(57)【要約】【課題】ｐ型の窒化物半導体に接触される電極の透光性とオーミックコンタクト特性を向上させる。【解決手段】本発明による発光素子は、光を発生する活性層５と、活性層５を被覆するｐ−ＧａＮ層７と、ｐ−ＧａＮ層７の上に形成されたｐ−ＮｉＯｘ膜８ａと、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａを被覆するように形成されたＩＴＯ膜８ｂとを具備する。ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａは、ｐ型半導体になるように形成されている。【選択図】図１
2008060561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する活性層と、
前記活性層を被覆し、且つ、ｐ型導電型を有する窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の上に形成された酸化ニッケル膜と、
前記酸化ニッケル膜を被覆するように形成されたＩＴＯ膜
とを具備し、
前記酸化ニッケル膜は、ｐ型半導体になるように形成されている
発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記窒化物半導体層は、ｐ型のＧａＮで形成されている
発光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光素子であって、
前記酸化ニッケル層の膜厚が、トンネル電流を流すことができる程度に薄い
発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子であって、
前記酸化ニッケル層の膜厚が、８．５ｎｍ以下である
発光素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子であって、
前記酸化ニッケル膜が、キャリア濃度が１０１９／ｃｍ３以上であるように形成されている
発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子であって、
前記酸化ニッケル膜が、ｐ型の縮退半導体であるように形成されている
発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子であって、
前記酸化ニッケル層は、酸素ガスを含むスパッタリングガスを用いてスパッタリングを行うことによって形成された
発光素子。
【請求項８】
請求項７に記載の発光素子であって、
前記酸化ニッケル層は、酸素ガスからなるスパッタリングガスを用いてスパッタリングを行うことによって形成された
発光素子。
【請求項９】
光を発生する活性層を形成する工程と、
前記活性層を被覆するように、ｐ型導電型を有する窒化物半導体層を形成する工程と、
前記窒化物半導体層の上に、ｐ型導電性を有する酸化ニッケル層を形成する工程と、
前記酸化ニッケル層を被覆するようにＩＴＯ膜を形成する工程
とを具備する
発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の発光素子の製造方法であって、
前記酸化ニッケル層は、酸素ガスを含むスパッタリングガスを用いてスパッタリングを行うことによって形成された
発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発光素子の製造方法であって、
前記酸化ニッケル層は、酸素ガスからなるスパッタリングガスを用いてスパッタリングを行うことによって形成された
発光素子の製造方法。
【請求項１２】
光を発生する活性層を形成する工程と、
前記活性層を被覆するように、ｐ型導電型を有する窒化物半導体層を形成する工程と、
前記窒化物半導体層の上に、ニッケル膜を形成する工程と、
前記ニッケル膜の上に、酸化ニッケル膜を形成する工程と、
前記酸化ニッケル膜の形成の後で前記ニッケル膜を酸化することにより、前記ニッケル膜と前記酸化ニッケル膜から、ｐ型導電性を有するｐ型酸化ニッケル層を形成する工程と、
前記ｐ型酸化ニッケル層を被覆するようにＩＴＯ膜を形成する工程
とを具備する
発光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の発光素子の製造方法であって、
前記ニッケル膜の酸化は、前記酸化ニッケル膜の形成の後、前記酸化ニッケル膜に紫外線を照射しながらオゾン雰囲気でアニール処理を行うことによって行われる
発光素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の発光素子の製造方法であって、
前記アニール処理の温度は、１００〜２００℃である
発光素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれかに記載の発光素子の製造方法であって、
前記酸化ニッケル膜の厚さは、５〜１０ｎｍである
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、ＬＥＤ（発光ダイオード）のような発光デバイスに関し、特に、窒化物半導体に対するオーミックコンタクトを実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）その他の窒化物半導体は、短波長の光を発生するために使用される最も典型的な半導体材料である。窒化物半導体を用いた発光デバイスの技術の開発は進展を続け、近年では、紫外線レーザも実現されている。
【０００３】
窒化物半導体を用いた発光デバイスの実現において重要な技術の一つは、電極の材料やその形成方法である。特に、ガリウムを含むｐ型の窒化物半導体、特に、ｐ−ＧａＮは仕事関数が高いため、オーミックコンタクトの形成が困難である。加えて、特に面発光デバイスでは電極が透明であることが求められ、電極の光の透過率を向上することが重要である。そのため、オーミックコンタクトを実現し、更に光の透過率を向上するための電極の材料、及びその形成方法について、多くの研究及び開発がなされている。
【０００４】
ｐ型の窒化物半導体に対してオーミックコンタクトを形成するために最も広く使用される電極材料は、Ａｕ／Ｎｉ電極である。Ａｕ／Ｎｉ電極の使用については、例えば、特開平１０−１３５５１５号公報、及び特開平１０−２０９５００号公報に開示されている。Ａｕ／Ｎｉ電極は、その形成の後に酸素雰囲気でアニールすると、コンタクト抵抗が一層に減少することが知られている。これは、ニッケルが酸化されて形成される酸化ニッケルの効果であると考えられている。
【０００５】
しかしながら、Ａｕ／Ｎｉ電極は、透光性が充分に高くない。発明者の検討によれば、Ａｕ／Ｎｉ電極は、ＬＥＤによって発生された光の約４０％を遮ってしまう。このため、オーミックコンタクトを実現しながら、透光性に優れる電極の検討が進められている。
【０００６】
米国特許第６，２８７，９４７号公報は、Ａｕ／Ｎｉ電極を形成した後でＮｉ膜を酸化するのではなく、酸化ニッケル膜を形成した後、その上にＡｕを形成する技術を開示している。Ａｕの堆積の後、アニールが行われる。このアニールにより、Ａｕが酸化ニッケル膜を突き抜けてｐ−ＧａＮの表面に拡散し、オーミックコンタクトが実現される。
【０００７】
加えて、特開２００５−１２３４８９号公報は、ＩＴＯ／Ｎｉ電極が、Ａｕ／Ｎｉ電極と比べて良好な透光性を有し、且つ、ｐ型の窒化物半導体に対してオーミックコンタクトを実現することを開示している。この公報に開示された技術では、まず、金属のＮｉ膜が形成され、その後、第１のＩＴＯ膜が形成される。その後、酸素雰囲気中でアニールがなされる。アニールの後、第２のＩＴＯ膜が形成される。
【０００８】
更に、特開２００５−２４４１４８号公報は、ｐ−ＧａＮの上に、Ａｕで形成されたドメインコンタクト層を形成し、その上に、拡散バリア層としてＮｉＯｘ膜を形成し、更にそのＮｉＯｘ膜の上にＩＴＯ膜を形成する技術を開示している。
【０００９】
加えて、特開２００５−１２３６３１号公報は、ｐ−ＧａＮで形成されたｐ型クラッド層の上に、ＮｉＯｘで形成された挿入層を形成し、その挿入層の上に、ｐ型ドーパントが添加されたｐ型導電性の酸化物で形成されたオーミックコンタクト層を形成する技術を開示している。ｐ型伝導性の酸化物としては、ＢｅＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＯ、ＭｇＺｎＯ、ＢｅＺｎＯ、ＺｎＢａＯ、ＺｎＣａＯ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＳｅＯ、ＺｎＳＯ、ＺｎＴｅＯが挙げられている。
【００１０】
しかしながら、発明者の検討によれば、一層に良好な透光性とオーミックコンタクト特性を実現することが可能である。
【特許文献１】特開平１０−１３５５１５号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９５００号公報
【特許文献３】米国特許第６，２８７，９４７号公報
【特許文献４】特開２００５−１２３４８９号公報
【特許文献５】特開２００５−２４４１４８号公報
【特許文献６】特開２００５−１２３６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、ｐ型の窒化物半導体に接触される電極の透光性とオーミックコンタクト特性を向上するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【００１３】
一の観点において、本発明による発光素子は、光を発生する活性層（５）と、活性層（５）を被覆し、且つ、ｐ型導電型を有する窒化物半導体層（７）と、前記窒化物半導体層（７）の上に形成された酸化ニッケル膜（８ａ）と、前記酸化ニッケル膜（８ａ）を被覆するように形成されたＩＴＯ膜（８ｂ）とを具備する。酸化ニッケル膜（８ａ）は、ｐ型半導体になるように形成されている。
【００１４】
酸化ニッケル層（８ａ）の膜厚が、トンネル電流を流すことができる程度に薄いことは、良好なオーミックコンタクト特性を実現するために有効である。具体的には、前記酸化ニッケル層（８ａ）の膜厚は、８．５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
酸化ニッケル膜（８ａ）は、高いキャリア濃度を有するように、具体的には、１０１９／ｃｍ３以上のキャリア濃度を有するように形成されることが好ましい。他の観点では、酸化ニッケル膜（８ａ）、ｐ型の縮退半導体であるように形成されることが好ましい。
【００１６】
キャリア濃度の向上という観点からは、酸化ニッケル層（８ａ）は、酸素ガスを含むスパッタリングガスを用いてスパッタリングを行うことによって形成されていることが好ましく、酸素ガスからなるスパッタリングガスを用いてスパッタリングを行うことによって形成されることがより好適である。
【００１７】
他の観点において、本発明の発光素子の製造方法は、
光を発生する活性層（５）を形成する工程と、
活性層（５）を被覆するように、ｐ型導電型を有する窒化物半導体層（７）を形成する工程と、
前記窒化物半導体層（７）の上に、直接に、ｐ型導電性を有する酸化ニッケル層（８ａ）を形成する工程と、
前記酸化ニッケル層（８ａ）を被覆するようにＩＴＯ膜（８ｂ）を形成する工程
とを具備する。
【００１８】
キャリア濃度の向上という観点からは、酸化ニッケル層（８ａ）は、酸素ガスを含むスパッタリングガスを用いてスパッタリングを行うことによって形成されることが好ましく、酸素ガスからなるスパッタリングガスを用いてスパッタリングを行うことによって形成されることが一層に好ましい。
【００１９】
更に他の観点において、本発明の発光素子の製造方法は、
光を発生する活性層（５）を形成する工程と、
前記活性層（５）を被覆するように、ｐ型導電型を有する窒化物半導体層（７）を形成する工程と、
前記窒化物半導体層（７）の上に、ニッケル膜を形成する工程と、
前記ニッケル膜の上に、酸化ニッケル膜を形成する工程と、
前記酸化ニッケル膜の形成の後で前記ニッケル膜を酸化することにより、前記ニッケル膜と前記酸化ニッケル膜から、ｐ型導電性を有するｐ型酸化ニッケル層（８ａ）を形成する工程と、
前記ｐ型酸化ニッケル層（８ａ）を被覆するようにＩＴＯ膜（８ｂ）を形成する工程
とを具備する。
【００２０】
前記ニッケル膜の酸化は、前記酸化ニッケル膜の形成の後、前記酸化ニッケル膜に紫外線を照射しながらオゾン雰囲気でアニール処理を行うことによって行われることが好ましい。また、前記アニール処理の温度は、１００〜２００℃であることが好ましい。また、前記酸化ニッケル膜の厚さは、５〜１０ｎｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ｐ型の窒化物半導体に接触される電極の透光性とオーミックコンタクト特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態の発光素子１０の構成を示す断面図である。本実施形態の発光素子１０は，ＬＥＤであり、サファイア基板１と，ＧａＮバッファ層２と、ｎ−ＧａＮ層３と、ｎ−ＡｌＧａＮ層４と、活性層５と、ｐ−ＡｌＧａＮ層６と、ｐ−ＧａＮ層７とを備えている。ｎ−ＧａＮ層３は、ｎ型コンタクト層として機能し、ｎ−ＡｌＧａＮ層は、ｎ型クラッド層として機能する。活性層５は、光を発生する領域であり、例えば、ＩｎＧａＮとＧａＮが交互に積層されたＭＱＷ（multi quantum well）や、ＡｌＧａＮとＧａＮが交互に積層されたＭＱＷで形成される。ｐ−ＡｌＧａＮ層６は、ｐ型クラッド層として機能し、ｐ−ＧａＮ層７は、ｐ型コンタクト層として機能する。ｐ−ＧａＮ層７の上にはアノード電極８が形成され、ｎ−ＧａＮ層３の上にはカソード電極９が形成されている。
【００２３】
このような構成の発光素子１０は、典型的には、以下のようにして形成される。まず、サファイア基板１の上にＧａＮバッファ層２と、ｎ−ＧａＮ層３と、ｎ−ＡｌＧａＮ層４と、活性層５と、ｐ−ＡｌＧａＮ層６と、ｐ−ＧａＮ層７、及びアノード電極８が順次に形成される。アノード電極８の形成の後、アニールが行われる。その後、アノード電極８、ｐ−ＧａＮ層７、ｐ−ＡｌＧａＮ層６、活性層５、ｎ−ＡｌＧａＮ層４が順次にエッチングされてｎ−ＧａＮ層３の表面の一部分が露出され、露出された部分にカソード電極９が形成される。
【００２４】
本実施形態の発光素子１０の一つの特徴は、アノード電極８の構造にある。アノード電極８は、薄い膜厚を有するｐ−ＮｉＯｘ膜８ａと、厚い膜厚を有するＩＴＯ膜８ｂとで構成されている。ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａは、ｐ−ＧａＮ層７の上に直接に形成され、ＩＴＯ膜８ｂは、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａの上に形成されている。
【００２５】
ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａは、ｐ型の導電性を有し、且つ、半導体であるように形成される。一般に、酸化ニッケル膜は、その形成条件によって、絶縁体やｐ型の半導体のいずれにもなり得る。また、酸化ニッケル膜は、ドーピングによってｎ型の半導体にもなり得る。本実施形態では、形成されたｐ−ＮｉＯｘ膜８ａがｐ型の導電性を有するように、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａの形成条件が積極的に制御される。
【００２６】
加えて、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａは、ＩＴＯ膜８ｂとｐ−ＧａＮ層７の間でトンネル電流が流れる程度に充分に薄い膜厚を有するように形成される。後述されるように、トンネル電流が流れることは、コンタクト抵抗を低減するために有効である。ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａを薄く形成することは、高い透光性を実現するためにも有効である。ｐ−ＮｉＯｘ膜の透光性は、それほど良好ではない。しかしながら、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａが充分に薄い膜厚を有するように形成されることにより、アノード電極８の透光性が向上されている。好適には、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａは、８．５ｎｍ以下の膜厚を有するように形成される。
【００２７】
ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａは、高いキャリア濃度を有するように、好適には、キャリア濃度が１０１９／ｃｍ３以上であるように形成される。ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａは、ｐ型の縮退半導体であるように形成されることが好ましい。後述されるように、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａのキャリア濃度を１０１９／ｃｍ３以上にすることは、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａの成膜条件を最適化することによって可能である。
【００２８】
ＩＴＯ膜８ｂは、透光性を保ちつつ、面内方向の抵抗値を小さくするために使用される。これは、薄いｐ−ＮｉＯｘ膜８ａのみでは、面内方向の抵抗値を充分に小さくすることができないからである。面内方向の抵抗値が大きいことは、アノード電極８の特性として好ましくない。透光性に優れるＩＴＯ膜８ｂを厚く形成することにより、透光性を保ちつつ面内方向の抵抗値を小さくすることができる。
【００２９】
このような構造のアノード電極８を使用することにより、低抵抗のオーミックコンタクトと、高い透光性とを同時に実現できる。発明者は、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極、Ａｕ／Ｎｉ電極、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極のそれぞれについて、Ｉ−Ｖ特性及び光の透過率スペクトルを測定することによってこのことを確認した。図２Ａ〜図２Ｃは、Ｉ−Ｖ特性の測定に使用された３つの試料”１”〜”３”の構造を示している。試料”１”〜”３”のいずれにおいても、サファイア基板１１の上にｐ−ＧａＮ層１２が形成され、その上に、評価対象の電極が２つ形成された。図２Ａに示されているように、試料”１”では、２つのＩＴＯ／ＮｉＯ電極１３がｐ−ＧａＮ層１２の上に形成されている。試料”２”では、２つのＡｕ／Ｎｉ電極１４がｐ−ＧａＮ層１２の上に形成され、試料”３”では、２つのＩＴＯ／Ｎｉ電極１５がｐ−ＧａＮ層１２の上に形成されている。ＩＴＯ／ＮｉＯ電極１３、Ａｕ／Ｎｉ電極１４、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極１５は、その形成の後でアニール処理が行われている。ＩＴＯ／ＮｉＯ電極１３、Ａｕ／Ｎｉ電極１４、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極１５の構造、及び処理条件は、図３に示されているとおりである。試料”１”〜”３”のそれぞれについて、形成された２つの電極の間のＩ−Ｖ特性が計測された。
【００３０】
図４は、試料”１”〜”３”のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。Ｉ−Ｖ特性において電流が電圧に対して線形的に変化することは、オーミックコンタクトが得られていることを意味しており、Ｉ−Ｖ特性の傾きが大きいことは、コンタクト抵抗が小さいことを意味している。図４に示されているように、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極は、Ｉ−Ｖ特性が線形的であり、且つ、Ａｕ／Ｎｉ電極、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極と比べてＩ−Ｖ特性の傾きが大きい。これは、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極を使用することにより、コンタクト抵抗が小さいオーミックコンタクトを実現することができることを意味している。
【００３１】
一方、図５は、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極、Ａｕ／Ｎｉ電極、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極の光の透過率スペクトルを示すグラフである。図５に示されているように、ＩＴＯ／ＮｉＯｘ電極は、可視領域において８０％〜１００％の透過率を得ることができるのに対し、Ａｕ／Ｎｉ電極、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極では、７０％程度の透過率しか得られない。
【００３２】
このように、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極は、低抵抗のオーミックコンタクトと、高い透光性とを同時に実現できる。
【００３３】
発明者は、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極によってオーミックコンタクトが得られるメカニズムを、次のように考えている。当業者に広く知られているように、ＩＴＯ膜は、ｎ型の縮退半導体として機能する。加えて、１０１９／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度を有するＮｉＯ膜は、ｐ型の縮退半導体として機能する。これにより、図６に示されているように、ＩＴＯ膜８ｂとｐ−ＧａＮ層７との間においてバンドが大きく曲がる。このため、ＩＴＯ膜８ｂとｐ−ＧａＮ層７の間ではトンネル電流が流れやすく、低いコンタクト抵抗が得られる。
【００３４】
トンネル電流を流すという観点から、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａの膜厚は、アノード電極８の特性に影響を及ぼす重要なパラメータである。図７は、ＮｉＯｘ膜の厚さが異なるＩＴＯ／ＮｉＯ電極のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。ＩＴＯ／ＮｉＯ電極のＮｉＯｘ膜が厚い場合、具体的には、ＮｉＯｘ膜の膜厚が１２．５ｎｍである場合には、オーミックコンタクト特性は良好ではない。ＮｉＯｘ膜の膜厚が５．０ｎｍ、及び８．５ｎｍでは、オーミックコンタクトが得られる。これは、ＮｉＯｘ膜の膜厚は８．５ｎｍ以下であることが好適であることを意味している。特に、ＮｉＯｘ膜の膜厚が５．０ｎｍの場合には、良好なオーミックコンタクト特性が得られるため好適である。成膜の安定性を考えると、ＮｉＯｘ膜の膜厚は、５ｎｍ以上であることが、現実的である。
【００３５】
図６のバンド構造から理解されるように、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａのキャリア濃度が高いことは重要である。キャリア濃度が１０１９／ｃｍ３以上であるｐ−ＮｉＯｘ膜８ａは、酸素ガスを含むスパッタリングガスを用いた反応性スパッタによって形成可能である。このことは、発明者の実験によって検証されている。図８は、スパッタリングガスに含まれる酸素ガスのモル比と、酸化ニッケル膜のキャリア濃度の関係を示すグラフである。スパッタリング条件は下記のとおりである：
ＲＦ電力：１００Ｗ
ターゲット：酸化ニッケル
スパッタリングガス：アルゴンガス、酸素ガス、及びそれらの混合ガス
酸素ガスのモル比：０％、６０％、８０％、１００％
【００３６】
スパッタリングガスに酸素ガスが含まれていない場合（酸素ガス：０％）には、形成された酸化ニッケル膜は絶縁性を示した。これは、酸化ニッケル膜のキャリア濃度が極めて低いことを意味している。
【００３７】
一方、スパッタリングガスに酸素ガスが含まれている場合には、形成された酸化ニッケル膜はｐ型の導電性を示した。なお、導電型がｐ型であることは、ホール測定によって確認されている。図８に示されているように、酸素ガスのモル比が６０％以上である場合に、１０１９／ｃｍ３以上のキャリア濃度が得られる。特に、酸素ガスのみで構成されているスパッタリングガス（酸素ガス：１００％）を使用することは、１０２０／ｃｍ３以上の高いキャリア濃度を有するｐ−ＮｉＯｘ膜８ａを形成可能にするため好適である。１０２０／ｃｍ３以上のキャリア濃度を実現することは、ＩＴＯ膜８ｂとｐ−ＧａＮ層７との間のトンネリングを促進し、接触抵抗を低減するために有効である。
【００３８】
発明者は、スパッタリングガスにおける酸素ガスのモル比を増大させることによって高いキャリア濃度が得られるのは、酸素ガスのモル比の増大により、酸化ニッケルに含まれる２価のニッケルイオン（Ｎｉ２＋）が３価のニッケルイオン（Ｎｉ３＋）に置換されるためであると考えている。３価のニッケルイオンは、アクセプタとして機能して正孔を供給する。このような発明者の考察は、Ｘ線電子分光分析（ＸＰＳ）の結果によって裏づけられている。図９Ａは、１００％のアルゴンガスをスパッタリングガスとして使用した場合の、酸化ニッケル膜の発光スペクトルであり、図９Ｂは、１００％の酸素ガスをスパッタリングガスとして使用した場合の、酸化ニッケル膜の発光スペクトルである。図９Ａに示されているように、１００％のアルゴンガスをスパッタリングガスとして使用した場合にはＮｉ３＋に対応するピークは見出されない。一方、１００％の酸素ガスをスパッタリングガスとして使用した場合には、図９Ｂに示されているように、発光スペクトルにＮｉ３＋に対応するピークが現れる。これは、１００％の酸素ガスをスパッタリングガスとして使用して形成されたｐ−ＮｉＯｘ膜８ａでは、２価のニッケルイオン（Ｎｉ２＋）の一部が３価のニッケルイオン（Ｎｉ３＋）に置換されていることを示唆している。
【００３９】
以上に説明されているように、本実施形態の発光素子１０では、薄く、高いキャリア濃度を有するｐ−ＮｉＯｘ膜８ａと厚いＩＴＯ膜８ｂとで構成されたＩＴＯ／ＮｉＯｘ電極がアノード電極８として使用される。これにより、アノード電極８のオーミックコンタクト特性及び透光性が向上されている。
【００４０】
下記の２つの改良を行うことにより、コンタクト抵抗を更に低下させることができる：
第１に、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａの成膜の後、紫外線をｐ−ＮｉＯｘ膜８ａに照射しながらオゾンを含む酸化雰囲気（以下では、単に「オゾン雰囲気」という。）でアニール処理を行うことがコンタクト抵抗の低減に好適である。紫外線を照射しながらオゾン雰囲気でアニール処理を行うことにより、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａのより完全な酸化を実現することができる。コンタクト抵抗を低減させるためには、アニール処理温度は、１００〜２００℃であることが好適である。
【００４１】
第２に、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａの形成において、ＮｉＯｘ膜を反応性スパッタリングによって形成する前に、薄いＮｉ膜をｐ−ＧａＮ層７の上に成長させることが好適である。Ｎｉ膜は、反応性スパッタリングによるＮｉＯｘ膜の形成の際、ｐ−ＧａＮ層７を保護する役割を果たし、コンタクト抵抗の更なる低減に寄与する。本実施形態では、ＮｉＯｘ膜が酸素を含む反応ガスを用いた反応性スパッタリングによって成膜されるが、スパッタの際に生成される酸素プラズマは、下地構造体に（本実施形態ではｐ−ＧａＮ層７に）多くのダメージを与えることが知られている。Ｎｉ膜は、酸素プラズマがｐ−ＧａＮ層７に与えるダメージを有効に抑制する。発明者の実験によれば、Ｎｉ膜の好適な厚さは、約５０Åである。Ｎｉ膜は、その後に続くプロセスによって酸化され、最終的には、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａの一部となる。Ｎｉ膜の酸化は、例えば、ｐ−ＮｉＯｘ膜８ａの形成の後、酸素雰囲気でアニール処理することによって行われる。上述のように、紫外線をｐ−ＮｉＯｘ膜８ａに照射しながらオゾン雰囲気でアニール処理を行う場合には、このアニール処理によってＮｉ膜が酸化される。
【００４２】
発明者は、紫外線を照射しながらのオゾン雰囲気でのアニール処理の有効性を、実験により確認した。実験で使用された試料の構造は、図２Ａに示されている構造と同じである。試料は、下記の工程で作製された：
まず、サファイア基板の上にｐ−ＧａＮ層が形成され、その上に、Ｎｉ膜がイオンビーム蒸着法によって形成された。続いて、ｐ−ＮｉＯｘ膜が上述の反応性スパッタ法によって形成された。その後、Ｎｉ膜の酸化、及びＮｉＯｘ膜のより完全な酸化のために、オゾン雰囲気で紫外線を照射しながらＮｉＯｘ膜のアニール処理が行われた。アニール処理温度は、１５０〜２５０℃であり、アニール処理時間は５〜１０分であった。このアニール処理は、一般に使用されているＵＶ／オゾンアッシング装置によって行われた。
【００４３】
図１０は、ＵＶ／オゾンアッシング装置の構成の例を示す図である。チャンバー２１の内部に、処理対象（発光素子の中間構造体）を置くステージ２２が設けられており、ＵＶランプ２３が、ステージ２２に対向する位置に設けられる。ステージ２２には、ヒータが埋め込まれている。チャンバー２１には、酸素からオゾンを発生するオゾン発生器２４が接続されており、オゾン発生器２４は、チャンバー２１に酸素とオゾンの混合ガスを供給する。チャンバー２１には、更に、パージ用の窒素を供給するパージライン２５が接続されている。チャンバー２１の排気口には、オゾンを分解するための触媒を収容する排気処理装置２６が設けられている。
【００４４】
ＮｉＯｘ膜の成膜の後、ＮｉＯｘ膜の上にＩＴＯ膜が形成され、最後に、窒素雰囲気でアニール処理が行われた。このアニール処理の温度は４００〜７００℃であり、アニール処理時間は３分であった。更に、ＮｉＯｘ膜とＩＴＯ膜の積層体が、所望の形状を有する電極にパターニングされた。
【００４５】
更に、対比試料として、オゾン雰囲気で紫外線を照射しながらアニール処理を行う代わりに、（紫外線を照射せずに）酸素雰囲気でＮｉＯｘ膜のアニール処理を行った試料も作製した。このアニール処理の温度は２００〜２５０℃であり、アニール処理時間は、３分であった。
【００４６】
図１１は、オゾン雰囲気で紫外線を照射しながらアニール処理を行った試料と酸素雰囲気でアニール処理を行った試料のコンタクト抵抗を示すグラフである。このグラフでは、横軸はアニール処理の温度を示しており、縦軸は、接触抵抗を示している。Ｎｉ膜の厚さ、及びその後に形成されるＮｉＯｘ膜の厚さは、いずれも５０Åであり、また、ＩＴＯ膜の形成の後の窒素雰囲気アニールの温度は、５００℃である。酸素雰囲気でアニール処理を行った試料では、接触抵抗が７×１０−３〜３×１０−２Ω・ｃｍ２であったのに対し、オゾン雰囲気で紫外線を照射しながらアニール処理を行った試料では、接触抵抗が９×１０−４〜５×１０−３Ω・ｃｍ２であった。この結果は、ＮｉＯｘ膜に対して、オゾン雰囲気で紫外線を照射しながらアニール処理を行うことの有効性を示している。図１１から理解されるように、オゾン雰囲気での紫外線を照射しながらのアニール処理には、最適な範囲がある。アニール処理温度は、１００〜２００℃であることが好適であり、１５０℃付近が最適な温度である。
【００４７】
Ｎｉ膜の形成の後に形成されるＮｉＯｘ膜の厚さは、コンタクト抵抗に影響を及ぼす。ここでいうＮｉＯｘ膜の厚さとは、（Ｎｉ膜の酸化によって形成されるＮｉＯｘを含まない）反応性スパッタによって成膜されるＮｉＯｘ膜の厚さをいうことに留意されたい。図１２は、ＮｉＯｘ膜の厚さとコンタクト抵抗の関係を示すグラフである。このグラフに示されているように、ＮｉＯｘ膜の厚さを５０〜１００Å（即ち、５ｎｍ〜１０ｎｍ）にすることにより、低いコンタクト抵抗が得られる。ＮｉＯｘ膜の厚さが薄すぎることは、急激なコンタクト抵抗の増加をもたらす。最も好適なＮｉＯｘ膜の膜厚は、約５０Åである。
【００４８】
ＩＴＯ膜の成膜の後のアニール処理の温度も、コンタクト抵抗に影響を及ぼす。図１３は、ＩＴＯ膜の成膜の後のアニール処理の温度とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。このグラフから理解されるように、４００〜５００℃のアニール温度が好適である。
【００４９】
なお、本実施形態では、ｐ−ＧａＮ層７に対してオーミックコンタクトを実現する技術が提示されているが、本発明は、大きい仕事関数を有する他のｐ型の窒化物半導体、例えば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮへのオーミックコンタクトを実現するために適用することもできることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の発光素子の構造を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、Ｉ−Ｖ特性の測定に使用された試料の構造を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、Ｉ−Ｖ特性の測定に使用された試料の構造を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、Ｉ−Ｖ特性の測定に使用された試料の構造を示す断面図である。
【図３】図３は、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極、Ａｕ／Ｎｉ電極、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極の構造、及びそれらに対して行われたアニール処理を説明する表である。
【図４】図４は、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極、Ａｕ／Ｎｉ電極、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図５】図５は、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極、Ａｕ／Ｎｉ電極、及びＩＴＯ／Ｎｉ電極のＩ−Ｖ特性の光透過率スペクトルを示すグラフである。
【図６】図６は、ＩＴＯ／ＮｉＯ電極とｐ−ＧａＮ層のバンド構造を示す図である。
【図７】図７は、ＮｉＯｘ膜の膜厚が異なるＩＴＯ／ＮｉＯ電極それぞれのＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図８】図８は、スパッタガスに含まれる酸素ガスのモル比と、ＮｉＯｘ膜のキャリア濃度の関係を示すグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、１００％のアルゴンガスをスパッタリングガスとして使用した場合の、酸化ニッケル膜の発光スペクトルである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、１００％の酸素ガスをスパッタリングガスとして使用した場合の、酸化ニッケル膜の発光スペクトルである。
【図１０】図１０は、オゾン雰囲気で紫外線を照射しながらアニール処理を行った試料と酸素雰囲気でアニール処理を行った試料の接触抵抗を示すグラフである。
【図１１】図１１は、オゾン雰囲気で紫外線を照射しながらアニール処理を行った試料と酸素雰囲気でアニール処理を行った試料のコンタクト抵抗を示すグラフである。
【図１２】図１２は、ＮｉＯｘ膜の厚さとコンタクト抵抗の関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、ＩＴＯ膜の成膜の後のアニール処理の温度とコンタクト抵抗との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１０：発光素子
１：サファイア基板
２：ＧａＮバッファ層
３：ｎ−ＧａＮ層
４：ｎ−ＡｌＧａＮ層
５：活性層
６：ｐ−ＡｌＧａＮ層
７：ｐ−ＧａＮ層
８：アノード電極
８ａ：ｐ−ＮｉＯｘ膜
８ｂ：ＩＴＯ膜
９：カソード電極
１１：サファイア基板
１２：ｐ−ＧａＮ層
１３：ＩＴＯ／ＮｉＯ電極
１４：Ａｕ／Ｎｉ電極
１５：ＩＴＯ／Ｎｉ電極
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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