(57)【要約】 【課題】駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子、その製造方法、ランプ、電子機器及び機械装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板１１の一面に、ｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４と、酸化チタン系導電膜層１５と、がこの順で積層された発光素子であって、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とが存在し、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物の全量に対する前記第２の酸化物の質量割合が１〜２０質量％の範囲である発光素子１を用いることにより、上記課題を解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一面に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、酸化チタン系導電膜層と、がこの順で積層された発光素子であって、
前記ｐ型半導体層と前記酸化チタン系導電膜層との間に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とが存在し、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物の全量に対する前記第２の酸化物の質量割合が１〜２０質量％の範囲であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物が、前記ｐ型半導体層を少なくとも部分的に覆ってい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】
前記ｐ型半導体層と前記酸化チタン系導電膜層との間に、前記第１の酸化物と前記第２の酸化物とを含む透光性導電酸化物層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記透光性導電酸化物層の膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記透光性導電酸化物層が、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯの群から選択される少なくとも１種類以上の材料からなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記酸化チタン系導電膜層が、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂの群から選択される少なくとも１種類以上の元素を含むＴｉ酸化物からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記酸化チタン系導電膜層の膜厚が３５〜２０００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記酸化チタン系導電膜層が、粒状結晶からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記ｎ型半導体層と、前記発光層と、前記ｐ型半導体層が、窒化物系化合物半導体からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記窒化物系化合物半導体が、ＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
基板の一面にｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とをこの順で積層した後、スパッタ法で、前記ｐ型半導体層の表面に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれか元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物と、を含む透光性導電酸化物層を形成する工程と、
前記透光性導電酸化物層上に酸化チタン系導電膜層を形成する工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記透光性導電酸化物層形成工程で、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物が前記ｐ型半導体層を少なくとも部分的に覆うように、前記透光性導電酸化物層の膜厚を薄く形成することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
酸化チタン系導電膜層を形成した後、アニール処理を行うことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光素子を備えたことを特徴とするランプ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、その製造方法、ランプ、電子機器及び機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長光発光素子用の半導体材料として窒化物系半導体であるＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。
ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶をはじめ、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、この基板上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
【０００３】
一般的なＧａＮ系化合物半導体発光素子の構造として、絶縁体であるサファイア単結晶基板を用いた場合、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層がこの順で積層されるとともに、ｐ型半導体層上に正極が形成され、ｎ型半導体層上に負極が形成される。
前記ＧａＮ系化合物半導体発光素子には、透明電極を正極に使用してｐ型半導体側から光を取り出すフェイスアップ方式、Ａｇなどの高反射膜を正極に使用してサファイア基板側から光を取り出すフリップチップ方式の２種類がある。
【０００４】
前記ＧａＮ系化合物半導体発光素子などのような発光素子の出力を示す指標として、外部量子効率が用いられる。外部量子効率が高ければ、出力の高い発光素子ということができる。
外部量子効率は、内部量子効率と光取り出し効率を掛け合わせたものとして表される。内部量子効率とは、素子に注入した電流のエネルギーのうち、光に変換される割合である。また、光取り出し効率とは、半導体結晶内部で発生した光のうち、外部に取り出すことができる割合である。内部量子効率および／または光取り出し効率を向上させることにより、外部量子効率を向上させることができる。
【０００５】
光取り出し効率を向上させるためには、主として２通りの方法がある。一つは、化合物半導体、電極、保護膜等、屈折率が異なる材料同士の界面で発生する反射損失を低減させる方法であり、もう一つは、光取り出し面に形成される電極、保護膜などによる光吸収を低減させる方法である。
【０００６】
反射損失を低減させる方法としては、たとえば、光取り出し面側に微細な凹凸加工を施す方法がある。特許文献１は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関するものであり、サファイア基板Ｃ面（０００１）のオフ基板の上に発光素子となる窒化ガリウム系化合物半導体層が成長され、その窒化ガリウム系化合物半導体の最上層の表面が非鏡面とされている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が開示されている。化合物半導体の光取り出し面側に微細な凹凸加工を施して非鏡面とすることにより、屈折率が異なる材料同士の界面で発生する反射損失を低減させている。
しかし、化合物半導体に微細な凹凸加工を施す構成なので、化合物半導体にダメージを残し、内部量子効率を低下させて、発光強度を増加させることができなかった。
【０００７】
また、光吸収を低減させる方法としては、たとえば、ｐ型半導体上に透明電極を設ける方法がある。従来、ＧａＮ系化合物半導体発光素子のｐ型半導体上に透明電極を設ける場合、Ｎｉ／Ａｕ等の金属からなる透明電極が使用されていた。しかし、近年、ＩＴＯ等の透光性導電膜層が産業レベルで実用化され、前記透明電極として積極的に用いられるようになっている。
しかし、ＩＴＯの屈折率１．９は、ＧａＮ系化合物半導体の屈折率２．６に比べて小さいので、ＩＴＯとＧａＮ系化合物半導体との間で全反射が生じてしまい、充分に光を取り出すことができなかった。
【０００８】
酸化チタンの屈折率は、波長４５０ｎｍの光に対して２．６であり、ＧａＮ系化合物半導体の屈折率とほぼ同じ値となる。そして、酸化チタンは絶縁体であるが、近年、Ｎｂなどを添加することにより、導電体化することが明らかとなっている（非特許文献１参照）。
そのため、特許文献２及び特許文献３には、ｐ型半導体層上に酸化チタン系導電膜からなる透明電極を用いた構成が開示されている。
【０００９】
たとえば、特許文献２は、発光素子及びその製造方法、並びにランプに関するものであり、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、酸化チタン系導電膜層がこの順で積層された発光素子であって、酸化チタン系導電膜層が、光取り出し層としてなる第１層と、当該第１層の前記ｐ型半導体層側に配され、電流拡散層としてなる第２層とを有してなる発光素子が開示されている。
【００１０】
また、特許文献３は、半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプに関するものであり、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層、酸化チタン系導電膜層がこの順で積層された半導体発光素子であって、酸化チタン系導電膜層の少なくとも一部に凹凸面が形成されてなる半導体発光素子が開示されている。
しかし、これらの構成を用いても、発光素子の駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させることはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第２８３６６８７号公報
【特許文献２】特開２００７−２２０９７１号公報
【特許文献３】特開２００７−２２０９７２号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】アメリカン・インスティテュート・オブ・フィジックス（Ａｍｅｒｉｃａｎ  ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）「ア・トランスペアレント・メタル：Ｎｂ−ドープ・アナテーゼ  ＴｉＯ２（Ａ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｍｅｔａｌ：Ｎｂ−Ｄｏｐｅｄ  ａｎａｔａｓｅ  ＴｉＯ２）」、アプライド・フィジックス・レター｛Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ  ８６，２５２１０１（２００５）｝，（アメリカ合衆国），２００５年６月２０日，ｐ２５２１０１−２５２１０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子、その製造方法、ランプ、電子機器及び機械装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
（１）  基板の一面に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、酸化チタン系導電膜層と、がこの順で積層された発光素子であって、前記ｐ型半導体層と前記酸化チタン系導電膜層との間に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とが存在し、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物の全量に対する前記第２の酸化物の質量割合が１〜２０質量％の範囲であることを特徴とする発光素子。
【００１５】
（２）  前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物が、前記ｐ型半導体層を少なくとも部分的に覆っていることを特徴とする（１）に記載の発光素子。
（３）  前記ｐ型半導体層と前記酸化チタン系導電膜層との間に、前記第１の酸化物と前記第２の酸化物とを含む透光性導電酸化物層が形成されていることを特徴とする（１）に記載の発光素子。
（４）  前記透光性導電酸化物層の膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする（３）に記載の発光素子。
【００１６】
（５）  前記透光性導電酸化物層が、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯの群から選択される少なくとも１種類以上の材料からなることを特徴とする（３）または（４）に記載の発光素子。
（６）  前記酸化チタン系導電膜層が、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂの群から選択される少なくとも１種類以上の元素を含むＴｉ酸化物からなることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の発光素子。
（７）  前記酸化チタン系導電膜層の膜厚が３５〜２０００ｎｍの範囲であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の発光素子。
【００１７】
（８）  前記酸化チタン系導電膜層が、粒状結晶からなることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の発光素子。
（９）  前記ｎ型半導体層と、前記発光層と、前記ｐ型半導体層が、窒化物系化合物半導体からなることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の発光素子。
（１０）  前記窒化物系化合物半導体が、ＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする（９）に記載の発光素子。
【００１８】
（１１）  基板の一面にｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とをこの順で積層した後、スパッタ法で、前記ｐ型半導体層の表面に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれか元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物と、を含む透光性導電酸化物層を形成する工程と、前記透光性導電酸化物層上に酸化チタン系導電膜層を形成する工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
（１２）  前記透光性導電酸化物層形成工程で、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物が前記ｐ型半導体層を少なくとも部分的に覆うように、前記透光性導電酸化物層の膜厚を薄く形成することを特徴とする（１１）に記載の発光素子の製造方法。
【００１９】
（１３）  酸化チタン系導電膜層を形成した後、アニール処理を行うことを特徴とする（１１）または（１２）に記載の発光素子の製造方法。
（１４）  （１）〜（１０）のいずれかに記載の発光素子を備えたことを特徴とするランプ。
（１５）  （１４）に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
（１６）  （１５）に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【発明の効果】
【００２０】
上記の構成によれば、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子、その製造方法、ランプ、電子機器及び機械装置を提供することができる。
【００２１】
本発明の発光素子は、基板の一面に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、酸化チタン系導電膜層と、がこの順で積層された発光素子であって、前記ｐ型半導体層と前記酸化チタン系導電膜層との間に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とが存在し、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物の全量に対する前記第２の酸化物の質量割合が１〜２０質量％の範囲である構成なので、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減するとともに、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
すなわち、ｐ型半導体層上のオーミックコンタクト層は、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とが存在し、第１及び第２の酸化物全量に対する前記第２の酸化物の質量割合が１〜２０質量％の範囲である透光性導電酸化物層であり、その上に波長４５０ｎｍの光に対して屈折率が２．６であって、ＧａＮ系化合物半導体の屈折率とほぼ同じ値となり、そのため光取り出し効率を向上させることができる。
さらに、前記ｐ型半導体層と前記酸化チタン系導電膜層との間に形成される透光性導電酸化物層の膜厚が１０ｎｍ以下であるときは、上記効果を格段に向上させることができる。
【００２２】
本発明の発光素子の製造方法は、基板の一面にｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とをこの順で積層した後、スパッタ法で、前記ｐ型半導体層の表面に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれか元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物と、を含む透光性導電酸化物層を形成する工程と、前記透光性導電酸化物層上に酸化チタン系導電膜層を形成する工程と、を有する構成なので、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減するとともに、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させた発光素子を製造することができる。
【００２３】
本発明のランプは、先に記載の発光素子を備えた構成なので、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減するとともに、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させたランプとすることができる。
【００２４】
本発明の電子機器は、先に記載のランプが組み込まれている構成なので、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減するとともに、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させたランプを備えた電子機器とすることができる。
【００２５】
本発明の機械装置は、先に記載の電子機器が組み込まれている構成なので、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減するとともに、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させたランプを備えた機械装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の発光素子の一例を示す図であって、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図２】本発明の発光素子の製造方法の一例を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の発光素子の製造方法の一例を示す製造工程図である。
【図４】本発明の発光素子の製造方法の一例を示す製造工程図である。
【図５】本発明の発光素子の製造方法の一例を示す製造工程図である。
【図６】本発明の発光素子の製造方法の一例を示す製造工程図である。
【図７】本発明の発光素子の製造方法の一例を示す製造工程図である。
【図８】本発明のランプの一例を示す断面図である。
【図９】本発明の発光素子の別の一例を示す図であって、図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
（第１の実施形態）
＜発光素子＞
本発明の第１の実施形態である発光素子について説明する。
図１は、本発明の実施形態である発光素子の一例を示す図であって、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態である発光素子１は、略矩形状のｎ型半導体層１２と、光触媒反応防止層１６と、円形状の正極１７と、円形状の負極１８と、を有して概略構成されている。
また、図１（ｂ）に示すように、本発明の実施形態である発光素子１は、基板１１上にｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４と、透光性導電酸化物層３９と、酸化チタン系導電膜１５と、正極１７とがこの順序で積層されて概略構成されている。なお、以下の説明では、各層の基板１１と反対側の面を一面と呼称する。
また、発光層１３、ｐ型半導体層１４およびｎ型半導体層１２の一部が切り欠けられており、ｎ型半導体層１２の一面１２ａ上に負極１８が形成されている。
さらに、正極１７の側面１７ｂ及び上面周辺部１７ａと、酸化チタン系導電膜１５の側面１５ｂおよび一面１５ａと、ｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４の露出面並びに負極１８の側面を覆うように光触媒反応防止層１６が形成されている。なお、光触媒反応防止層１６は保護層１６とも呼ばれる。
以下、各層について説明する。
【００２８】
＜基板＞
基板１１としては、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶等の酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶及びＺｒＢ２等のホウ化物単結晶等の周知の基板材料を用いることができる。また、これら周知の基板材料以外の如何なる基板材料を何ら制限なく用いることができる。これらの周知の基板材料の中でも、特に、サファイア単結晶及びＳｉＣ単結晶が好ましい。
なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いし、オフ角を付与した基板であっても良い。
【００２９】
＜窒化物系化合物半導体＞
図１（ｂ）に示すように、基板１１上には、ｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４が積層されている。なお、ｎ型半導体層１２と基板１１との間には、通常、図示略のバッファ層が設けられている。使用する基板やエピタキシャル層の成長条件によっては、前記バッファ層が不要である場合がある。
ｎ型半導体層１２、発光層１３、ｐ型半導体層１４及びバッファ層として、窒化物系化合物半導体を用いることができる。
【００３０】
窒化物系化合物半導体には、例えば、一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体がある。本発明では、一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００３１】
窒化物系化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ及びＡｓなどの元素を含有することもできる。
さらに、窒化物系化合物半導体は、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
なお、ＧａＮ系化合物半導体の屈折率は２．６である。
【００３２】
＜ｎ型半導体層＞
ｎ型半導体層１２は、通常、下地層と、ｎ型コンタクト層と、ｎ型クラッド層とから構成される。ｎ型コンタクト層は、下地層および／またはｎ型クラッド層を兼ねることができる。
下地層は、ＡｌＸＧａ１―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、下地層の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上が最も好ましい。下地層の膜厚を１μｍ以上とすることにより、結晶性の良好なＡｌＸＧａ１―ＸＮ層が得られやすくなる。
【００３３】
下地層は、アンドープ（＜１×１０１７／ｃｍ３）で形成することが好ましい。下地層をアンドープで形成することにより、良好な結晶性を維持することができる。しかし、１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲内であればｎ型不純物をドープしてもよい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎ等を挙げることができ、Ｓｉ及びＧｅが好ましい。
【００３４】
ｎ型コンタクト層としては、下地層と同様にＡｌＸＧａ１―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型コンタクト層は、ｎ型不純物がドープされていることが好ましい。また、ｎ型不純物の濃度を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３とすることが好ましく、１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３とすることがより好ましい。ｎ型不純物の濃度を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３とすることにより、負極と良好なオーミック接触を維持することができるとともに、クラックの発生を抑制し、良好な結晶性を維持することができる。
ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎ等を挙げることができ、Ｓｉ及びＧｅが好ましい。
【００３５】
ｎ型コンタクト層と下地層は、同一組成の窒化物系化合物半導体からなることが好ましい。
そして、ｎ型コンタクト層と下地層の合計の膜厚は１〜２０μｍとすることが好ましく、２〜１５μｍとすることがより好ましく、３〜１２μｍとすることがさらに好ましい。
ｎ型コンタクト層と下地層との合計の膜厚が１〜２０μｍであれば、窒化物系化合物半導体の結晶性を良好に維持することができる。
【００３６】
ｎ型コンタクト層と発光層１３との間には、ｎ型クラッド層を設けることが好ましい。ｎ型クラッド層を設けることにより、ｎ型コンタクト層の最表面に生じた、平坦性の悪化した箇所を埋めることができる。
ｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成することができる。なお、明細書中各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮに記述することができる。ｎ型クラッド層は、これらの組成から選択される２つ以上の組成を複数回積層した超格子構造としてもよい。
ｎ型クラッド層のバンドギャップは、発光層１３のバンドギャップよりも大きくする。
【００３７】
ｎ型クラッド層の膜厚は、特に限定されないが、０．００５〜０．５μｍとすることが好ましく、０．００５〜０．１μｍとすることがより好ましい。
また、ｎ型クラッド層のｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３とすることが好ましく、１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３とすることがより好ましい。ｎ型クラッド層のｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３であると、良好な結晶性を維持することができるとともに、発光素子の動作電圧を低減することができる。
【００３８】
＜発光層＞
ｎ型半導体層１２上に積層される発光層１３としては、窒化物系化合物半導体からなる発光層が通常用いられる。窒化物系化合物半導体としては、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）を挙げることができる。
発光層１３の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚とすることが好ましい。具体的には、発光層１３の膜厚を１〜１０ｎｍとすることが好ましく、２〜６ｎｍとすることがより好ましい。発光層１３の膜厚を１〜１０ｎｍとすることにより、発光出力を向上させることができる。
また、発光層１３は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造としても、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造としてもよい。多重量子井戸（ＭＱＷ）構造は、たとえば、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮからなる井戸層（以下、ＧａＩｎＮ井戸層）と、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜０．３かつｂ＞ｃ）からなる障壁層（以下、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層）と、を互いに違いになるように複数積層してなる。前記井戸層および／または前記障壁層にはそれぞれ不純物をドープしてもよい。
前記障壁層として、ＳｉドープＧａＮ障壁層を用いてもよい。
【００３９】
＜ｐ型半導体層＞
ｐ型半導体層１４は、通常、ｐクラッド層と、ｐコンタクト層とから構成される。しかし、ｐコンタクト層がｐクラッド層を兼ねてもよい。
ｐクラッド層としては、発光層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１３へキャリアを閉じ込められるものであれば特に限定されない。たとえば、ｐクラッド層として、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）を挙げることができる。ｐクラッド層をＡｌｄＧａ１−ｄＮで構成することにより、発光層１３へキャリアを閉じ込めることができる。
また、ｐクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、１〜４００ｎｍとすることが好ましく、５〜１００ｎｍとすることがより好ましい。また、ｐクラッド層のｐ型ドープ濃度は１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３とすることが好ましく、１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３とすることがより好ましい。ｐクラッド層のｐ型ドープ濃度は１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３とすることにより、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶を得ることができる。
【００４０】
ｐコンタクト層としては、少なくともＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含む窒化物系化合物半導体層を用いることができる。
ＡｌｅＧａ１−ｅＮにおけるＡｌ組成を０≦ｅ＜０．５とすることにより、良好な結晶性を維持することができるとともに、ｐオーミック電極と良好にオーミック接触させることができる。また、ｐコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度は１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３とすることが好ましく、５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３とすることがより好ましい。ｐコンタクト層のｐ型ドーパントの濃度を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３とすることにより、良好なオーミック接触を維持し、クラックの発生を防止し、良好な結晶性を維持することができる。
また、ｐ型ドーパント（ｐ型不純物）としては、特に限定されないが、例えば、Ｍｇを挙げることができる。また、ｐコンタクト層の膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍとすることが好ましく、０．０５〜０．２μｍとすることがより好ましい。ｐコンタクト層の膜厚を０．０１〜０．５μｍとすることにより、発光出力を向上させることができる。
【００４１】
＜透光性導電酸化物層＞
ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間には、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とを有する透光性導電酸化物層３９が形成されている。
つまり、透光性導電酸化物層３９には、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とが存在している。
【００４２】
前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物の全量に対する前記第２の酸化物の質量割合は１〜２０質量％の範囲とすることが好ましく、５〜２０質量％の範囲とすることがより好ましい。
ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間にこれらの元素を前記濃度範囲で存在させることにより、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間の接触抵抗を低減させ導電性を向上させることができ、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減させることができる。
また、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とを存在させたとしても、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過率を確保することができ、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。
【００４３】
透光性導電酸化物層３９の膜厚は１０ｎｍ以下とすることが好ましく、８ｎｍ以下とすることがより好ましく、５ｎｍ以下とすることが更に好ましい。
ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間にこれらの酸化物を有する透光性導電酸化物層３９を１０ｎｍ以下の膜厚で存在させることにより、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間の導電性を向上させることができ、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減させることができる。
また、透光性導電酸化物層３９の膜厚は０．３ｎｍ以上とすることが好ましい。０．３ｎｍ未満の場合には、薄膜がゆえに十分な導電性を得ることが難しくなる。
【００４４】
透光性導電酸化物層３９には、たとえば、屈折率１．９のＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（以下、ＩＴＯ）、屈折率２．１のＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３（以下、ＡＺＯ）、屈折率１．９のＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ（以下、ＩＺＯ）、屈折率２．１のＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３（以下、ＧＺＯ）などの１種以上の酸化物からなる膜を用いることができる。
ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間にこれらの元素を有する透光性導電酸化物層３９を１０ｎｍ以下の膜厚で存在させることにより、ｐ型半導体層１４と透光性導電酸化物層３９との間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させることができる。また、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過率を確保することができ、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。
【００４５】
たとえば、ｐ型半導体層１４／透光性導電酸化物層３９／酸化チタン系導電膜層１５を、ＧａＮ系化合物半導体（屈折率２．６）／ＩＴＯ（屈折率１．９）／Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ）（屈折率２．６）とし、ＩＴＯの膜厚を厚くした場合には、一般に、発光層１３から放射された光が、ＧａＮ系化合物半導体とＩＴＯの間で全反射してしまい、光取り出し効率を低下させる。
しかし、本実施形態では、透光性導電酸化物層３９であるＩＴＯの膜厚を１０ｎｍ以下とする構成なので、ＧａＮ系化合物半導体とＩＴＯの間で光が全反射されることがなく、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。さらにまた、透光性導電酸化物層３９の膜厚は１０ｎｍ以下とされているので、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過率を確保することができ、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。
【００４６】
＜酸化チタン系導電膜層＞
ｐ型半導体層１４上には、酸化チタン系導電膜層１５が形成されている。酸化チタン系導電膜１５は、透明電極として用いられる。すなわち、酸化チタン系導電膜１５は、光取り出し層として用いられると同時に、電流拡散層として用いられる。
【００４７】
酸化チタン系導電膜層１５は、Ｔｉと、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂから選択される少なくとも１種類の元素と、を含む酸化物からなることが好ましい。
前記酸化物の組成は、Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ）で表される。Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２における組成Ｘは１〜２０ａｔ％とすることが好ましく、２〜１０ａｔ％とすることがより好ましい。Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２における組成Ｘが１ａｔ％未満であると、Ａの添加効果が小さく、良好な導電性を得られない。逆に、Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２における組成Ｘが２０ａｔ％を超えると、３００〜５５０ｎｍの波長における透過率が低下して、発光素子の出力を低下させる。
なお、Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ）の屈折率は２．６である。
【００４８】
Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ）は、酸素欠損状態とすることが好ましい。Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ）の導電性は、酸素組成によって変化し、酸素欠損状態とすると、Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２の導電性が高くなるためである。
酸素欠損状態の作成方法として、金属を用いた酸素との反応性蒸着、あるいは反応性スパッタで酸素量を調整する方法や、酸素欠損状態にある金属酸化物タブレットまたはターゲットを用いる方法、及び、酸化チタン系導電膜成膜後にＮ２やＨ２などの還元性雰囲気でアニールを行う方法等を用いることができる。
【００４９】
酸化チタン系導電膜層１５の膜厚は、３５ｎｍ〜２０００ｎｍとすることが好ましく、５０ｎｍ〜１０００ｎｍとすることがより好ましく、１００ｎｍ〜５００ｎｍとすることが最も好ましい。酸化チタン系導電膜層１５の膜厚が３５ｎｍ未満の場合には、電流拡散効率が低下する。逆に、酸化チタン系導電膜層１５の膜厚が２０００ｎｍを超える場合には、透過率が悪くなって出力が低下する。
【００５０】
酸化チタン系導電膜層１５の結晶構造は、特に限定されないが、ルチル型、アナターゼ型、ブルッカイト型（斜方晶）の中でも低温で生成しやすいアナターゼ型とすることが好ましい。酸化チタン系導電膜層１５の結晶構造をアナターゼ型とすることにより、導電性を良好とすることができる。
しかし、酸化チタン系導電膜層１５は光触媒作用（光触媒反応性）を有しており、中でもアナターゼ型が最も光触媒作用の高い結晶構造であるので、光触媒反応性を抑制する何らかの手当てが必要となる。酸化チタンは、前記光触媒作用により、水や有機物を分解する。そのため、酸化チタン系導電膜層１５を有する発光素子を、樹脂等の有機物によって封入してランプを構成した場合、前記有機物が光により分解され、発光素子に対して悪影響を及ぼすおそれがある。
【００５１】
たとえば、酸化チタン系導電膜層１５に、鉄、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム等を添加することにより、酸化チタン系導電膜の光触媒作用を弱めることができる。但し、これらの元素の添加量は、酸化チタン系導電膜の導電性と透過性を著しく損なうことの無い範囲とする必要がある。
また、後述するように、光触媒反応防止層を形成することにより、この光触媒反応を抑制することもできる。
【００５２】
＜正極＞
酸化チタン系導電膜層１５の一面１５ａには、正極１７が形成されている。正極１７は、ボンディングパッドとして使用される。
正極１７としては、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等の周知の材料及び前記材料を用いた各種構造を何ら制限無く用いることができる。
正極１７の厚さは１００ｎｍ〜１０μｍとすることが好ましく、３００ｎｍ〜３μｍとすることがより好ましい。正極１７の厚さを３００ｎｍ以上とすることにより、ボンディングパッドとしてのボンダビリティーを向上させることができる。また、正極１７の厚さを３μｍ以下とすることにより、製造コストを低減できる。
【００５３】
＜光触媒反応防止層（保護膜層）＞
図１（ｂ）に示すように、正極１７の側面１７ｂ及び上面周辺部１７ａと、酸化チタン系導電膜層１５の側面１５ｂ及び一面１５ａと、ｎ型半導体層１２の一面、発光層１３およびｐ型半導体層１４の露出面並びに負極１８の側面を覆うように、光触媒反応防止層１６が形成されている。このように光触媒反応防止層１６を形成することにより、発光素子１内部への水分等の浸入を防止して、発光素子１の劣化を抑制できる。特に、光触媒反応防止層１６と透光性導電酸化物層３９との界面への水分等の浸入を防止して、酸化チタン系導電膜層１５の光触媒作用を防止することができる。
【００５４】
光触媒反応防止層１６としては、絶縁性透明膜を用いることができる。
絶縁性透明膜としては、絶縁性を有するとともに、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において、８０％以上の透過率を有する材料であればよい。たとえば、酸化シリコン（例えば、ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（例えば、ＨｆＯ２）、酸化ニオブ（例えば、Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（例えば、Ｔａ２Ｏ５）、窒化シリコン（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（例えば、ＡｌＮ）等を用いることができる。このうちＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、ＣＶＤ成膜で緻密な膜が容易に作製でき、より好ましい。Ａｌ２Ｏ３は、ＣＶＤ法で成膜することにより、高温高湿下での信頼性がより向上させることができるので、さらに好ましい。
【００５５】
光触媒反応防止層１６の膜厚は、特に限定されるものではないが、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲であることが好ましい。光触媒反応防止層１６の膜厚が１０ｎｍ未満であると、薄すぎて水分などの浸入を防ぐことができない。また、光触媒反応防止層１６の膜厚の上限は、特に限定されないが、生産性の点から１０μｍとすることが好ましい。
【００５６】
なお、酸化チタン系導電膜１５と光触媒反応防止層１６の間には、他の透明膜等を配しても良い。特に、酸化チタン系導電膜１５の屈折率２．６と、光触媒反応防止層１６の屈折率の間の数値の屈折率を有する透明膜を挟むことにより、光取り出し効率を向上させることができる。
例えば、光触媒反応防止層１６にＳｉＯ２（屈折率１．５）またはＡｌ２Ｏ３（屈折率１．６）を用いる場合、屈折率が１．６〜２．６となる透明膜を挟み込むことが好ましい。
前記透明膜としては、ＣｅＯ２（屈折率２．２）、ＨｆＯ２（屈折率１．９）、ＭｇＯ（屈折率１．７）、ＩＴＯ（屈折率１．９）、Ｎｂ２Ｏ５（屈折率２．３）、Ｔａ２Ｏ５（屈折率２．２）、Ｙ２Ｏ３（屈折率１．９）、ＺｎＯ（屈折率２．１）、ＺｒＯ２（屈折率２．１）等を挙げることができる。
【００５７】
＜負極＞
負極１８は、図１に示すように、基板１１上に積層されたｎ型半導体層１２、発光層１３およびｐ型半導体層１４の一部を除去してｎ型半導体層１２のｎ型コンタクト層を露出させ、ｎ型半導体層１２に接するように形成される。負極１８は、ボンディングパッドとして使用される。
負極１８としては、周知の各種組成および構造の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
【００５８】
次に、本発明の実施形態である発光素子の製造方法について説明する。
図２は、本発明の実施形態である発光素子の製造方法の一例を示すフローチャート図である。
図２に示すように、本発明の実施形態である発光素子の製造方法は、窒化物系化合物半導体層形成工程Ｓ１と、ｎ型半導体層露出工程Ｓ２と、透光性導電酸化物層形成工程Ｓ３と、酸化チタン系導電膜層形成工程Ｓ４と、電極形成工程Ｓ５と、光触媒反応防止層形成工程Ｓ６と、を有する。
以下、各工程について、図３〜６に示す製造工程図を用いて説明する。
【００５９】
＜窒化物系化合物半導体層形成工程Ｓ１＞
窒化物系化合物半導体層形成工程Ｓ１は、基板１１の一面１１ａに、ｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４と、からなる窒化物系化合物半導体をこの順に積層する工程である。
【００６０】
窒化物系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）等、窒化物半導体を成長させる全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。
【００６１】
ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。
【００６２】
また、ｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。
また、ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。
【００６３】
さらにまた、ｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ原料として、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
【００６４】
本実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いた一例について説明する。
まず、サファイア製の基板１１の一面１１ａに、バッファ層３１と、下地層３２と、ｎ型コンタクト層３３と、ｎ型クラッド層３４とをこの順に積層してｎ型半導体層１２を形成する。
【００６５】
下地層３２を成長させる際の成長温度は８００〜１２００℃とすることが好ましく、１０００〜１２００℃とすることがより好ましい。この温度範囲内で成長させることにより、結晶性の良い下地層を得ることができる。また、ＭＯＣＶＤ成長炉内の圧力は１５〜４０ｋＰａに調整することが好ましい。また、ｎ型コンタクト層３３の成長温度は、下地層３２の成長温度と同様に、８００〜１２００℃とすることが好ましく、１０００〜１２００℃とすることがより好ましい。
【００６６】
次に、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層と、ＧａＩｎＮ井戸層とを複数回積層し、最後にＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層を積層して多重量子井戸構造からなる発光層１３を形成する。
ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層の成長温度は７００℃以上とすることが好ましく、８００〜１１００℃とすることがより好ましい。ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層の成長温度を８００〜１１００℃とすることにより、結晶性を良好にすることができる。また、ＧａＩｎＮ井戸層の成長温度は６００〜９００℃とすることが好ましく、７００〜９００℃とすることがより好ましい。ＧａＩｎＮ井戸層の成長温度は６００〜９００℃とすることにより、結晶性を良好にすることができる。すなわち、ＭＱＷ構造の結晶性を良好にするためには、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層の形成時の成長温度と、ＧａＩｎＮ井戸層の形成時の成長温度と、を変えることが好ましい。
なお、障璧層として、ＳｉドープＧａＮ障壁層を用いてもよい。
【００６７】
次に、ｐ型クラッド層３７と、ｐ型コンタクト層３８を積層してｐ型半導体層１４を形成する。
これにより、図３に示すｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４と、からなる窒化物系化合物半導体層を形成した基板（以下、第１の半導体基板）４１を得ることができる。
【００６８】
＜ｎ型半導体層露出工程Ｓ２＞
ｎ型半導体層露出工程Ｓ２は、ｎ型半導体層１２の一部を露出させる工程である。この露出領域は、負極を形成する領域であり、ｎ型コンタクト層３３を反応性イオンエッチング法により露出させてなる。
まず、レジストをｐ型半導体層１４の全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、負極形成領域からレジストを除去する。
次に、真空蒸着装置内にセットして、圧力４×１０−４Ｐａ以下で、エレクトロンビーム法により、Ｎｉ及びＴｉを膜厚がそれぞれ約５０ｎｍ及び３００ｎｍとなるように積層する。
【００６９】
次に、リフトオフ技術により、負極形成領域以外の金属膜をレジストとともに除去して、エッチングマスクを形成する。
次に、反応性イオンエッチング装置のエッチング室内の電極上に、第１の半導体基板４１を載置し、エッチング室を１０−４Ｐａに減圧した後、エッチングガスとしてＣｌ２を供給してｎ型コンタクト層３３が露出するまでエッチングする。エッチング後、反応性イオンエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去する。
これにより、図４に示すｎ型半導体層１２の一部を露出させた基板（以下、第２の半導体基板）４２を得ることができる。
【００７０】
＜透光性導電酸化物層形成工程Ｓ３＞
次に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とを、有するターゲットを真空チャンバー内の所定の位置に取り付ける。
次に、ｐ型半導体層１４の一面１４ａをターゲットと対向させるように、第２の半導体基板４２を取り付ける。
次に、成膜速度および成膜時間を調整して、前記ターゲットをスパッタすることにより、ｐ型半導体層１４の一面１４ａに、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とを、付着させて、透光性導電酸化物層３９を形成することができる。
これにより、図５に示す透光性導電酸化物層３９を形成した基板（以下、第３の半導体基板）４３を得ることができる。
【００７１】
なお、前記ターゲットとして、たとえば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ又はＧＺＯターゲットを用いた場合には、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯの群から選択される少なくとも１種類以上の材料からなる透光性導電酸化物層３９を形成できる。また、透光性導電酸化物層３９は、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層表面の正極を形成する領域にのみ形成することが好ましい。
【００７２】
＜酸化チタン系導電膜層形成工程Ｓ４＞
酸化チタン系導電膜層形成工程Ｓ４は、透光性導電酸化物層３９上に酸化チタン系導電膜層１５を形成する工程である。
酸化チタン系導電膜層１５の成膜方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法など何れの方法も用いることができる。
蒸着法（真空蒸着法）を用いる場合、Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ）のタブレットを用いて、抵抗加熱やＥＢ加熱等の何れの方法を用いても成膜することができる。また、それぞれの単体金属酸化物を、別々の蒸着源として成膜することもできる。この方法を用いることにより、組成制御が容易になる利点がある。例えば、ＴｉＯ２とＴａ２Ｏ５をそれぞれ別々の蒸着源で成膜し、任意のＴｉ１−ｘＴａｘＯ２組成を作製することができる。さらに、単体金属や合金金属を使用し、酸素ガスを導入して、プラズマ等を用いて反応性成膜をすることもできる。例えば、ＴｉとＴａを別々の蒸着源で蒸発させ、プラズマでＴｉとＴａを酸素ガスと反応させてＴｉ１−ｘＴａｘＯ２組成を作製することができる。また、密着性や緻密さを向上させるため、基板加熱やイオンアシストを用いても良い。
【００７３】
なお、蒸着法は、蒸着時の粒子のエネルギーがあまり大きくないため、得られる酸化チタン系導電膜からなる膜は、アモルファス状態あるいはそれに準じた結晶性が低い膜となる。しかし、蒸着中の基板温度を３００℃〜８００℃としたり、成膜後に３００℃〜８００℃で熱処理することにより、緻密で結晶性の高い膜とすることができる。前記熱処理温度を３００℃未満とした場合には、結晶化を向上させる効果が小さく、緻密で結晶性の高い膜とすることができない。逆に、前記熱処理温度を８００℃超とした場合には、窒化物系化合物半導体にダメージを与える。
【００７４】
スパッタ法を用いる場合、Ｔｉ１−ｘＡｘＯ２（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ）のターゲットを用いて、ＲＦ、ＤＣ等の何れの方法を用いても成膜することができる。また、それぞれの単体金属酸化物を別々のターゲットとして成膜することもできる。単体金属酸化物を別々のターゲットとして成膜する方法を用いることにより、容易に組成制御をできる。例えば、ＴｉＯ２とＴａ２Ｏ５を、それぞれ別々のターゲットで成膜し、任意の組成のＴｉ１−ｘＴａｘＯ２を作製することができる。さらに、単体金属や合金金属を使用し、酸素ガスを導入して、反応性スパッタリング成膜をすることもできる。例えば、ＴｉとＴａを別々のターゲットで放電させ、プラズマ中でＴｉとＴａを酸素ガスと反応させてＴｉ１−ｘＴａｘＯ２組成を作製することができる。また、密着性や緻密さを向上させるため、基板加熱やバイアスを用いても良い。
【００７５】
なお、スパッタ法は、スパッタ時のスパッタ粒子のエネルギーが大きく、緻密で結晶性の高い酸化チタン系導電膜層１５を得ることができる。酸化チタン系導電膜層１５を緻密で結晶性の高い膜として形成することにより、酸化チタン系導電膜層１５をエッチング時に侵食されにくいものとすることができる。
【００７６】
本実施形態では、公知のフォトリソグラフィー技術、リフトオフ技術及びスパッタ法または真空蒸着法を用いて、Ｔｉ０．９５Ｎｂ０．０５Ｏ２からなる酸化チタン系導電膜層１５を成膜する。
これにより、図６に示す酸化チタン系導電膜層１５を形成した基板（以下、第４の半導体基板）４４を得ることができる。
その後、たとえば、処理温度を３５０℃として、アニール処理を行う。これにより、透光性導電酸化物層３９の膜厚が薄く、層として形成されていない場合でも、ｐ型半導体層１４の一面１４ａに付着させた、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物の構成元素を、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間で拡散させることができる。
【００７７】
＜電極形成工程Ｓ５＞
電極形成工程Ｓ５は、酸化チタン系導電膜層１５の一面１５ａに正極１７を形成し、ｎ型半導体層１２の露出された一面１２ａに負極１８を形成する工程である。
まず、リフトオフと呼ばれる周知の手順及び周知の積層方法を用いて、酸化チタン系導電膜層１５の一面１５ａ及びｎ型半導体層１２の露出された一面１２ａに、Ａｕからなる第１の層、Ｔｉからなる第２の層、Ａｌからなる第３の層、Ｔｉからなる第４の層、Ａｕからなる第５の層を順に積層し、５層構造の正極１７及び負極１８を形成する。
これにより、図７に示す電極を形成した基板（以下、第５の半導体基板）４５を得ることができる。
【００７８】
＜光触媒反応防止層形成工程Ｓ６（保護膜層形成工程Ｓ６）＞
光触媒反応防止層形成工程Ｓ６は、酸化チタン系導電膜層１５を覆うように光触媒反応防止層１６を形成する工程である。
光触媒反応防止層１６の成膜には、スパッタ法やＣＶＤ法などの緻密な膜ができる成膜方法を用いることができる。特に、ＣＶＤ法を用いた方が、より緻密な膜ができるので好ましい。
【００７９】
ＣＶＤ法でＳｉＯ２を成膜する場合は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＭＳ（トリメトキシシラン）、ＳｉＨ４などを原料として用いることができる。
また、ＣＶＤ法でＡｌ２Ｏ３を成膜する場合は、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＤＭＡ（ジメチルアルミニウム）、アルコキシ化合物（イソプロポキシジメチルアルミニウム、ｓｅｃ−ブトキシジメチルアルミニウム、イソプロポキシジエチルアルミニウム、ｔｅｒｔ−ブトキシジメチルアルミニウム）などを原料として用いることができる。
【００８０】
なお、ＳｉＯ２を作製するために用いられるＳＯＧ（スピン・オン・グラス）等の液体塗布材料を用いる方法は、緻密な膜が作りにくいため、光触媒反応防止層１６の形成方法として好ましくない。また、この方法で作製する膜は、アニールしても膜中に水分が残留してしまい、光触媒反応防止層１６には適さない。
【００８１】
本実施形態では、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、正極１７の中心部及び負極１８を除いて、Ａｌ２Ｏ３からなる光触媒反応防止層１６をＣＶＤ法により形成する。これにより、光触媒反応防止層１６を形成した基板（以下、第６の半導体基板）を得ることができる。
この後、第６の半導体基板を分割（チップ化）して、図１に示す発光素子１を得ることができる。
【００８２】
＜ランプ＞
次に、本発明の実施形態であるランプ（ＬＥＤランプ）について説明する。
図８は、本発明の実施形態であるランプの一例を示す断面模式図である。
図８に示すように、本発明の実施形態であるランプ５は、図１に示したフェイスアップ型の窒化物系半導体からなる発光素子１が、フレーム５１、５２にワイヤー５３、５４により接合されており、モールド５５で砲弾型に実装されて概略構成されている。
【００８３】
本発明の実施形態であるランプ（ＬＥＤランプ）５は、本発明の実施形態である発光素子１を用いて、従来公知の方法により製造することができる。
具体的には、例えば、２本のフレーム５１、５２の内の一方（図８ではフレーム５１）に発光素子１を樹脂等で接着し、該発光素子１の正極１７及び負極１８を、金等の材質からなるワイヤー５３、５４でそれぞれフレーム５１、５２に接合した後、透明な樹脂からなるモールド５５で発光素子１の周辺をモールドすることにより、図８に示す砲弾型のランプを作成することができる。
【００８４】
なお、ランプ５は上記の構成には限定されるものではない。例えば、モールド５５に蛍光体を分散させたり、発光素子１と蛍光体を有するカバーとを組み合わせてもよい。発光素子１の発光色と前記蛍光体の発光色を混色させて、白色のランプを構成することができる。
また、ランプ５は、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
【００８５】
本発明の実施形態である発光素子１は、基板１１の一面１１ａに、ｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４と、酸化チタン系導電膜層１５と、がこの順で積層された発光素子であって、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とが存在し、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物の全量に対する前記第２の酸化物の質量割合が１〜２０質量％の範囲である構成なので、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減するとともに、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００８６】
本発明の実施形態である発光素子１は、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間に、前記第１の酸化物と前記第２の酸化物とを含む透光性導電酸化物層３９が形成されている構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００８７】
本発明の実施形態である発光素子１は、透光性導電酸化物層３９の膜厚が１０ｎｍ以下である構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００８８】
本発明の実施形態である発光素子１は、透光性導電酸化物層３９が、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯの群から選択される少なくとも１種類以上の材料からなる構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００８９】
本発明の実施形態である発光素子１は、酸化チタン系導電膜層１５が、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂの群から選択される少なくとも１種類以上の元素を含むＴｉ酸化物からなる構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００９０】
本発明の実施形態である発光素子１は、酸化チタン系導電膜層１５の膜厚が３５〜２０００ｎｍの範囲である構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００９１】
本発明の実施形態である発光素子１は、酸化チタン系導電膜層１５が、粒状結晶からなる構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００９２】
本発明の実施形態である発光素子１は、ｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４が、窒化物系化合物半導体からなる構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００９３】
本発明の実施形態である発光素子１は、前記窒化物系化合物半導体が、ＧａＮ系化合物半導体である構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【００９４】
本発明の実施形態である発光素子１の製造方法は、基板１１の一面１１ａにｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４とをこの順で積層した後、スパッタ法で、ｐ型半導体層１４の表面１４ａに、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれか元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物と、を含む透光性導電酸化物層３９を形成する工程と、透光性導電酸化物層３９上に酸化チタン系導電膜層１５を形成する工程と、を有する構成なので、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物を存在させて、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減することができるとともに、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させた発光素子を製造することができる。
【００９５】
本発明の実施形態である発光素子１の製造方法は、酸化チタン系導電膜層１５を形成した後、アニール処理を行う構成なので、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間で、第１の酸化物中のＩｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素と、第２の酸化物中のＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を均一に分散させて、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子を製造することができる。
【００９６】
本発明の実施形態であるランプ５は、発光素子１を備えた構成なので、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減するとともに、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させたランプとすることができる。
【００９７】
また、本発明の半導体発光素子から作製したランプ５は、前述のような優れた効果があるので、この技術によって作製したランプ５を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器類や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置類は、使用上、製品として高い信頼性を有する。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる機器類において、優れた耐食性、高信頼性のある発光素子を具備した製品を提供することができ、好ましい。
【００９８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態である発光素子について説明する。
図９は、本発明の実施形態である発光素子２の一例を示す図であり、図９（ａ）は平面模式図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。なお、実施形態１で示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
図９（ｂ）に示すように、本発明の実施形態である発光素子２は、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間に透光性導電酸化物層の膜厚を薄く形成した他は第１の実施形態で示した発光素子１と同様の構成とされている。
【００９９】
図９（ｂ）に示すように、本実施形態では、透光性導電酸化物層の膜厚を薄く形成しており、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間には、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物が存在している。そして、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物が前記ｐ型半導体層を部分的に覆っている。また、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物の全量に対する前記第２の酸化物の質量割合は１〜２０質量％の範囲とされている。このような構造をとることにより、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間の導電性を向上させることができ、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減させることができる。また、３００〜５５０ｎｍの範囲の波長において８０％以上の透過率を確保することができ、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。
【０１００】
本発明の実施形態である発光素子２は、透光性導電酸化物層形成工程Ｓ３で、スパッタ条件を変更する他は第１の実施形態で示した製造工程と同様の製造工程を用いて、製造できる。
たとえば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ又はＧＺＯターゲットを用いて、スパッタを行う際に、スパッタ時間を短くしたり、スパッタエネルギーを小さくすることにより、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間に透光性導電酸化物層の膜厚を薄くして、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間で、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物が前記ｐ型半導体層を部分的に覆うように形成できる。
【０１０１】
本発明の実施形態である発光素子２は、基板１１の一面１１ａに、ｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４と、酸化チタン系導電膜層１５と、がこの順で積層された発光素子であって、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間に、Ｉｎ、ＡｌまたはＧａのいずれかの元素を含む第１の酸化物と、ＺｎまたはＳｎのいずれかの元素を含む第２の酸化物とが存在し、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物の全量に対する前記第２の酸化物の質量割合が１〜２０質量％の範囲である構成なので、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間の導電性を向上させて、発光素子の駆動電圧Ｖｆを低減するとともに、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５の間で光を全反射させることなく、光取り出し効率を向上させた発光素子とすることができる。
【０１０２】
本発明の実施形態である発光素子２は、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物が、ｐ型半導体層１４を少なくとも部分的に覆っている構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子を製造することができる。
【０１０３】
本発明の実施形態である発光素子２の製造方法は、前記透光性導電酸化物層形成工程で、前記第１の酸化物及び前記第２の酸化物がｐ型半導体層１４を少なくとも部分的に覆うように、前記透光性導電酸化物層の膜厚を薄く形成する構成なので、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子を製造することができる。
【０１０４】
本発明の実施形態である発光素子２の製造方法は、酸化チタン系導電膜層１５を形成した後、アニール処理を行う構成なので、ｐ型半導体層１４と酸化チタン系導電膜層１５との間で、前記第１の酸化物と前記第２の酸化物とを均一に分散させることができる。
【実施例】
【０１０５】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
（実施例１）
＜窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造＞
図２に示したフローチャート及び図３〜図７に示した製造工程図に従い、図１または図９に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造した。
まず、複数の発光素子の基板となる、サファイア製の基板の一面に、ＭＯＣＶＤ法によりＡｌＮからなるバッファ層を成膜した。
次に、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層、厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層及び厚さ０．０２μｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層をこの順序で積層してｎ型半導体層を形成した。ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は１×１０１９ｃｍ−３とした。
【０１０６】
次に、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層及び厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けて多重量子井戸構造の発光層を形成した。ＧａＮ障壁層のＳｉドープ量は１×１０１７ｃｍ−３とした。
次に、厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層と、厚さ０．１８μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎコンタクト層を、この順序で積層してｐ型半導体層を形成した。ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３とし、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＭｇドープ量は５×１０１９ｃｍ−３とした。
なお、上記窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
【０１０７】
次に、レジストをｐ型半導体層の全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、負極形成領域からレジストを除去した。
次に、真空蒸着装置内にセットして、圧力４×１０−４Ｐａ以下で、エレクトロンビーム法によりＮｉ及びＴｉを膜厚がそれぞれ約５０ｎｍ及び３００ｎｍとなるように積層した。
【０１０８】
次に、リフトオフ技術により、負極形成領域以外の金属膜をレジストとともに除去した。
次に、反応性イオンエッチング装置のエッチング室内の電極上に半導体積層基板を載置し、エッチング室を１０−４Ｐａに減圧した後、エッチングガスとしてＣｌ２を供給してｎ型ＧａＮコンタクト層が露出するまでエッチングした。エッチング後、反応性イオンエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。
【０１０９】
次に、ｐ型半導体層の一面をＩＺＯターゲットと対向させるように、前記半導体基板を真空チャンバーの内部にセットした。
次に、ＩＺＯターゲットを用いてスパッタを行うことにより、ｐ型半導体層の一面であって、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層表面の正極を形成する領域に、ＩＺＯを形成した。このとき、Ｉｎを含む第１の酸化物とＺｎを含む第２の酸化物とを有するＩＺＯからなる透光性導電酸化物層の膜厚は５ｎｍであった。
【０１１０】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術、リフトオフ技術及びスパッタ法を用いて、透光性導電酸化物層上に、Ｔｉ０．９５Ｎｂ０．０５Ｏ２からなる酸化チタン系導電膜層を２００ｎｍの膜厚で成膜した。
その後、処理温度を３５０℃として、アニール処理を行った。
【０１１１】
次に、リフトオフと呼ばれる周知の手順及び周知の積層方法を用いて、酸化チタン系導電膜層上の一部に、Ａｕからなる第１の層、Ｔｉからなる第２の層、Ａｌからなる第３の層、Ｔｉからなる第４の層、Ａｕからなる第５の層を順に積層し、５層構造の正極を形成した。ここで、Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなる各層の厚さは、それぞれ、５０／２０／１０／１００／５００ｎｍとした。
【０１１２】
次に、レジストを、ｎ型ＧａＮコンタクト層の露出した領域全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上の負極形成部分からレジストを除去した。
次に、真空蒸着法により、半導体側から厚さ１００ｎｍのＴｉと、厚さ２００ｎｍのＡｕとを順に成膜して負極を形成した。
次に、レジストを公知の方法により除去した。
【０１１３】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、正極、負極の中心部を除いて、Ａｌ２Ｏ３からなる光触媒反応防止層を、ＣＶＤ法により５００ｎｍの厚さで形成した。
【０１１４】
次に、光触媒反応防止層まで形成したウエーハを、基板裏面を研削・研磨することにより、基板の板厚を８０μｍまで薄くして、レーザスクライバを用いて半導体積層側から罫書き線を入れた後、押し割って、３５０μｍ角のチップ（実施例１の発光素子）に切断した。
【０１１５】
＜素子特性の評価＞
前記チップ（実施例１の発光素子）について、プローブ針による通電を行い、２０ｍＡの印加電流における順方向電圧を測定し、駆動電圧Ｖｆ（Ｖ）を調べた。
また、得られたチップをＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流２０ｍＡにおける発光出力（ｍＷ）を計測した。
【０１１６】
（実施例２）
透光性導電酸化物層形成工程において、ＩＺＯからなる透光性導電酸化物層を膜厚０．５ｎｍで形成した他は実施例１と同様にして、実施例２の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１１７】
（実施例３）
透光性導電酸化物層形成工程において、ＩＺＯからなる透光性導電酸化物層を膜厚２ｎｍで形成した他は実施例１と同様にして、実施例３の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１１８】
（実施例４）
透光性導電酸化物層の形成工程において、ＩＺＯからなる透光性導電酸化物層を膜厚１０ｎｍで形成した他は実施例１と同様にして、実施例４の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１１９】
（実施例５）
透光性導電酸化物層形成工程において、ＩＴＯからなる透光性導電酸化物層を膜厚５ｎｍで形成した他は実施例１と同様にして、実施例５の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１２０】
（実施例６）
透光性導電酸化物層形成工程において、ＡＺＯからなる透光性導電酸化物層を膜厚５ｎｍで形成した他は実施例１と同様にして、実施例６の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１２１】
（実施例７）
透光性導電酸化物層形成工程において、ＧＺＯからなる透光性導電酸化物層を膜厚５ｎｍで形成した他は実施例１と同様にして、実施例７の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１２２】
（比較例１）
透光性導電酸化物層形成工程において、Ｉｎを含む第１の酸化物とＺｎを含む第２の酸化物との総質量に対し、Ｚｎを含む第２の酸化物の質量を３０質量％とした他は実施例１と同様にして、比較例１の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１２３】
（比較例２）
透光性導電酸化物層形成工程において、Ｉｎを含む第１の酸化物とＺｎを含む第２の酸化物との総質量に対し、Ｚｎを含む第２の酸化物の質量を０．１質量％とした他は実施例１と同様にして、比較例２の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１２４】
（比較例３）
透光性導電酸化物層形成工程において、ＩＺＯからなる透光性導電酸化物層を膜厚２０ｎｍで形成した他は実施例１と同様にして、比較例３の発光素子を製造した。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１２５】
（比較例４）
ｐ型半導体層の基板と反対側の面に、Ｉｎを含む第１の酸化物と、Ｚｎを含む第２の酸化物とを形成させずに酸化チタン系導電膜層を成膜した後、酸化チタン系導電膜層の一面（基板と反対側の面）にＩＺＯからなる透光性導電酸化物層を膜厚０．５ｎｍで形成した他は実施例１と同様にして、比較例４の発光素子を製造した。この素子構造は、実施例２に示した素子構造において、酸化チタン系導電膜層と透光性導電酸化物層との積層順序を逆とした構造である。その後、実施例１と同様に、素子特性の評価を行った。
【０１２６】
表１に、実施例１〜７、比較例１〜４の素子構造、透光性導電酸化物層の条件、ｐ型半導体層と酸化チタン系導電膜層との間におけるＩｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎの濃度、及び発光素子特性の結果を示す。なお、駆動電圧Ｖｆが３．３Ｖ以下、発光出力１８ｍＷ以上のものを○、それ以外のものを×と評価した。
【０１２７】
【表１】
2011009502.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子、その製造方法、ランプ、電子機器及び機械装置に関するものであり、駆動電圧を低減し、光取り出し効率を向上させた発光素子を製造・利用する産業において利用可能性がある。
【符号の説明】
【０１２９】
１、２…発光素子、５…ランプ、１１…基板、１１ａ…一面、１２…ｎ型半導体層、１２ａ…一面（基板と反対側の面）、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層、１４ａ…一面（基板と反対側の面：表面）、１５…酸化チタン系導電膜層、１５ａ…一面（基板と反対側の面）、１５ｂ…側面、１６…光触媒反応防止層（保護膜層）、１７…正極、１７ａ…上面周辺部、１７ｂ…側面、１８…負極、３１…バッファ層、３２…下地層、３３…ｎ型コンタクト層、３４…ｎ型クラッド層、３７…ｐ型クラッド層、３８…ｐ型コンタクト層、３９…透光性導電酸化物層、４１…第１の半導体基板、４２…第２の半導体基板、４３…第３の半導体基板、４４…第４の半導体基板、４５…第５の半導体基板、５１、５２…フレーム、５３、５４…ワイヤー、５５…モールド。
【図１】
2011009502.tif 000004
【図２】
2011009502.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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