(57)【要約】【課題】Ｉｎを用いることなく、短波長の光透過性に優れた透明導電膜を実現する。【解決手段】  本発明の透明導電膜用組成物は、下記式（１）で表されることを特徴とする。  ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ  （式１）  ただし、式中において、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０．００１≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．１であり、ＭはＳｉ、Ｇｅの何れか一種以上を含む。【選択図】        図１
2015002290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）
ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ  （式１）
（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０．００１≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．１であり、ＭはＳｉ、Ｇｅの何れか一種以上を含む）で表されることを特徴とする透明導電膜用組成物。
【請求項２】
前記式（１）において、０．００５≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．０５であることを特徴とする請求項１に記載の透明導電膜用組成物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の前記透明導電膜用組成物を含んで構成されることを特徴とする透明電極。
【請求項４】
請求項３に記載の前記透明電極を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有する半導体発光素子であって、
前記ｐ型窒化物半導体層の上層に形成された、請求項２に記載の前記透明導電膜用組成物を含んで構成された透明電極と、
前記透明電極の上層に形成された反射電極を備え、
前記発光層は、発光ピーク波長が４００ｎｍ以下を示す窒化物半導体層で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有する半導体発光素子であって、
前記ｎ型窒化物半導体層の上層の全面に形成された、請求項２に記載の前記透明導電膜用組成物を含んで構成された透明電極と、
前記透明電極の上層に形成された給電端子を備え、
前記発光層は、発光ピーク波長が４００ｎｍ以下を示す窒化物半導体層で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有する半導体発光素子であって、
前記ｎ型窒化物半導体層は請求項２に記載の前記透明導電膜用組成物を含んで構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項３に記載の前記透明電極を備えたことを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主としてＡｌとＧａを含む透明導電膜用組成物、これを含んで構成される透明電極、半導体発光素子、及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
透光性を有する導電材料（以下、「透明導電膜」という。）は、導電性及び光透過性に優れるため、種々のデバイスの透明電極として使用されている。従来、このような透明導電膜としては、アンチモン（Ｓｂ）やフッ素（Ｆ）をドーパントとして含む酸化スズ（ＳｎＯ２）、アルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）をドーパントとして含む酸化亜鉛（ＺｎＯ）、及びＳｎをドーパントとして含む酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）などの酸化物が知られている。なかでも、Ｓｎをドーパントとして含む酸化インジウム膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）膜と称され、低抵抗の酸化物透明導電膜が容易に得られることから、広範に利用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ＩＴＯ膜の形成には、一般的に直流スパッタリング法が用いられる。室温で成膜したＩＴＯ膜は、５×１０−４Ω・ｃｍ程度の低い比抵抗を示す。ＩＴＯ膜は、可視域の光透過率についても良好であり、平均８０％以上の光透過率を示す。また、化学的及び熱安定性に優れている。
【０００４】
ところで、近年、例えば青色発光や近紫外発光（例えば、波長３００〜４００ｎｍ）の機能を有する発光材料や発光デバイス（例えばＬＥＤ、レーザ、有機又は無機ＥＬ）が普及し、開発が進められている。これらの電子デバイスには透明電極が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１３０２６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S.Fritze, et al.,“High Si and Ge n-type doping of GaN doping - Limits and impact on stress”, Applied Physics Letters 100, 122104, (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＩＴＯ膜をはじめとする従来の酸化物透明導電膜は、波長４００〜８００ｎｍの可視光域の平均透過率は優れているものの、波長４００ｎｍ付近の近紫外光や、より短波長の近紫外光や深紫外光に対しては吸収が起こるため、十分に透過させることができない。よって、このような波長の光を発光するデバイスの電極として、従来の酸化物透明導電膜を用いた場合、この電極で光の吸収が生じ、光の取り出し効率が大きく低下してしまう。
【０００８】
また、別の問題として、ＩＴＯ膜にはレアメタルであるＩｎが必要となるが、Ｉｎの価格が高騰化していると共に、資源国の社会情勢などの影響を受けて供給が不安定な状況にある。よって、Ｉｎを用いない透明導電膜が将来的に必要となる可能性がある。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑み、Ｉｎを用いることなく、短波長の光透過性に優れた透明導電膜を実現することを目的とする。また、本発明は、このような透明導電膜を含む透明電極、半導体発光素子、及び太陽電池を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の透明導電膜用組成物は、下記式（１）で表されることを特徴とする。
ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ  （式１）
ただし、式中において、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０．００１≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．１であり、ＭはＳｉ、Ｇｅの何れか一種以上を含む。
【００１１】
上記の透明導電膜用組成物によれば、Ｉｎを含むことなく、比抵抗の小さいすなわち導電性の高い透明導電膜が実現できる。また、「発明を実施するための形態」の項で後述するように、Ａｌの組成比に応じて近紫外域や深紫外域に吸収端を設定することができるため、デバイスの発光波長に応じて、近紫外光や深紫外光といった短波長の光に対しても高い透過性が確保できる。また、可視光に対する透過性に関しても、９０％を超える透過率が実現できるため、ＩＴＯ膜を用いる場合より高い透過性が確保できる。
【００１２】
なお、ホウ素（Ｂ）は含まれていなくても、一定程度含有されていても、上記透明導電膜用組成物による透明導電膜によれば、高い透光性と導電性がＩｎフリーで実現できる。
【００１３】
上記の透明導電膜用組成物において、Ｓｉ又はＧｅの組成比を特に０．００５以上０．０５以下としてもよい。この範囲内の組成比にすることで、極めて高い導電性が実現できる。
【００１４】
本発明の透明電極は、上記の透明導電膜用組成物を含んで構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体発光素子は、上記の透明電極を備えたことを特徴とする。これにより、発光素子から放射される光の吸収を抑制しながら、電流を供給するための電極として機能させることができる。
【００１６】
本発明の半導体発光素子は、上記の透明導電膜用組成物を含み、発光波長が４００ｎｍ以下の短波長の発光素子として構成されることを特徴とする。その具体的な構成としては、種々の構成が想定される。
【００１７】
一例として、本発明の半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有し、
前記ｐ型窒化物半導体層の上層に形成された、上記の透明導電膜用組成物を含んで構成された透明電極と、
前記透明電極の上層に形成された反射電極を備え、
前記発光層を、発光ピーク波長が４００ｎｍ以下を示す窒化物半導体層で構成することができる。
【００１８】
また、別の一例として、本発明の半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有し、
前記ｎ型窒化物半導体層の上層の全面に形成された、上記の透明導電膜用組成物を含んで構成された透明電極と、
前記透明電極の上層に形成された給電端子を備え、
前記発光層は、発光ピーク波長が４００ｎｍ以下を示す窒化物半導体層で構成することができる。
【００１９】
上記の透明導電膜用組成物を含んで透明電極を構成したことにより、比抵抗の小さい透明電極が実現できる。これにより、ｐ型窒化物半導体層やｎ型窒化物半導体層の上層に、Ｉｎフリーの透明電極を形成してもオーミック接続が実現されるので、短波長の光の吸収が抑制された発光素子が実現できる。
【００２０】
また、別の一例として、本発明の半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有し、前記ｎ型窒化物半導体層を上記の透明導電膜用組成物を含んで構成することができる。
【００２１】
この構成によれば、上記の透明導電膜用組成物を含んでｎ型窒化物半導体層を構成したため、ｎ型窒化物半導体層を低い比抵抗の値で実現でき、低い動作電圧によっても発光に必要な電流量を発光層に流すことができ、発光効率を向上させることができる。また、このｎ型窒化物半導体層の上面に仕事関数の比較的大きい金属材料（例えばＮｉなど）で構成される電極で形成しても、ノンアニールによってオーミック接続が実現できる。これにより、製造プロセスにおいてＡｕ−Ｓｎ合金などのハンダを介して基板の接合処理が必要な縦型の半導体発光素子においても、ハンダの融点を超える温度でのアニール処理が不要となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の透明導電膜用組成物によれば、Ｉｎを用いることなく、特に短波長の光透過性に優れた透明導電膜が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮのＳｉ組成比と比抵抗の関係を示すグラフである。
【図２】ＡｌｘＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮのＡｌ組成比と吸収端の関係を示すグラフである。
【図３】第１実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図４】従来の半導体発光素子の概略断面図である。
【図５Ａ】第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図５Ｂ】第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図５Ｃ】第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図５Ｄ】第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図５Ｅ】第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図５Ｆ】第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図５Ｇ】第１実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図６】第２実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図７Ａ】第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図７Ｂ】第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図７Ｃ】第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図７Ｄ】第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図７Ｅ】第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図７Ｆ】第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図７Ｇ】第２実施形態の半導体発光素子の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図８】第３実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。
【図９】窒化物半導体層とＡｌｘＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層の間のオーミック特性を説明するための図である。
【図１０】太陽電池セルの模式的な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［透明導電膜用組成物］
図１は、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）のＳｉ組成比と比抵抗の関係を示すグラフである。なお、Ａｌの組成を６％、４０％と固定し、ＧａとＳｉの比率を調整することで、Ｓｉの組成比を変化させながら比抵抗を測定した。なお、比抵抗は、ホール測定装置を用いて測定されたものである。
【００２５】
図１によれば、Ａｌ０．０６ＧａｙＳｉ０．９４−ｙＮにおいて、Ｓｉ組成を０．１６％、すなわち、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９３８４Ｓｉ０．００１６Ｎとした場合には略１×１０−３Ω・ｃｍであり、Ｓｉ組成比を高めるほど、その比抵抗は減少していることが分かる。例えば、Ｓｉ組成を０．５％、すなわち、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９３５Ｓｉ０．００５Ｎとした場合には比抵抗が４×１０−４Ω・ｃｍであり、Ｓｉ組成を５％、すなわち、Ａｌ０．０６Ｇａ０．８９Ｓｉ０．０５Ｎとした場合には比抵抗が６×１０−５Ω・ｃｍである。
【００２６】
ところで、窒化物半導体材料として一般的に用いられているＧａＮにおいても、その比抵抗を小さくする目的で、Ｓｉを高濃度にドープすることがなされている。しかし、このＧａＮに対して注入するドーパントの濃度を１×１０１９／ｃｍ３以上にすると、原子結合の状態が悪化するなどの原因により、膜荒れが発生してしまうという現象が知られている（例えば、上記非特許文献１参照）。この膜荒れに起因した結晶状態の悪化により、極めて高濃度にＳｉをドープしても、比抵抗が十分に低下しないばかりか、表面が荒れ、白濁化する。
【００２７】
ＧａＮに対し、Ｓｉドープ濃度を膜荒れが生じない上限値である１×１０１９／ｃｍ３のほぼ近傍の９×１０１８／ｃｍ３とした場合、その比抵抗は５×１０−３Ω・ｃｍであった。つまり、ＧａＮにＳｉをドープして形成したＧａｙＳｉ１−ｙＮにおいては、５×１０−３Ω・ｃｍ程度の比抵抗が下限値であるといえる。
【００２８】
これに対し、図１に示すように、Ａｌ０．０６ＧａｙＳｉ０．９４−ｙＮとした場合、Ｓｉ組成を０．１６％（Ｓｉ組成比０．００１６）から１０％（Ｓｉ組成比０．１）まで増加させても、ＧａｙＳｉ１−ｙＮの場合より低い比抵抗が実現できていることが分かる。
【００２９】
図１においては、Ａｌの組成を４０％と固定し、Ｓｉの組成を０．５％にした場合と５％にした場合、すなわち、Ａｌ０．４Ｇａ０．５９５Ｓｉ０．００５ＮとＡｌ０．４Ｇａ０．５５Ｓｉ０．０５Ｎにおける比抵抗も併せて示している。Ａｌ０．４Ｇａ０．５９５Ｓｉ０．００５Ｎでは比抵抗が略１×１０−３Ω・ｃｍであり、Ａｌ０．４Ｇａ０．５５Ｓｉ０．０５Ｎでは比抵抗が略１．５×１０−４Ω・ｃｍであった。これにより、Ａｌの組成を異ならせた場合であっても、Ｓｉの組成を高めることでその比抵抗を小さくできており、ＧａｙＳｉ１−ｙＮの場合より低い比抵抗が実現できていることが分かる。つまり、Ａｌの組成に関わらず、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮのＳｉ組成を高めることでその比抵抗の値を低くできることが裏付けられる。
【００３０】
なお、図１において、Ａｌの組成を６％とした場合に、Ｓｉ組成を１０％、すなわち、Ａｌ０．０６Ｇａ０．８４Ｓｉ０．１Ｎとした場合には比抵抗が６．５×１０−５Ω・ｃｍであり、Ｓｉ組成を５％、すなわち、Ａｌ０．０６Ｇａ０．８９Ｓｉ０．０５Ｎとした場合よりも比抵抗が少し上昇している。これは、ＧａＮにおいてＳｉを高濃度にした場合に結晶性が悪化して比抵抗が上昇するのと同様の現象が生じているものと推察される。つまり、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮのＳｉ組成を１０％よりも更に高めると、Ａｌ０．０６Ｇａ０．８４Ｓｉ０．１Ｎより比抵抗が更に上昇することが予想される。
【００３１】
よって、図１によれば、少なくともＳｉの組成を０．１％以上１０％以下、すなわち、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０．００１≦１−ｘ−ｙ≦０．１）とすれば、従来のＧａＮよりも小さい比抵抗の素子が実現できることが分かる。特に、Ｓｉの組成を０．５％以上５％以下、すなわちＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０．００５≦１−ｘ−ｙ≦０．０５）とすれば、従来のＧａＮよりも極めて小さい比抵抗の素子が実現できることが分かる。
【００３２】
図２は、ＡｌｘＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮのＡｌ組成比と吸収端の関係を示すグラフである。なお、図２では、Ｓｉの組成を１％と固定し、ＡｌとＧａの比率を調整することで、Ａｌの組成比を変化させながら吸収端を求めた。なお、吸収端は、ベガード則を用いて演算により導出されたものである。
【００３３】
図２によれば、Ａｌの組成比を高めることで吸収端を短波長側にシフトできることが分かる。例えば、Ａｌの組成比を０．０６とすると吸収端は約３５０ｎｍであり、組成比を０．４とすると吸収端は約３００ｎｍである。つまり、ＡｌｘＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮによれば、透過させたい光の波長に応じてＡｌの組成比を調整することで、短波長の光の吸収が抑制された材料が実現できる。また、吸収端が可視光域から大きく離れた波長となるため、可視光域の光についてもＩＴＯなどより極めて高い透光性が実現できる。
【００３４】
つまり、図１及び図２によれば、本発明のＡｌｘＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮによって、Ｉｎを用いることなく、短波長の光透過性にも優れた導電性材料が実現できる。なお、図１において、Ｓｉ組成を同じとした場合においても、Ａｌの組成が６％であるＡｌ０．０６ＧａｙＳｉ０．９４−ｙＮよりも、Ａｌの組成が４０％であるＡｌ０．４ＧａｙＳｉ０．６−ｙＮの方が比抵抗の値は大きくなっている。これにより、Ｓｉの比率を一定とした場合には、Ａｌの組成を高めることで吸収端は短波長側にシフトできる一方で、比抵抗は高くなることが示唆される。しかし、Ａｌの組成を４０％、Ｓｉの組成を０．５％として形成したＡｌ０．４Ｇａ０．５９５Ｓｉ０．００５Ｎによれば、ＧａＮの比抵抗の最小値よりも低い値である、１×１０−３Ω・ｃｍであり、吸収端を約３００ｎｍとすることができており、深紫外光に対する高い透過性と低い比抵抗が両立できている。更に比抵抗を小さくするためには、Ｓｉの組成比を高めればよい。
【００３５】
なお、上記の説明は、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮという４元系の化合物を想定して説明したが、比抵抗に影響を与えない程度に不純物が混在されることで５元系以上の化合物を構成した場合であっても成立するものである。すなわち、上記ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮに対してホウ素（Ｂ）が添加されてなる、ＡｌｘＧａｙＢｚＳｉ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０．００１≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．１）においても、同様に従来のＧａＮよりも小さい比抵抗が実現できる。
【００３６】
更に、上記の説明では、化合物にＳｉを含むＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮを想定して説明したが、化学的にＳｉと性質の近似するＧｅをＳｉの代わりに用いることで、ＡｌＸＧａｙＧｅ１−ｘ−ｙＮを実現した場合であっても、同様の議論が可能である。つまり、この場合、Ｇｅの組成比を高めることでその比抵抗を低下させることができる。更に、ＳｉとＧｅの両者を含む化合物であっても構わない。この場合には、ＳｉとＧｅの両者の組成比の合計を高めることでその比抵抗を低下させることができるものと考えられる。
【００３７】
すなわち、電気伝導率σ及び抵抗率ρは、移動度μ、キャリア密度ｎ、キャリア電荷によって、σ＝１／ρ＝ｑｎμで表されることから、３価元素であるＡｌ及びＧａに対し４価元素のうちＳｉ、Ｇｅの何れかを含む元素をドープすることにより、移動度μが上昇するため、比抵抗１／ρが小さくなったものと考えられる。４価元素のうち、ドナーとなる活性化エネルギーが小さいという理由でＳｉ、Ｇｅが好ましく、特にＳｉを使用することが好ましい。
【００３８】
以上をまとめると、本発明の組成物ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０．００１≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．１であり、ＭはＳｉ、Ｇｅの何れか一種以上を含む）によれば、Ｉｎを用いることなく、短波長の光透過性にも優れた導電性材料が実現できる。
【００３９】
［発光素子］
上述した本発明の組成物ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０．００１≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．１であり、ＭはＳｉ、Ｇｅの何れか一種以上を含む）を含む発光素子の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では、この組成物で構成された層を「ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層」と呼ぶ。
【００４０】
（第１実施形態）
半導体発光素子の第１実施形態について図面を参照して説明する。図３は、第１実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。なお、以下の各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
【００４１】
半導体発光素子１は、支持基板１１、アンドープ層１３、半導体層２０、透明電極２１、透明電極２３、給電端子２５、給電端子２７、反射電極３１、及び反射電極３３を備える。また、半導体層２０は、ｎ型窒化物半導体層１５、発光層１７、及びｐ型窒化物半導体層１９が下からこの順に積層されて形成されている。
【００４２】
そして、透明電極２１及び透明電極２３は、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層によって形成されている。透明電極２１の上層には反射電極３１を介して給電端子２５が形成されている。同様に、透明電極２３の上層には反射電極３３を介して給電端子２７が形成されている。
【００４３】
図３に示す半導体発光素子１は、紙面下向きに光を取り出すことが想定された素子である。発光層１７から放射された光のうち、上方に進行した光は透明電極２３を介して反射電極３３に照射され、反射電極３３から反射されて支持基板１１側へと出射される。ここで、サファイアなどで実現される支持基板１１と空気の屈折率の差の影響を受け、一部の光が支持基板１１から外部に放射されず、その界面で反射され、半導体発光素子１内にて多重反射を繰り返す。このとき、その一部の光は透明電極２１側へと進行する。ここで、透明電極２１を透過した光が反射電極３１に照射されるため、この反射電極３１から反射されて支持基板１１側へと再び導くことができる。
【００４４】
図４は、従来の半導体発光素子の概略断面図である。従来の半導体発光素子９０は、ＩＴＯで形成されたコンタクト電極９１及び９３を備えている。これは、ｐ型窒化物半導体層１９の上面に高い反射性を有する金属材料からなる反射電極３３を直接形成すると、良好なコンタクト抵抗が形成されないことから、コンタクト特性を向上させる目的で、縮退半導体であるＩＴＯ又はＮｉを薄膜のコンタクト電極９３として設け、更にこのコンタクト電極９３上にＡｇやＡｌで形成された反射電極３３を設けた構成を採用している。コンタクト電極９１についても同様である。
【００４５】
しかし、ＩＴＯは３６５ｎｍ付近に吸収端を有し、ＮｉはＩＴＯよりも長波長側に吸収端を有する。従って、ＩＴＯやＮｉからなるコンタクト電極９１、９３は、短波長の光を吸収するものであるため、短波長の光取り出し効率が低下してしまう。これに対し、図３に示す半導体発光素子１によれば、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層で形成された透明電極２１及び２３を備えたことで、低い比抵抗を実現しながらも、吸収端がＩＴＯやＮｉよりも短波長側に位置する材料を用いることができるため、短波長側の光取り出し効率を特に向上させることができる。
【００４６】
以下、図３に示す半導体発光素子１の詳細な構成及びその製造方法について説明する。なお、以下の説明はあくまで一例である。
【００４７】
支持基板１１は、サファイア基板で構成される。なお、サファイアの他、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＹＡＧなどで構成しても構わない。反射電極３１及び反射電極３３は、例えばＡｇ系の金属、Ａｌ、Ｒｈなどで構成される。
【００４８】
アンドープ層１３は、例えばＧａＮにて形成される。より具体的には、ＧａＮよりなる低温バッファ層と、その上層にＧａＮよりなる下地層によって形成される。
【００４９】
透明電極２１及び透明電極２３は、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層によって形成されている。なお、図３に示すように、透明電極２１と透明電極２３は、水平方向に間隙５を有して配置されている。これにより、透明電極２３と透明電極２１の間で水平方向にリーク電流が流れるのを抑制する効果が得られる。なお、透明電極２３はｐ型窒化物半導体層１９の上層に形成され、ｐ型窒化物半導体層１９は発光層１７の上層に形成され、発光層１７は、透明電極２１と同様にｎ型窒化物半導体層１５の上層に形成されている。このため、図３に示すように、発光層１７と透明電極２１が、相互に水平方向に間隙５を有した状態でｎ型窒化物半導体層１５の上層に形成される構成となっている。
【００５０】
給電端子２５は反射電極３１の上層に、給電端子２７は反射電極３３の上層にそれぞれ形成され、例えばＣｒ−Ａｕで構成される。給電端子２５はボンディングメタル３７を介して、給電端子２７はボンディングメタル３９を介して基板４１に電気的に接続されている。
【００５１】
半導体層２０は、ｎ型窒化物半導体層１５、発光層１７、及びｐ型窒化物半導体層１９が下からこの順に積層されて形成される。
【００５２】
ｎ型窒化物半導体層１５は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮにて構成され、これらの多層構造であってもよい。例えばアンドープ層１３に接触する領域にＧａＮで構成される層（保護層）を含み、透明電極２１に接触する領域にＡｌｎＧａ１−ｎＮ（０＜ｎ≦１）で構成される層（電子供給層）を含む多層構造とすることができる。少なくとも保護層には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｔｅなどのｎ型不純物がドープされており、特にＳｉがドープされているのが好ましい。
【００５３】
発光層１７は、例えばＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＧａＮからなる障壁層が繰り返されてなる多重量子井戸構造を有する半導体層で形成される。これらの層はノンドープでもｐ型又はｎ型にドープされていても構わない。
【００５４】
ｐ型窒化物半導体層１９は、例えばＧａＮやＡｌＧａＮで構成され、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃなどのｐ型不純物がドープされている。
【００５５】
次に、図３に示す半導体発光素子１の製造方法の一例につき、図５Ａ〜図５Ｇの工程断面図を参照して説明する。
【００５６】
（ステップＳ１）
図５Ａに示すように、支持基板１１上に半導体層２０を形成する。より詳細には、以下のとおりである。
【００５７】
〈支持基板１１の準備〉
まず、支持基板１１としてサファイア基板を用いる場合、ｃ面サファイア基板のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着）装置の処理炉内にｃ面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が１０ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１１５０℃に昇温することにより行われる。
【００５８】
〈アンドープ層１３の形成〉
次に、支持基板１１（ｃ面サファイア基板）の表面に、ＧａＮよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にＧａＮよりなる下地層を形成する。これら低温バッファ層及び下地層がアンドープ層１３に対応する。
【００５９】
アンドープ層１３のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、МОＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を４８０℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ５ｓｌｍの窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が５０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及び流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に６８秒間供給する。これにより、支持基板１１の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層を形成する。
【００６０】
次に、ＭＯＣＶＤ装置の炉内温度を１１５０℃に昇温する。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ及び流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に３０分間供給する。これにより、第１バッファ層の表面に、厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成する。
【００６１】
〈ｎ型窒化物半導体層１５の形成〉
次に、アンドープ層１３の上層にＡｌｎＧａ１−ｎＮ（０＜ｎ≦１）の組成からなる電子供給層を形成する。この電子供給層がｎ型窒化物半導体層１５に対応する。
【００６２】
ｎ型窒化物半導体層１５のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。引き続き炉内温度を１１５０℃とした状態で、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニア及び流量が０．０２５μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に６０分間供給する。これにより、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎの組成を有し、Ｓｉ濃度が３×１０１９／ｃｍ３で厚みが２μｍのｎ型窒化物半導体層１５（電子供給層）がアンドープ層１３の上層に形成される。
【００６３】
なお、この後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを６秒間供給することにより、電子供給層の上層に厚みが５ｎｍのｎ型ＧａＮよりなる保護層を形成するものとしてもよい。
【００６４】
上記の例では、ｎ型不純物としてはＳｉを用いる場合を説明したが、他の不純物としてＧｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ及びＴｅなどを用いることができる。
【００６５】
〈発光層１７の形成〉
次に、ｎ型窒化物半導体層１５の上層にＩｎＧａＮで構成される井戸層及びｎ型ＡｌＧａＮで構成される障壁層が周期的に繰り返される多重量子井戸構造を有する発光層１７を形成する。
【００６６】
発光層１７のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を８３０℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が１２μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及び流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に４８秒間供給するステップを行う。その後、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が１．６μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、０．００２μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシラン及び流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に１２０秒間供給するステップを行う。以下、これらの２つのステップを繰り返すことにより、厚みが２ｎｍのＩｎＧａＮよりなる井戸層及び厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による１５周期の多重量子井戸構造を有する発光層１７が、ｎ型窒化物半導体層１５の上面に形成される。
【００６７】
〈ｐ型窒化物半導体層１９の形成〉
次に、発光層１７の上層に、例えばＡｌｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１）の組成からなる正孔供給層を形成する。この正孔供給層がｐ型窒化物半導体層１９に対応する。
【００６８】
ｐ型窒化物半導体層１９のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガス及び流量が２５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１０２５℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニア及びｐ型不純物をドープするための流量が０．１μｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロペンタジエニルマグネシウムを処理炉内に６０秒間供給する。これにより、発光層１７の表面に、厚みが２０ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、ＴＭＧの流量を９μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを３６０秒間供給することにより、厚みが１２０ｎｍのＡｌ０．１３Ｇａ０．８７Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりｐ型窒化物半導体層１９が形成される。
【００６９】
更にその後、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムの流量を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを２０秒間供給することにより、厚みが５ｎｍのｐ型ＧａＮよりなる高濃度層（コンタクト層）を形成する。
【００７０】
上記の例では、ｐ型不純物としてＭｇを用いる場合を説明したが、他の不純物としてＢｅ、Ｚｎ、Ｃなどを用いることができる。
【００７１】
（ステップＳ２）
次に、ステップＳ１で得られたウェハに対して活性化処理を行う。より具体的には、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal：急速加熱）装置を用いて、窒素雰囲気下中６５０℃で１５分間の活性化処理を行う。
【００７２】
（ステップＳ３）
図５Ｂに示すように、ｎ型窒化物半導体層１５の一部上面が露出するまで、ｐ型窒化物半導体層１９及び発光層１７を、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチングによって除去する。
【００７３】
（ステップＳ４）
図５Ｃに示すように、反射電極の非形成領域に係る、ｎ型窒化物半導体層１５の上面にレジスト３５を形成する。
【００７４】
（ステップＳ５）
図５Ｄに示すように、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層２６を全面に形成する。
【００７５】
具体的には、反応性スパッタリングを用いて、厚みが５０ｎｍのＡｌ０．１Ｇａ０．８９Ｓｉ０．０１Ｎ層２６を形成する。
【００７６】
その後、アセトンなどの薬品を用いたレジストのリフトオフにより、レジスト及びその直上に位置するＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ層２６を除去する。これにより、図５Ｅに示すように、ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ層２６が２つに分離され、透明電極２１と透明電極２３が形成される。このとき、透明電極２１と透明電極２３の間に水平方向に関する間隙５が形成される。
【００７７】
（ステップＳ６）
電子線蒸着装置（ＥＢ装置）を用いて、透明電極２１の上面にＡｌ又はＡｇからなる反射電極３１を、透明電極２３の上面にＡｌ又はＡｇからなる反射電極３３を、それぞれ例えば膜厚１２０ｎｍ程度蒸着する（図５Ｆ参照）。
【００７８】
（ステップＳ７）
反射電極３１の上面に給電端子２５を、反射電極３３の上面に給電端子２７をそれぞれ膜厚１００ｎｍのＣｒと膜厚３μｍのＡｕからなる材料膜の成膜によって形成する（図５Ｇ参照）。その後、ボンディングメタル３７によって給電端子２５と支持基板４１を接続し、ボンディングメタル３９によって給電端子２７と支持基板４１を接続する。これにより、図３に示す半導体発光素子１が形成される。
【００７９】
なお、上記の例では、ｐ型窒化物半導体層１９の上面に形成される透明電極２３と、ｎ型窒化物半導体層１５の上面に形成される透明電極２１の双方を備える場合について説明したが、透明電極２３のみを備える構成としても構わない。
【００８０】
（第２実施形態）
半導体発光素子の第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と共通する箇所については、同一の符号を付してその説明を割愛することがある。
【００８１】
図６は、第２実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。半導体発光素子１ａは、支持基板１２、導電層４４、絶縁層４８、半導体層２０及び給電端子４２を含んで構成される。半導体層２０は、ｐ型窒化物半導体層１９、発光層１７、及びｎ型窒化物半導体層１６が下からこの順に積層されて形成されている。
【００８２】
本実施形態では、ｎ型窒化物半導体層１６がＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層によって形成されている。上述したように、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層は極めて低い比抵抗が実現できるため、従来構成の発光素子よりもｎ層の抵抗値を低下させることが可能となり、低い動作電圧によっても発光に必要な電流量を発光層に流すことができ、発光効率が向上される。
【００８３】
以下、図６に示す半導体発光素子１の詳細な構成及びその製造方法について説明する。なお、以下の説明はあくまで一例である。
【００８４】
支持基板１２は、例えばＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性基板、又はＳｉなどの半導体基板で構成される。支持基板１２の上層には、多層構造からなる導電層４４が形成されている。この導電層４４は、本実施形態では、ハンダ層４３、保護層４５及び反射電極４７を含む。
【００８５】
ハンダ層４３は、例えばＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｓｎ、Ｓｎなどで構成される。ハンダ層４３は、製造方法の項で後述されるように、サファイア基板と支持基板１２を接合する際に利用される。
【００８６】
保護層４５は、例えばＰｔ系の金属（ＴｉとＰｔの合金）、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉなどで構成される。後述するように、プロセス時においてハンダ層を介した２基板の貼り合わせを行う際、ハンダを構成する材料が後述する反射電極４７側に拡散し、反射率が落ちることによる発光効率の低下を防止する機能を果たしている。
【００８７】
反射電極４７は、例えばＡｇ系の金属、Ａｌ、Ｒｈなどで構成される。半導体発光素子１ａは、発光層１７から放射された光を、図６の上方向（ｎ型窒化物半導体層１６側）に取り出すことを想定しており、反射電極４７は、発光層１７から下向きに放射された光を上向きに反射させることで発光効率を高める機能を果たしている。
【００８８】
なお、導電層４４は、一部において半導体層２０、より詳細にはｐ型窒化物半導体層１９と接触しており、支持基板１２と給電端子４２の間に電圧が印加されると、支持基板１２、導電層４４、半導体層２０を介して給電端子４２へと流れる電流経路が形成される。
【００８９】
絶縁層４８は、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｚｒ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３などで構成される。この絶縁層４８は、上面がｐ型窒化物半導体層１９の底面と接触している。なお、この絶縁層４８は、後述するように素子分離時におけるエッチングストッパー層としての機能を有すると共に、支持基板１２の基板面に平行な方向に電流を拡げる機能も有する。
【００９０】
給電端子４２はｎ型窒化物半導体層１６の上面に形成され、例えばＣｒ−Ａｕで構成される。この給電端子４２は、例えばＡｕ、Ｃｕなどで構成されるワイヤが連絡されており（不図示）、このワイヤの他方は、半導体発光素子１ａが配置されている基板の給電パターンなどに接続される（不図示）。
【００９１】
次に、図６に示す半導体発光素子１ａの製造方法につき、図７Ａ〜図７Ｇの工程断面図を参照して説明する。
【００９２】
（ステップＳ１１）
図７Ａに示すように、サファイア基板１１上に半導体層２０を形成する。より詳細には、以下のとおりである。
【００９３】
まず、第１実施形態のステップＳ１と同様、サファイア基板１１上にアンドープ層１３を形成する。その後、第１実施形態のステップＳ５でＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層２６を形成したのと同様の方法により、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層からなるｎ型窒化物半導体層１６を形成する。
【００９４】
より詳細には、炉内温度を１１５０℃とした状態で、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニア及び流量が３．５μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に３０分間供給するステップを行う。これにより、厚みが１０００ｎｍのＡｌ０．１Ｇａ０．８９Ｓｉ０．０１Ｎのｎ型窒化物半導体層１６が形成される。
【００９５】
その後、第１実施形態と同様の方法により、発光層１７及びｐ型窒化物半導体層１９を形成する。
【００９６】
（ステップＳ１２）
第１実施形態のステップＳ２と同様の活性化処理を行う。
【００９７】
（ステップＳ１３）
図７Ｂに示すように、ｐ型窒化物半導体層１９の上層の所定箇所に絶縁層４８を形成する。より具体的には、後の工程で給電端子４２を形成する領域の下方に位置する箇所に絶縁層４８を形成するのが好ましい。絶縁層４８としては、例えばＳｉＯ２を膜厚２００ｎｍ程度成膜する。なお成膜する材料は絶縁性材料であればよく、例えばＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３でも良い。
【００９８】
（ステップＳ１４）
図７Ｃに示すように、ｐ型窒化物半導体層１９及び絶縁層４８の上面を覆うように、導電層４４を形成する。ここでは、反射電極４７、保護層４５、及びハンダ層４３を含む多層構造の導電層４４を形成する。
【００９９】
導電層４４のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、スパッタ装置にてｐ型窒化物半導体層１９及び絶縁層４８の上面を覆うように、膜厚０．７ｎｍのＮｉ及び膜厚１２０ｎｍのＡｇを全面に成膜して、反射電極４７を形成する。次に、ＲＴＡ装置を用いてドライエアー雰囲気中で４００℃、２分間のコンタクトアニールを行う。
【０１００】
次に、電子線蒸着装置（ＥＢ装置）にて反射電極４７の上面（Ａｇ表面）に、膜厚１００ｎｍのＴｉと膜厚２００ｎｍのＰｔを３周期成膜することで、保護層４５を形成する。更にその後、保護層４５の上面（Ｐｔ表面）に、膜厚１０ｎｍのＴｉを蒸着させた後、Ａｕ８０％Ｓｎ２０％で構成されるＡｕ−Ｓｎハンダを膜厚３μｍ蒸着させることで、ハンダ層４３を形成する。
【０１０１】
なお、このハンダ層４３の形成ステップにおいて、図７Ｄに示すように、サファイア基板１１とは別に準備された支持基板１２の上面にもハンダ層４６を形成するものとして構わない。このハンダ層は、ハンダ層４３と同一の材料で構成されるものとしてよい。なお、この支持基板１２としては、上述したように例えばＣｕＷが用いられる。
【０１０２】
（ステップＳ１５）
次に、図７Ｅに示すように、サファイア基板１１と支持基板１２とを貼り合せる。より具体的には、２８０℃の温度、０．２ＭＰａの圧力下で、ハンダ層４３と支持基板１２を貼り合わせる。
【０１０３】
（ステップＳ１６）
次に、図７Ｆに示すように、サファイア基板１１を剥離する。より具体的には、サファイア基板１１を上に、支持基板１２を下に向けた状態で、サファイア基板１１側からＫｒＦエキシマレーザを照射して、サファイア基板１１と半導体層２０の界面を分解させることでサファイア基板の剥離を行う。サファイアはレーザが通過する一方、その下層のＧａＮ（アンドープ層）はレーザを吸収するため、この界面が高温化してＧａＮが分解される。これによってサファイア基板１１が剥離される。
【０１０４】
その後、ウェハ上に残存しているＧａＮ（アンドープ層）を、塩酸などを用いたウェットエッチング、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチングによって除去し、ｎ型窒化物半導体層１６を露出させる。
【０１０５】
（ステップＳ１７）
次に、図７Ｇに示すように、隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ＩＣＰ装置を用いて絶縁層４８の上面が露出するまで半導体層２０をエッチングする。これにより、隣接領域の半導体層２０同士が分離される。なお、このとき絶縁層４８はエッチングストッパー層として機能する。
【０１０６】
なお、このエッチング工程では、素子側面を垂直でなく、１０°以上のテーパ角を有する傾斜面とするのが好ましい。このようにすることで、後の工程で絶縁層を形成する際、半導体層２０の側面に絶縁層が付着しやすくなり、電流リークを防ぐことができる。
【０１０７】
また、ステップＳ１７の後、半導体層２０の上面にＫＯＨ等のアルカリ溶液で凹凸面を形成するものとしても構わない。これにより、光取り出し面積が増大し、光取り出し効率を向上させることができる。
【０１０８】
（ステップＳ１８）
次に、ｎ型窒化物半導体層１６の上面に給電端子４２を形成する。より具体的には、膜厚１０ｎｍのＮｉと膜厚１０ｎｍのＡｕからなる給電端子４２を形成する。上述したように、ｎ型窒化物半導体層１６は、比抵抗の小さいＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層で形成されているため、この工程の後、アニール処理を行わなくても、ｎ型窒化物半導体層１６と給電端子４２の間にはオーミック接続が形成される。これにより、図６に示す半導体発光素子１ａが形成される。
【０１０９】
なお、図６に示す半導体発光素子１ａには図示していないが、その後の工程として、露出されている素子側面、及び給電端子４２以外の素子上面を絶縁層で覆うものとしてもよい。より具体的には、ＥＢ装置にてＳｉＯ２膜を形成する。なおＳｉＮ膜を形成しても構わない。そして、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、支持基板１１の裏面を例えばＡｇペーストにてパッケージと接合して給電端子４２に対してワイヤボンディングを行う。
【０１１０】
（第３実施形態）
半導体発光素子の第３実施形態について図面を参照して説明する。図８は、第３実施形態の半導体発光素子の概略断面図である。半導体発光素子１ｂは、支持基板１２、導電層４４、絶縁層４８、半導体層２０、透明電極２４及び給電端子４２を含んで構成される。半導体層２０は、ｐ型窒化物半導体層１９、発光層１７、及びｎ型窒化物半導体層１５が下からこの順に積層されて形成されている。
【０１１１】
本実施形態では、第１実施形態の同一の構成のｎ型窒化物半導体層１５の上面に、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層によって形成された透明電極２４を備え、その上面に給電端子４２が形成された構成である。このような透明電極２４を備えたことで、高い透光性と低い比抵抗が両立できる。これにより、ｎ型窒化物半導体層１５の上面全面に形成しても、光の取り出し効率が低下することがなく、支持基板１２の基板面に水平な方向に関して電流経路を拡げることができるため、発光層１７の広い領域に電流を流すことができ、広い発光領域が実現される。
【０１１２】
また、上述したように、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層は比抵抗が極めて小さいため、ｎ型窒化物半導体層１５と透明電極２４の間は、良好なオーミック特性が実現できる。図９は、ｎ型窒化物半導体層１５と透明電極２４の間のオーミック性を説明するための図である。
【０１１３】
図９（ａ）は評価用素子の構成を示す図であり、サファイア基板１１の上層に、アンドープ層１３及びｎ型窒化物半導体層１５を形成し、ｎ型窒化物半導体層１５の上面の２箇所にＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層からなる透明電極２４を形成したものである。図９（ｂ）は、図９（ａ）の評価用素子に対し、２箇所の透明電極２４にプローバーを当てて電流を流して、得られた電流電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）をグラフ化したものである。
【０１１４】
なお、図９（ｂ）では、Ｓｉ組成を０．５％としたＡｌ０．０６Ｇａ０．９３５Ｓｉ０．００５Ｎで透明電極２４を形成した評価用素子（実施例１）と、Ｓｉ組成を５％としたＡｌ０．０６Ｇａ０．８９Ｓｉ０．０５Ｎで透明電極２４を形成した評価用素子（実施例２）について、Ｉ−Ｖ特性を測定した。図９（ｂ）によれば、実施例１及び実施例２の双方において、Ｉ−Ｖ特性が線形形状を示しており、良好なオーミック性が実現できていることが分かる。
【０１１５】
本実施形態の詳細な構成については、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層によって形成されたｎ型窒化物半導体層１６に代えて、第１実施形態の同一の構成のｎ型窒化物半導体層１５を用いた点、及びその上面全面にＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層で形成された透明電極２４を備えた点を除いては、第２実施形態の半導体発光素子１ａとほぼ同じであるため、その説明を割愛する。
【０１１６】
製造方法については、第２実施形態で上述したステップＳ１１〜Ｓ１７と同様の方法を経た後、第１実施形態のステップＳ５と同様の方法で、ｎ型窒化物半導体層１５の上面全面にＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層で形成された透明電極２４を形成し、第２実施形態のステップＳ１８と同様の方法で透明電極２４の上面に給電端子４２を形成する。その後は第２実施形態と共通である。
【０１１７】
［太陽電池］
本発明の組成物ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０．００１≦１−ｘ−ｙ−ｚ≦０．１であり、ＭはＳｉ、Ｇｅの何れか一種以上を含む）を含む太陽電池の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下でも、この組成物で構成された層を「ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層」と呼ぶ。
【０１１８】
図１０は、太陽電池セルの模式的な構成を示す断面図である。太陽電池セル２は、ガラス基板７１、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層で形成した透明電極２９、半導体層７５、及び裏面電極７６を備える。本実施例では、半導体層７５として、ｐ型アモルファスシリコン７２、ｉ型アモルファスシリコン７３、及びｎ型アモルファスシリコン７４を含むｐｉｎダイオード型を採用している。
【０１１９】
従来の太陽電池セルは透明電極としてＩＴＯを用いていた。図１０のように、ＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層で形成した透明電極２９を備えた太陽電池セル２とすることで、ＩＴＯよりも可視光の透過効率を向上させることができるため、ガラス基板７１を介して入射された可視光を半導体層７５に照射させる光量が増加し、発電効率が向上する。
【０１２０】
図１０に示す太陽電池セル２を製造する場合には、ガラス基板７１上に、スパッタリング法によってＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層を堆積させて透明電極２９を形成すればよい。その後、透明電極２９の上面にアモルファスシリコンを成長させて半導体層７５を形成した後、半導体層７５の上面にＡｌなどで形成された裏面電極７６を形成して、所定の回路パターンにパターニングする。
【０１２１】
また、図１０に示した太陽電池セル２の構造は、あくまで一例である。どのような形式の太陽電池であっても、従来透明導電膜としてＩＴＯ膜が利用されていた箇所に、本発明のＡｌＸＧａｙＳｉ１−ｘ−ｙＮ層からなる透明電極を利用することで、発電効率が向上することが期待される。
【符号の説明】
【０１２２】
１、１ａ、１ｂ      ：    半導体発光素子
２      ：    太陽電池セル
５      ：    間隙
１１      ：    支持基板（サファイア基板）
１２      ：    支持基板
１３      ：    アンドープ層
１５      ：    ｎ型窒化物半導体層
１６      ：    ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮで形成されたｎ型窒化物半導体層
１７      ：    発光層
１９      ：    ｐ型窒化物半導体層
２０      ：    半導体層
２１      ：    ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮで形成された透明電極
２３      ：    ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮで形成された透明電極
２４      ：    ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮで形成された透明電極
２５      ：    給電端子
２６      ：    ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮ層
２７      ：    給電端子
２９      ：    ＡｌｘＧａｙＢｚＭ１−ｘ−ｙ−ｚＮで形成された透明電極
３１      ：    反射電極
３３      ：    反射電極
３５      ：    レジスト
３７      ：    ボンディングメタル
３９      ：    ボンディングメタル
４１      ：    基板
４２      ：    給電端子
４３      ：    ハンダ層
４４      ：    導電層
４５      ：    保護層
４６      ：    ハンダ層
４７      ：    反射電極
４８      ：    絶縁層
７１      ：    ガラス基板
７２      ：    ｐ型アモルファスシリコン
７３      ：    ｉ型アモルファスシリコン
７４      ：    ｎ型アモルファスシリコン
７５      ：    半導体層
７６      ：    裏面電極
９０      ：    従来の半導体発光素子
９１      ：    ＩＴＯで形成されたコンタクト電極
９３      ：    ＩＴＯで形成されたコンタクト電極
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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