(57)【要約】【課題】  発光素子の出光面において、方位による光の強度のバラツキの少ない発光素子を提供する。【解決手段】  本発明の発光素子は、発光部６を介して第一導電型層５と第二導電型層７を配してなる積層体と、該積層体をなす第二導電型層７上に設けた金属薄膜層９と、該金属薄膜電極層９上に設けた透明導電体１２とを少なくとも備えてなる発光素子１であって、前記透明導電体１２は、単層の透明導電膜１０からなり、該透明導電膜１０の出光面１０´における結晶粒径を３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、該積層体をなす第二導電型層上に設けた金属薄膜層と、該金属薄膜層上に設けた透明導電体とを少なくとも備えてなる発光素子であって、
前記透明導電体は、単層の透明導電膜からなり、該透明導電膜の出光面における結晶粒径が３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記結晶粒径が１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であ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】
発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、該積層体をなす第二導電型層上に設けた金属薄膜層と、該金属薄膜層上に設けた単層の透明導電膜からなる透明導電体とを少なくとも備えてなる発光素子の製造方法であって、
前記透明導電膜の膜厚を変えることにより、該透明導電膜の出光面における結晶粒径を制御することを特徴とする発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体層から光を取り出す化合物半導体の発光素子に関し、特に、透明導電膜を窓極として利用した化合物半導体の発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体は、緑色や青色等の可視光発光デバイスとして注目されている。
【０００３】
これら窒化ガリウム系化合物半導体を用いた光デバイスの製造においては、窒化ガリウム系化合物半導体と格子整合する基板が少ないことから、通常、サファイアが結晶成長用の基板として用いられる。そして、サファイアのような絶縁性の基板を用いる場合は、他のＧａＡｓやＩｎＰ等の導電性を有する半導体基板を用いた発光素子とは異なり、基板側から電極を取り出すことができないので、半導体層に設けるｐ側電極およびｎ側電極は、半導体層を積層させる基板の一面側に形成することになる。
【０００４】
そこで、発光する光の透過性の低下を抑制するために、透光性の電極を設けた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図３は、透光性電極を設けた従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一例を示す断面図である。窒化ガリウム系化合物半導体発光素子３００は、サファイア基板３０１の一方の面（図３の上面）にＧａＮバッファ層３０３を介してｎ型ＧａＮ層３０５が設けられ、このｎ型ＧａＮ層３０５の一方の面（図３の上面）に、ｐ型ドーパントであるＭｇを含むｐ型ＧａＮ層３０７とＴｉ／Ａｕ等からなるｎ側電極３０９が設けられている。そして、ｎ側電極３０９は、その周囲をＳｉＯ２膜３１１ａで囲まれてｐ型ＧａＮ層３０７と電気的に絶縁されている。
【０００６】
一方、ｐ型ＧａＮ層３０７上にはＳｉＯ２膜３１１ｂとＭｇ入りの金属薄膜層３１３が設けられ、さらにこの金属薄膜層３１３上には電流拡散用としてスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）膜からなる厚さ１００ｎｍの透明導電膜３１５が設けられ、ＳｉＯ２膜３１１ｂ上と透明導電膜３１５の一部を覆うようにＴｉ／Ａｕ等からなるｐ側電極３１７が設けられている。
【０００７】
つまり、この構成においては、ｎ型ＧａＮ層３０５とｐ型ＧａＮ層３０７との接合界面から発光される光を、透明導電膜３１５を通して取り出すことができる。なお、図３において、点線は、ｐ側電極３１７から透明導電膜３１５を通って接合界面へ流れる電流の流れを示す。一方、一点鎖線は、接合界面から発光される光が主に透明導電膜３１５を通って、外部へ放射される状況を示す。
【０００８】
また、ｐ型ドーパントであるＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層の上に、電流拡散層として、一層目に真空蒸着法によってスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）膜を形成し、その上にスパッタ法により二層目のスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）膜を形成して透明導電膜を設けたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
図４は、このような二層のスズ添加酸化インジウムを形成した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子４００の断面図である。サファイア基板４１０の一方の面にＡｌＮバッファ層４２０、厚さ約１．２μｍのＳｉドープＧａＮ層４３０、ｎ型ＧａＮとｎ型ＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる厚さ約４０ｎｍの活性層４４０、ＡｌＮとｐ型ＧａＮの超格子からなる厚さ約２０ｎｍのキャップ層４５０、厚さ約２００ｎｍのＭｇドープＧａＮ層４６０、厚さ数ｎｍのＺｎ膜４７０が順に設けられ、この上に、厚さ約１０ｎｍの下側透明導電膜である下側スズ添加酸化インジウム膜４８１と、この下側スズ添加酸化インジウム膜４８１の上に、上側透明導電膜である厚さ約５００ｎｍの上側スズ添加酸化インジウム膜４８２が形成されて透明導電膜４８０が設けられ、さらに、一部露出させたＳｉドープＧａＮ層４３０上にｎ型電極４９１が、上側スズ添加酸化インジウム膜４８２上にｐ型電極４９２が設けられている。
【００１０】
下側スズ添加酸化インジウム膜４８１を真空蒸着法で形成し、上側スズ添加酸化インジウム膜４８２をスパッタ法で形成していることから、スパッタ法のみによって透明導電膜４８０を形成した場合に比べると、下側スズ添加酸化インジウム膜４８１を真空蒸着法で形成した方が、ＭｇドープＧａＮ層４６０の損傷が少なくなり、動作電圧が低く、光の外部への取出し効率が良い化合物半導体発光素子４００が得られると記載されている。  
【００１１】
さらに、スズ添加酸化インジウムからなる透明導電膜ではなく、金属よりなる透光性の電極を設けた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１２】
図５は、この一例として、Ｎｉ、Ａｕを蒸着して透光性電極５０５を形成した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子５００の断面図である。サファイア基板５０１の一方の面にｎ型ＧａＮ層５０２、ｐ型ＧａＮ層５０３が順に設けられ、ｐ型ＧａＮ層上にＮｉ／Ａｕからなる金属の透光性電極５０５が設けられている。透光性電極５０５は、蒸着装置にて、ｐ型ＧａＮ層５０３の上にＮｉを３０ｎｍ、Ｎｉの上にＡｕを７０ｎｍの厚さで蒸着し、蒸着後、アニーリング装置で、５００℃で１０分間アニーリングして合金化するとともに透光性にしたものであり、発光効率、製造歩留まりの良い発光ダイオードが製造できると記載されている。
【特許文献１】特許第３２０７７７３号公報
【特許文献２】特許第３３９４４８８号公報
【特許文献３】特許第２８０３７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子３００、４００、５００においては、透明導電体３１５、４８０や透光性電極５０５の屈折率が約２．０で、空気層の屈折率が約１．０であるため、発光層で発光した光が透明導電体や透光性電極を通って空気層に出光される際に、透明導電体や透光性電極と空気層との界面（出光面）における全反射の比率が大きくなり、方位により光の強度が異なるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、透明導電体からなる出光面において全反射の比率を抑え、方位による光の強度のバラツキの少ない発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係る発光素子は、発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、該積層体をなす第二導電型層上に設けた金属薄膜層と、該金属薄膜層上に設けた透明導電体とを少なくとも備えてなる発光素子であって、前記透明導電体は、単層の透明導電膜からなり、該透明導電膜の出光面における結晶粒径が３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００１５】
かかる構成において、発光部とは、第一導電型層と第二導電型層との間に位置する層、又は第一導電型層と第二導電型層の界面を意味する。
【００１６】
本発明に係る発光素子の製造方法は、発光部を介して第一導電型層と第二導電型層を配してなる積層体と、該積層体をなす第二導電型層上に設けた金属薄膜層と、該金属薄膜層上に設けた単層の透明導電膜からなる透明導電体とを少なくとも備えてなる発光素子の製造方法であって、前記透明導電膜の膜厚を変えることにより、該透明導電膜の出光面における結晶粒径を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る発光素子は、発光部で発光した光が、透明導電体から空気層に出光する際、その出光面の結晶粒の大きさによる凹凸や結晶粒界により散乱されるために、多方向に強度のバラツキの少ない光が発光される。
また、本発明に係る発光素子の製造方法は、透明導電体の膜厚を変えることにより出光面における結晶粒径を制御し、出向される光のバラツキを少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明に係る発光素子の実施形態の一例を示す断面図である。
なお、以下においては、発光部が層をなす場合について述べるが、界面発光の場合には、第一導電型層と第二導電型層の界面が発光部として機能する。
【００１９】
本発明の発光素子１は、サファイア基板２の一方の面（図１の上面）にＧａＮバッファ層３を介してＳｉをドーパントとするｎ型ＧａＮ層４が設けられ、このｎ型ＧａＮ層４を介してＳｉをドーパントとするｎ型ＡｌＧａＮ層（主たる第一導電型層）５が設けられている。そして、このｎ型ＡｌＧａＮ層５を介してＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造となる発光部６、発光部６を介してｐ型ドーパントであるＭｇを含むｐ型ＡｌＧａＮ層（主たる第二導電型層）７、ｐ型ＡｌＧａＮ層７を介して、同じくＭｇをドーパントとするｐ型ＧａＮ層８、ｐ型ＧａＮ層８を介してＮｉからなる金属薄膜層９、金属薄膜層９を介して単層の透明導電膜１０からなる透明導電体１２が設けられている。そして、この透明導電体１２の表面の周縁の一部にはｐ側電極１１が設けられ、一方、ｎ型ＧａＮ層４の周縁部の一部の上に積層された各層が除去されて、露出したｎ型ＧａＮ層４上にｎ側電極１４が設けられている。
【００２０】
ここで、透明導電体１２は、スズ添加酸化インジウム（以下、ＩＴＯ膜という）、酸化スズ（以下、ＴＯ膜という）、酸化亜鉛（以下、ＺｎＯ膜という）、アンチモン添加酸化亜鉛（以下、ＡＺＯ膜という）又はフッ素添加酸化スズ（以下、ＦＴＯ膜という）の何れか１種の金属酸化物からなり、スプレー熱分解法、ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、ペースト塗布法等で成膜されるが、膜厚を厚くすることにより結晶粒径が大きくなる。
【００２１】
本発明に係る発光素子は、出光面の結晶粒径が１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることによって、さらに効率よく散乱されるため、発光される光の強度のバラツキがより少なくなる。
【００２２】
以下、スプレー熱分解法で、ＩＴＯ膜からなる透明導電体の膜厚をいろいろと変えて発光素子を作製した。スプレー熱分解法による、ＩＴＯ成膜条件は、塩化インジウム（水和物）と塩化スズ（水和物）を、スズの添加量がインジウムに対して元素比で５ａｔ％となるように配合してエタノール液に溶解した液を３５０℃に加熱した金属薄膜層９に噴霧しておこなった。
【００２３】
[実施例１]
サファイア基板２の一方の面にｎ型ＧａＮ層４、ｎ型ＡｌＧａＮ層５、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造となる発光部６、ｐ型ＡｌＧａＮ層７、ｐ型ＧａＮ層８、Ｎｉからなる金属薄膜層９の順に積層されたウエハを用意し、この金属薄膜層９上に厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜からなる透明導電膜１０を形成した。ＩＴＯ膜からなる透明導電膜１０の表面（出光面１０´）の結晶粒径は３０ｎｍであった。
【００２４】
次に、透明導電体１２上にマスクを形成後、ｎ型ＧａＮ層４の一方の面の周縁部が露出するまでエッチングを行い、露出したｎ型ＧａＮ層４上にＡｌを厚さ約０．４μｍ蒸着してｎ側電極１４を形成した。一方、マスクを剥がした透明導電体１２（透明導電膜１０）上の周縁の一部に蒸着法により、Ａｌを厚さ約０．８μｍ蒸着してｐ側電極１３を設けた。
【００２５】
この窒化ガリウム系化合物層を形成したサファイア基板２を３００μｍ角にダイシングしてベアチップとし、このベアチップをステム上にダイボンディングにより実装し、ワイヤボンディングにより配線して発光素子１を作製した。
【００２６】
[実施例２]
実施例１におけるＩＴＯ膜の膜厚を３２０ｎｍ、出光面の結晶粒径を１００ｎｍとした以外は実施例１と同様にして発光素子２を作製した。
【００２７】
[実施例３]
実施例１におけるＩＴＯ膜の膜厚を８５０ｎｍ、出光面の結晶粒径を２００ｎｍとした以外は実施例１と同様にして発光素子３を作製した。
【００２８】
[実施例４]
実施例１におけるＩＴＯ膜の膜厚を１０００ｎｍ、出光面の結晶粒径を３００ｎｍとした以外は実施例１と同様にして発光素子４を作製した。
【００２９】
[比較例１]
実施例１におけるＩＴＯ膜の膜厚を４０ｎｍ、出光面の結晶粒径を１０ｎｍとした以外は実施例１と同様にして発光素子を作製した。
【００３０】
[比較例２]
実施例１におけるＩＴＯ膜の膜厚を１２００ｎｍ、出光面の結晶粒径を４００ｎｍとした以外は実施例１と同様にして発光素子を作製した。
【００３１】
[評価及び評価結果]
実施例１〜４と比較例１、２で作製した発光素子を発光させて、図２に示すように、９０°（鉛直）方向の光の強度と３０°方向の光の強度を測定し、９０°（鉛直）方向の光の強度（Ｉ９０）に対する３０°方向の光の強度（Ｉ３０）の比（Ｉ３０／Ｉ９０）が０．２未満を×、０．２以上且つ０．５未満を△、０．５以上を○として評価した。すなわち、比（Ｉ３０／Ｉ９０）が大きいほど、方位による光の偏りが小さくなっていると言える。評価結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
透明導電体１２を、ＩＴＯ膜に代えて、ＴＯ膜、ＺｎＯ膜、ＡＺＯ膜又はＦＴＯ膜からなる透明導電膜１０としたが、いずれもＩＴＯ膜と同様な結果が得られた。また、透明導電膜１０をスプレー熱分解法に代えて、ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、ペースト塗布法で成膜したが、スプレー熱分解法と同様な結果が得られた。    
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例に係る発光素子の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の評価方法を示す図である。
【図３】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一例を示す断面図である。
【図４】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一例を示す断面図である。
【図５】従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  発光素子、５  第一導電型層、６  発光部、７  第二導電型層、９  金属薄膜層、１０  透明導電膜、１０´  出光面、１２  透明導電体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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