＥＤ１０においては、この合計厚が７μｍ以上とすることが望ましく、１５μｍを超えていても良い。ＧａＡｓ基板を用いたＬＥＤにおける厚いエピタキシャル層の形成については、本発明の被譲渡人に譲渡されているＦｌｅｔｃｈｅｒ等による米国特許第５，２３３，２０４号に記載されている。
【００２１】
緩衝層１４の上にはｎ型ＧａＮ層１６が設けられる。従来から周知のように、ＧａＮ材料は有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）によるエピタキシャル成長が可能である。ＧａＮ核生成層は低温でサファイア基板１２上に成長させることが出来る。その後ドーピングしていない、又は適正にドーピングした厚いＧａＮ層が形成される。ドーピングしていないＧａＮは本質的にｎ型であり、従ってｎ型ＧａＮ層１６が選択した厚さで形成される。
【００２２】
ｎ型ＧａＮ層１６の上には活性領域１８がある。活性領域１８は図１においては単層で示したが、この領域を、正孔と電子が再結合して光を生じる発光層を含む複数の層で構成しても良い。発光層の両側には従来から周知のクラッド層が設けられる。
【００２３】
活性領域１８の上にはｐ型ＧａＮ層２０がある。層１６と同様、ＧａＮ層２０もエピタキシャル成長により形成される。好適なドーパントとしてはＭｇが挙げられるが、Ｚｎのような他のドーパントを利用しても良い。当業者には明らかなように、「層」という語は構成要素１６，１８及び２０のいずれかに適用した場合、所望の特性を得る為に協調する複数層の系を含むものである。例えば、ｐ型ＧａＮ層２０は一連の複数層から成る場合もある。
【００２４】
図１に示したように、活性領域１８及びｐ型ＧａＮ層２０の一部を除去してｎ型層１６の上面を露出させ、これにより層１６上に接触２２を形成することが出来るようにした。接触により、励起信号源を層１６へと印加することが出来る。
低抵抗の接触部をｎ型ＧａＮ層上に形成する為の手法によれば、ｐ型ＧａＮ層２０に電圧を印加する為に好適な透明接触構造を形成する時に起きる問題が起こることはない。従ってｎ型接触構造２２の形成については、本願においては説明しない。
【００２５】
次に図２を参照するが、ここではＬＥＤ１０に単層の接触構造が設けられている。層２４は、酸化条件下でｐ型ＧａＮ層２０上に成膜された光を透過する金属酸化物である。即ち、この金属は成膜後のアニール処理で酸化されたものではなく、層形成前又は層形成中に酸化されたものである。選択した条件下においてこの酸化金属は充分な横方向の導電率を示し、従来のように第２の高い導電性を持つ接触金属を設ける必要がなくなった。推奨される実施形態においては、酸化は反応性蒸着法又は反応性スパッタリング法等によって層形成中に行われる。しかしながら幾つかの応用では、金属酸化物はＬＥＤ製造工程前（例えば購入するなど）に形成される。ｐ型ＧａＮ層２０へと設ける接触構造の形成に利用できる材料が金属酸化物のみの場合、充分な横方向の導電率を提供するものとして立証されている材料はＮｉＯである。単層の接触構造を利用する場合の利点は、接触構造の透過率が高くなるという点である。接触部の光透過率は金属種の累積量に反比例し、金属種の透過率に正比例する為、Ａｕのような第２の高い導電率の接触金属を設けなければならないという従来の条件は光出力に悪影響を与える。
【００２６】
図２に示した実施形態は、図３に示したフローの最初の５つの工程により作成したものである。即ち、図３の最後の２つの工程はいずれの実施形態においても省略できるものである。工程２６において、ｎ型ＧａＮ層１６が形成される。エピタキシャル成長法については従来から周知である。工程２８においては活性領域１８が形成される。前述したように活性領域は複数層の組み合わせで構成されるものであり、これには発光層、即ち２つのクラッド層に挟まれた層が含まれている。ｐ型ＧａＮ層は、工程３０に示すように活性領域の上に形成される。製造プロセスのこの時点までに得られた構造と従来のＬＥＤ構造との大きな違いは、基板１２の表面を粗くする処理されていること、そしてＧａＮ層のうち少なくとも１つの層厚が従来型ＬＥＤのＧａＮ層よりも厚いことが望ましいという点だけである。
【００２７】
工程３２においては、接触金属が選択される。望ましい特性とは、機械的、光学的、電気的な特性に関するものである。機械的には、金属はｐ型ＧａＮ層の上面への接着性が良いものでなければならない。光学的には、金属は酸化した状態のときには透光性でなければならない。そして電気的には、金属は充分大きい横方向の導電率を提供するものでなければならず、ｐ型ＧａＮに低抵抗のオーム接触を提供するものが望ましい。この電気特性は、図２の単層構造を採用した場合には特に重要である。上述したように、Ｎｉは好適材料である。しかしながら、Ｍｇはｐ型ＧａＮ層へのドーピングを強化することが出来る。同様に、ＧａＮ層３０がＧａＮ：Ｚｎである場合、Ｚｎも望ましい。他のＩＩ族金属又は遷移金属を選択しても良い。透明金属酸化物としては、ＴｉＯ、ＳｉＯ２、ＹＯ、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＰｒＯ、ＣｏＯ、そしてチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）のようなペロブスカイト構造を有する酸化物を含むが、これらに限られない。接触構造を作る為に１つ以上の他の層と組み合わせた場合に特に優位性をもたらす他の好適な材料としてはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）があり、これについての詳細は後述する。
【００２８】
工程３４において、選択した接触金属を酸化条件下でｐ型ＧａＮ層２０の表面に成膜する。推奨される方法は、反応性蒸着法又は反応性スパッタリング法である。
【００２９】
単層接触構造を採用した場合、横導電性を提供する接触構造は工程３４にて完成する。その後更に小さい接触部を（図１の接触部２２に示したように）ｎ型ＧａＮ層１６上及び図２の透光性金属酸化物２４の上面に形成することが出来る。
【００３０】
しかしながら、多くのアプリケーションにおいてはｐ型ＧａＮ層２０上の単一金属の単層接触構造は不十分である。従って、ｐ型ＧａＮ層２０に沿って横方向に充分な導電性を提供する接触構造の形成においては、１つ以上の金属が追加で使用される。この金属は貴金属であることが望ましく、最も好ましいのはＡｕである。利用可能の金属としては、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｒｕ及びＲｈがあげられるがこれらに限られない。
【００３１】
第２の金属を使って第２の横方向の導電性を提供する為の方法の１つにおいては、図３の工程３６において高い導電率をもつ金属が導入され、図４のバイメタル接触構造が作られる。バイメタル接触構造は酸化層２４及び高導電率の層３８を含む。その後工程４０においてアニール処理が施され、第２の金属が透明金属酸化物層２４を通ってｐ型ＧａＮ層２０の表面へと拡散する。図５に示すように、アニール処理工程の後では、高導電率の層３８はｐ型ＧａＮ層と接触していることになる。層２４は層３８の形成前に酸化されているため、アニール処理の工程４０は非反応性の環境下で行われることが望ましい。即ち、不活性気体を利用することが好ましいのである。例えばＮ2気体を４００℃〜８５０℃の温度で用いても良い。しかしながら、酸素を含む環境が有効である応用もあり得る。
【００３２】
工程３４で導入された材料がＮｉＯ、そして工程３６で導入された金属がＡｕであった場合、酸化物層２４の厚さは１５０Å未満、金属層３８の厚さは１００Å未満が望ましい。アニール処理工程４０後に形成された接触部の光透過率は接触材料中の金属種の累積量に反比例し、その金属種の透過率に比例する。一方で、接触構造の横方向の導電率は接触構造中の隣接した金属種の量に直接的に比例する。従って、透過率と横方向の導電率は対立している。光透過率の為には金属の量は最低限とすることが望ましいが、金属の量を増せば横方向の導電率を大きくすることが出来る。これらの２つの問題を考慮することは、２つの金属の層厚、特には高導電率の金属（例えば金）の層厚を最適な範囲で選択することが良い。最適な層厚は応用によって異なる。例えば、２０ｍＡの駆動電流を使う代表的な素子においては、５０Å厚のＡｕ層が３．０〜３．４ボルトの範囲のＶfを提供するが、このとき層は、５００ｎｍ波長の光に対して約８０％の透過率を有する。しかしながら、電力効率の問題よりも所定のチップ面積あたりの発光出力を最大化する問題の方が重要視される素子においては、４．０〜４．８ボルトの範囲のＶfでも許容範囲であり、Ａｕ層を５〜３０Å厚とすることが出来る。
【００３３】
図６は接触構造を形成する為の他の方法のフローであるが、ここでは接触材料はｐ型ＧａＮ層上に成膜される前又は成膜中に酸化される。図６の手順を利用して、接触構造の２つの金属は同時に成膜される。ｎ型ＧａＮ層を成長させる工程２６、活性領域を形成する工程２８、そしてｐ型ＧａＮ層を成長させる工程３０の３つの工程は図３に説明した通りの通常の工程である。工程４２及び４４において、２つの接触材料が選択される。２つの選択された材料はその後工程４６において同時に成膜され、続くアニール処理工程４８において図５に示す構造が形成される。金属の同時成膜は反応性スパッタリング又は反応性蒸着法により実施されることが望ましいが、少なくとも一方の材料を酸化させた状態で成膜する為の他の技術を利用しても良い。随意選択のアニール処理工程４８は、Ｎ2のような不活性気体中で行う。しかしながら、酸素を含有した環境下で実行する方が有利なアプリケーションもある。
【００３４】
図６の方法の工程４２において選択される金属をＮｉ、そして工程４４で選択する金属をＡｕとしても良い。従ってこの結果得られる構造は、望ましい電気及び光学特性を供するＮｉＯ：Ａｕである。ＮｉＯはＡｕと共に同時に反応性蒸着又はスパッタリング法により成膜することが出来る。
【００３５】
図３及び図６に示した方法のいずれにおいても、第１の金属に関してはＮｉＯを選択することが推奨されるが、これは絶対条件ではない。ＮｉＯのかわりにＭｇＯを利用するとＧａＮ層２０のｐ型ドーピングが促進される。Ａｕをドーピングした、即ちＡｕを注入したＭｇＯはオーム接触及び窓として、ＮｉＯ：Ａｕと似た作用を呈する。Ａｕを注入したインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）では、より大きい横方向の電流拡散が得られる。ＺｎＯもまた、ＭｇＯ同様、更なるドーピングを助長するものとしてＮｉＯのかわりに利用することが出来る。更に、酸化したＩＩ族金属又は遷移金属（たとえはＮｉＯとＭｇＯ又はＺｎＯ）を利用することも出来る。
【００３６】
Ｎｉ／Ａｕ接触金属の場合、それに隣接する層中のＭｇ濃度［Ｍｇ］にも最適範囲がある。Ｎｉ／Ａｕ接触金属に隣接する層中のＭｇ濃度はＮｉからＮｉＯへの変換に影響を与える。５５０℃を超える温度の水蒸気を含む乾燥空気中におけるＮｉ―ＮｉＯ変換反応（ＮｉＯからＮｉＯへの変換反応）は、それに隣接する層中のＭｇ濃度が２ｘ１０20ｃｍ−3未満でなければ成功しない。その濃度がより高ければ、ＮｉはＮｉＯにはならず、接触は不透明になってしまう。更にＭｇ濃度にはオーム接触を形成する為の最低限界もある。Ｎｉ／Ａｕ接触層に隣接する層のＭｇ濃度が低い場合、５５０℃を超える温度の水蒸気を含む乾燥空気中においてＮｉをＮｉＯへと変換することは出来るものの、その接触はオーム接触にはならない。オーム接触を得る為に必要とされるＭｇの最低濃度は５ｘ１０19ｃｍ−3である。従って、透明なオーム接触を得る為には、隣接層中のＭｇ濃度は５ｘ１０19ｃｍ−3≦［Ｍｇ］≦２ｘ１０20ｃｍ−3でなければならない。最適なＭｇ濃度範囲は、他の金属／金属酸化物組み合わせにも存在する。
【００３７】
図７は本発明の他の実施形態を説明するものである。この実施形態においては、通常のＬＥＤ製造工程２６、２８、３０に続く工程５０で接触金属が成膜された後に初めて酸化処理が行われる。成膜工程５０の一事例では、第１の金属として１００Å厚のＮｉ、第２の金属として５０Å厚のＡｕが成膜される。
【００３８】
１００Å厚Ｎｉ／５０Å厚ＡｕをＮｉＯ：Ａｕへと変換する実験を６２５℃の様々な雰囲気中で行った。使用した３つの雰囲気は；（１）水蒸気を含む窒素；（２）乾燥空気；そして（３）水蒸気を含む乾燥空気；である。乾燥空気は２０％の酸素を含む窒素の電子グレードの混合物から得られたもので、これに９５℃に保たれた水溜中に気体の泡を通すことにより水蒸気が加えられる。
【００３９】
流量７．５リットル／分の乾燥空気のみの場合には、２インチ径のＧａＮ素子ウエハの半分のうち、かなりの部分にわたって灰色の不透明な領域があったことから、ＮｉのＮｉＯへの変換反応は部分的にしか行われなかったことがわかった。その同じウエハのもう半分を対照試料として同じ温度の室内空気中で酸化させたのであるが、この試料はその対象試料と非常に良く似た外観であった。
【００４０】
流量７．５リットル／分の水蒸気を含んだ乾燥窒素の場合、室内空気で酸化させた同じウエハの対照資料である半分（部分的変換しか見られなかった）と比較すると、ＮｉＯへの変換率は大幅に高かった。しかしＮｉ−ＮｉＯ変換において室内空気のみの場合よりも効果的ではあったものの、この乾燥窒素と水蒸気を使った場合の変換は完全ではなかった。
【００４１】
水蒸気を加えた乾燥空気中での酸化に関しては、結果は著しく良好であった。
流量７．５リットル／分の乾燥空気に水蒸気を加えた混合気体中では、ＧａＮ素子ウエハの半分に実質的に完全な酸化が生じた。同じウエハの対照試料である半分には上述した対照試料であるウエハ半分と同様に部分的酸化しか見られなかった。図７の酸化工程５２は、酸素と室内空気よりも高い濃度の水蒸気（例えば２１℃で相対湿度が＞４０％）の混合物を利用することが望ましい。高温の酸素及び水蒸気の混合気体を使えば、Ｎｉ／Ａｕ構造からＮｉＯ：Ａｕへのより均一で再現性の高い酸化を行うことが出来る。水蒸気を加えない酸素は酸素を含まない窒素に水蒸気を加えたもの同様、はるかに効果が低い。温度が充分に高い（５５０℃乃至８５０℃）場合、この処理で更にｐ型ドーピングも生じる。更に幾つかの観点から、ｐ型ドーパントをこれらの機構中で活性化させることによって優位性が生じる。第１には、様々な実施形態で触れたドーパントによる活性化工程とアニール処理工程を１つの工程にまとめることが出来る。工程の省略は処理時間の短縮につながり、発光構造体の熱による更なる劣化が回避され、そして必要とされる加工用機器の数を低減することになる。この結果、よりコスト効率の高い製造方法が得られる。第２には、金属酸化物の層が、ｐ型ドーパントの不活性化因子である余剰の水素を除く働きをするという点である。最後に、金属／金属酸化物系が水素―ｐ型ドーパント複合体を分解する為にエネルギーバリアを低くする作用を持ち、これによりアニール処理中（好ましくはＨ2Ｏ及びＯ2混合気体中で行われる）のｐ型ドーパントの活性化が促進される。
【００４２】
図８は本発明の他の実施形態である。この応用例においては、接触構造は２つの異なるアニール処理工程にさらされる。通常の工程２６、２８、３０を実施してＧａＮ層及び活性領域を形成する。工程５４において、Ｎｉを選択した厚さに蒸着する。ＮｉのかわりにＩＩ族金属及び遷移金属等の他の金属を利用しても良い。工程５４での第１の金属の成膜後、酸化アニール処理サイクルを実施し、第１の金属をその工程を通して透明金属酸化物へと変換する。従って、工程５４にてＮｉが成膜された場合、この金属は工程５６でＮｉＯへと変換される。
【００４３】
工程５８においては、第２の金属が成膜される。上述したように、推奨される材料はＡｕであるが、Ａｕのかわりに他の金属を使っても良い。工程５４及び５８には金属蒸着法を採用することが出来る。一実施形態においては、Ｎｉ層は１００Åの厚さを持ち、Ａｕ層は５０Åの厚さを持つ。
【００４４】
工程６０において、この構造が再アニール処理されて第２の金属を金属酸化物中へと送り込み、この第２の金属をｐ型ＧａＮ層と合金化し、図５に示した接触構造を得る。ダブル・アニール処理は望ましい光学、電気及び機械特性をもたらす接触構造を提供する。
【００４５】
ここまでの説明で本発明を２層（金属／金属酸化物）接触構造の作成に関連させて説明したが、２層より多くの層で構成することには利点がある。次に図９を参照すると、前述した第２の接触層３８の上に第三の接触層６２が設けられている。第三の接触層はＩＴＯであり、これは最初の２層の電流拡散能力を更に強化することが出来る厚さに設けられている。一応用例においては、ＩＴＯ層は最初の２層２４、３８をアニール処理で混合した後に初めて設けられる。この応用例において第三の層６２は、横方向の導電率を犠牲にすることなく第２の金属（例えばＡｕ）の厚さを薄くすることを可能とする別個の層である。しかしながら、他の応用例においては、３つの層はアニール処理され、３層全ての材料が混合される。
【００４６】
多層接触構造の更に他の応用例においては、第１及び第三の層２４、６２がＮｉであり、中央層３８がＡｕである。最上層のＮｉは酸化誘導層の働きを持ち、Ａｕ層３８にＮｉ―酸化気体間のマスクとして作用させることなく酸化処理を開始することを可能にする。ＮｉＯ形成が始まると、Ａｕ層はそこへと溶け込み、下のＮｉ層２４への酸素の浸透を助ける。酸化処理は全てのＮｉ金属が消耗されて透明酸化物に変換され、Ａｕがｐ型ＧａＮ層２０の表面へと移動するまで続けられる。このように、酸化処理は再現性と均一性のより高いものとなる。この基本的概念は他の種類の材料やより多数の層にも拡張することが出来、より多数の層に適用した場合、これらは熱処理の間に相互作用してより少ない数の層から構成される構造よりも優れた電気・光学特性を持つ構造が形成される。図９に示したＮｉ／Ａｕ／Ｎｉ多層構造の一実用例においては、３層２４、３８及び６２の厚さは各々３５Åである。
【００４７】
多層構造はＮｉ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕといったように繰り返しの層パターンを持っていても良い。図９には３つの接触層２４、３８及び６２しか示していないが、更なる層を設けることが出来る。
【００４８】
次に図１０及び図１１を参照するが、他の応用例においてはｐ型ＧａＮ層への接触構造６４は上述した方法のいずれかで形成した接触層をパターンニングすることにより設けられた一連の開口６６を含む。例えば、第１の接触材料を酸化条件下で成膜し、第２の材料を金属酸化物上に蒸着し、そしてこれらの２層を、第２の層を金属酸化物層中へと透過させるアニール処理の前又は後にパターニング（例えばフォトリソグラフィーにより）する。接触層のパターニングの実施には従来技術を利用することが出来る。
【００４９】
接触構造６４上には励起信号源へと接続する為の電極６８が設けられている。
電極は２層構造として図示されているが、これはあまり重要ではない。電極は従来技術により形成することが出来る。
【００５０】
次に図１１を参照するが、ここでは接触構造６４の材料が相互に繋がっており、ｐ型ＧａＮ層２０の表面全体にわたる導電性が提供されている。しかしながら、開口６６は光電素子の発光出力を助長する為の窓として作用している。開口６６の形状を円形として描いたが、これも重要ではない。全表面積に対する窓面積の比は、充分な横方向の導電率を保ちつつも出来る限り大きく取ることが望ましい。円形開口よりも好ましい場合は楕円開口や他の構成を選択しても良い。
【００５１】
図１０及び図１１においては、接触構造の全ての層がパターニングされている。このパターニングの実施は高導電率の金属（例えばＡｕ）を金属酸化物（例えばＮｉＯ）中に透過させる前でも後でも良い。図１０及び図１１の例によれば、２層より多くの層で接触構造が構成される場合、その追加分の層（例えばＩＴＯ）もまたパターニングされる。
【００５２】
図１１の構造の変更形態を図１２に示す。接触構造の全ての層をパターニングするのではなく、少なくとも１層はそのまま残す。例えば、金属酸化物層７０（例えばＮｉＯ）を図３にて説明した方法で成膜し、高導電率の層７２（例えばＡｇ）をその金属酸化物層上に形成する。金属層中の開口７４は窓として機能する。窓の形状は図１０及び図１１に関して述べたように重要ではない。他の事例として、パターニングしない材料７０をＮｉＯ：Ａｕとし、パターニングする層をＡｇとしても良い。この例においては、Ａｕがｐ型ＧａＮ層２０へのオーム接触を、Ａｇが必要とされる横方向の導電性を提供するようになっており、Ａｕ濃度を低減することが出来る。これはパターニングされていない材料（例えばブランケット材料）が上層のＩＴＯを含んでおり、パターニングされた層が高い導電率を持つ場合にも可能である。ＩＴＯのブランケット層により充分な横方向の導電率を保ちつつ全表面積に対する窓面積の比を大きくすることが出来る。
【００５３】
本発明は、光源の透光性接触部を形成する方法であって、オプトエレクトロニクス素子（１０）の層の１つとしてｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）（２０、３０）を少なくとも１層形成する工程と、前記ｐ型ＧａＮ層の表面に透光性の導電層を形成する為に金属を選択する工程（３２）と、選択した前記金属を前記表面へと酸化した材料として成膜する工程（３４）とを含み、選択した前記金属が、該金属のｐ型ＧａＮ層への成膜前又は成膜中に酸化されることを特徴とする。
【００５４】
好ましくは、前記金属を選択する工程（３２）では、前記金属はＮｉ、ＩＩ族の金属、及び遷移金属の中から選択され、従って選択した前記金属を成膜する工程（３４）は、ＮｉＯ、ＩＩ族金属酸化物及び遷移金属酸化物の中から選択した１つの金属酸化物として成膜する工程とされる。
【００５５】
好ましくは、前記金属酸化物上に貴金属層を形成する工程（３６、３８）と、前記金属酸化物及び前記貴金属層を熱処理する工程（４０）とを更に含み、これにより前記貴金属が前記選択した金属酸化物中へと浸透し、前記ｐ型ＧａＮ層（２０）へと拡散する。
【００５６】
好ましくは、前記金属酸化物を成膜する工程（３４）は、同時に前記表面（２０）へと前記貴金属を添加する工程（３６）をも含み、これにより前記金属酸化物と前記貴金属とを組み合わせた層（２４、３８）が形成される。
【００５７】
好ましくは、前記金属酸化物と前記貴金属とを同時に成膜する工程（３４、３６）が、ＮｉＯ及びＡｕの同時反応性蒸着法及び同時反応性スパッタリング法のうちの一方を含む。
【００５８】
好ましくは、前記金属（２４）上に第２の金属（３８）を形成する工程と、該第２の金属（３８）を前記金属を通じて拡散する工程と、前記ｐ型ＧａＮ層（２０、３０）の前記表面に沿った横方向の導電性を強化する為にＩＴＯ層（６２）を形成する工程とを更に含む。
【００５９】
好ましくは、高い導電率を持つ材料（３８）を前記金属酸化物（２４）上に形成する工程（３６）と、前記金属の第２の層（６２）を前記高い導電率を持つ材料（３８）上に形成する工程と、前記第２の層を酸化し、そして前記高い導電率を持つ材料を前記酸化物材料を通じて拡散し、前記ｐ型ＧａＮ層（２０）の表面へと到達せしめる為にアニール処理を実施する工程（４０）とを更に含む。
【００６０】
好ましくは、前記選択した金属を成膜する工程（３４）が、ＮｉＯを反応性蒸着法及び反応性スパッタリング法のいずれか一方を利用して成膜する工程を含み、前記成膜する工程に続いて、Ａｕを成膜する工程（３６）と、前記ＮｉＯ及びＡｕを実質的に酸素を含まない環境下においてアニール処理する工程（４０）とが実施される。
【００６１】
好ましくは、前記選択した金属を成膜する工程（３４）は、反応性蒸着及び反応性スパッタリングのいずれか一方を利用してＮｉＯを成膜する工程を含み、前記成膜する工程に続いて、導電性材料を成膜する工程（３６）と、前記ＮｉＯ及び前記導電性材料を実質的にＨ2を含まない環境下でアニール処理を行う工程（４０）とが実施され、前記アニール処理の工程においては前記ｐ型ＧａＮ層へのｐ型ドーピングが活性化される。
【００６２】
好ましくは、前記選択された金属酸化物（２４）上にパターニングされた導電層（６４、７２）を少なくとも１層設ける工程を更に含む。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ＬＥＤ
１２  基板
１４  緩衝層
１６  ｎ型ＧａＮ層
１８  活性領域
２０  ｐ型ＧａＮ層
２２  接触
２４  透光性金属酸化物
２６  ＧａＮ層の成長
２８  活性領域の形成
３０  ＧａＮ層の成長
３２  金属の選択
３４  接触金属の導入
３６  第２の金属の導入
３８  導電層
４０  アニール処理
４２  第１の金属の選択
４４  第２の金属の選択
４６  同時成膜
４８  アニール処理
５０  成膜
５２  酸化
５４  金属の成膜
５６  酸化
５８  金属の成膜
６０  再アニール処理
６２  第三の接触層
６４  接触構造
６６  開口
６８  電極
７０  酸化物層
７２  金属層
７４  開口
【図１】
0005635033.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005635033.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005635033.tif 000007
【図７】
0005635033.tif 000008
【図８】
0005635033.tif 000009
【図９】
0005635033.tif 000010
【図１０】
0005635033.tif 000011
【図１１】
0005635033.tif 000012
【図１２】
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