(57)【要約】【課題】発光出力が高く、かつ駆動電圧が低い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供すること。【解決手段】基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で有し、該ｎ型半導体層および該ｐ型半導体層に負極および正極がそれぞれ設けられ、該正極が導電性と透光性を持つ酸化物材料からなる発光素子において、該ｐ型半導体層と該正極との間にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層が存在す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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で有し、該ｎ型半導体層および該ｐ型半導体層に負極および正極がそれぞれ設けられ、該正極が導電性と透光性を持つ酸化物材料からなる発光素子において、該ｐ型半導体層と該正極との間にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層が存在す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。
【請求項２】
酸化物材料がＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯおよびＺｎＯからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で成膜し、成膜されたｎ型半導体層およびｐ型半導体層にそれぞれ負極および導電性と透光性を持つ酸化物材料からなる正極を形成して窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する際に、正極の形成工程後に、ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程を含む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の製造方法。
【請求項４】
ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程が３００℃以上の温度での熱処理である請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
熱処理を酸素含有雰囲気下で行なう請求項４に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で成膜し、成膜されたｎ型半導体層およびｐ型半導体層にそれぞれ負極および導電性と透光性を持つ酸化物材料からなる正極を形成して窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する際に、ｐ型半導体層の成膜工程後正極の形成工程前に、ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程を含む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の製造方法。
【請求項７】
ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程が、アンモニアを含まない雰囲気下において７００℃以上の温度で１分以上熱処理し、熱処理中または熱処理後酸素含有雰囲気中に曝すことからなる請求項６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
熱処理が５分以上に亘って行なわれる請求項７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程が、ｐ型半導体層成膜後の降温過程であって、キャリアガスが水素以外のガスからなり、かつ、アンモニアが導入されていない雰囲気下で降温し、その後酸素含有雰囲気中に曝すことからなる請求項６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のランプが組み込まれている電子機器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電子機器が組み込まれている機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、発光出力が高く、かつ駆動電圧が低い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は発光層を間に介するかたちでｎ型半導体層とｐ型半導体層を配置し、それぞれに接触する形で形成された負極および正極から電流を注入することで発光を得ている。
【０００３】
負極は、エッチングなどの方法により上方から掘りこんで、露出させたｎ型半導体層上に一層以上の金属薄膜を積層させて形成する。正極はｐ型半導体層上全体に設けられた導電膜とその一部の領域上に形成した金属多層膜（ボンディングパッド）から構成される。導電膜を設けるのは、金属多層膜からの電流をｐ型半導体層全体に行きわたらせるためである。これは窒化ガリウム系化合物半導体材料の特質として、材料の膜内横方向への電流拡散が小さいことが関係している。すなわち、導電膜がない場合、金属多層膜直下のｐ型半導体層領域にのみしか電流が注入されず、発光層への電流供給に不均一が生じる。そして発光層からの光は負極である金属薄膜極に遮蔽されてしまい外部にとりだせなくなってしまう。そのため金属多層膜からの電流をｐ型半導体層全体に行き渡らせるための電流拡散層として、導電膜を使用するのはこのような理由による。またこの導電膜は発光を外部にとりだすために光透過性を備えている必要がある。このようなことから窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に使用する導電膜は透明導電膜が一般的に使われている。
【０００４】
従来は、正極導電膜の構成として、ＮｉやＣｏの酸化物とｐ型半導体層に接触するコンタクトメタルとしてのＡｕとを組みあわせた構成が取られていた（例えば、特許文献１参照）。最近では、金属酸化物として、より導電性が高い酸化物、たとえばＩＴＯ膜などを用いて、コンタクトメタルを薄膜化した状態、あるいはコンタクトメタルを介在させない状態で、光透過性を高めた構成が採用されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
ＩＴＯ膜などの導電性透明材料からなる層はＮｉまたはＣｏの酸化物層に比べて、光透過性に優れているため、光の取り出しを損なうことなく、その膜厚を比較的厚くすることが可能である。ＮｉまたはＣｏの酸化物層では膜厚１０〜５０ｎｍの範囲で使われているのに対し、ＩＴＯ膜などの導電性透明膜では２００〜５００ｎｍの層厚が利用される。
【０００６】
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の正極導電膜としてＩＴＯ膜などの導電性透明膜を使う利点は、従来の正極導電膜にくらべて、高い光透過率を持つため、同じ注入電流に対して発光出力が高くなることにある。しかし、導電性の膜であるけれども、ｐ型半導体層との接触抵抗が従来の正極導電膜に比較して大きくなり、使用時の駆動電圧が高くなるという副作用が生じるのが問題であった。
【０００７】
これに対し、ｐ型半導体層と透光性の導電膜の間に中間層を設ける技術が公開されている。
例えば、特許文献３に公開された手法によれば、素子構造の最表面にあたるｐ型半導体層上にＭｇを増加させたｐ+層を形成する。また、非特許文献１などのように、ｐ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層を形成する場合もある。
【０００８】
しかしながら、当グループが鋭意実験を重ねた結果、これらの中間層は良好な結晶を成長させることが困難な極端な条件を用いる必要があり、産業上の利用には向かなかった。例えば、ウエーハの最終段階でｐ+層を形成することは、炉内にＭｇを残留させることになり、その次のエピタキシャル成長に影響を与えた。また、ｐ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層を最後に成膜する場合も、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層を成膜できるような低温での成長ではＭｇが結晶に取り込まれ難いため、大量のＭｇ原料を炉内に流通させる必要があった。このことが前述のｐ+層を形成する場合と同じ影響を招いた。
【０００９】
また、Ｇａ2Ｏ3をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の電極として利用する技術も公開されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、Ｇａ2Ｏ3はＩＴＯなどに比較すると導電性が低く、これのみから透明電極を構成すると電流の広がりが充分でなく、駆動電圧の上昇や発光領域が限定されることによる発光出力の低下などが問題となった。
【００１０】
【特許文献１】特許第２８０３７４２号公報
【特許文献２】実開平６−３８２６５号公報
【特許文献３】米国特許第６０７８０６４号明細書
【特許文献４】特開２００６−２６１３５８号公報
【非特許文献１】Ｋ−Ｍ  Ｃｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．、Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ４９（２００５）、１３８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、発光出力が高く、かつ駆動電圧が低い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、導電性透光性材料よりなる電極をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層に接触させる場合に、その間にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を形成することにより、接触抵抗を低減させることが可能になることを見出し、また、そのためのいくつかの製造方法を見出して、本発明を完成した。
【００１３】
即ち、本発明は下記の発明を提供する。
（１）基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で有し、該ｎ型半導体層および該ｐ型半導体層に負極および正極がそれぞれ設けられ、該正極が導電性と透光性を持つ酸化物材料からなる発光素子において、該ｐ型半導体層と該正極との間にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層が存在す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。
【００１４】
（２）酸化物材料がＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯおよびＺｎＯからなる群より選ばれた少なくとも１種である上記１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１５】
（３）基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で成膜し、成膜されたｎ型半導体層およびｐ型半導体層にそれぞれ負極および導電性と透光性を持つ酸化物材料からなる正極を形成して窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する際に、正極の形成工程後に、ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程を含む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の製造方法。
【００１６】
（４）ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程が３００℃以上の温度での熱処理である上記３項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（５）熱処理を酸素含有雰囲気下で行なう上記４項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【００１７】
（６）基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で成膜し、成膜されたｎ型半導体層およびｐ型半導体層にそれぞれ負極および導電性と透光性を持つ酸化物材料からなる正極を形成して窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を製造する際に、ｐ型半導体層の成膜工程後正極の形成工程前に、ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程を含む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の製造方法。
【００１８】
（７）ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程が、アンモニアを含まない雰囲気下において７００℃以上の温度で１分以上熱処理し、熱処理中または熱処理後酸素含有雰囲気中に曝すことからなる上記６項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（８）熱処理が５分以上に亘って行なわれる上記７項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【００１９】
（９）ｐ型半導体層の表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を生じさせる工程が、ｐ型半導体層成膜後の降温過程であって、キャリアガスが水素以外のガスからなり、かつ、アンモニアが導入されていない雰囲気下で降温し、その後酸素含有雰囲気中に曝すことからなる上記６項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【００２０】
（１０）上記１または２項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
（１１）上記１０項に記載のランプが組み込まれている電子機器。
（１２）上記１１項に記載の電子機器が組み込まれている機械装置。
【発明の効果】
【００２１】
導電性透光性酸化物材料を正極としてｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にオーミック接触させる場合に置いて、それらの間にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を形成することにより、炉にコンタミを残す条件を強いられる中間層を形成することなく、良好なオーミック接触を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は本発明に係わる、ＩＴＯからなる正極をｐ型半導体層上に直接設けた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図である。本図において７が正極であり、ＩＴＯからなる透光導電膜７ａとボンディングパッド層７ｂから構成されている。５がｐ型半導体層であり、ｐ型クラッド層５ａおよびｐ型コンタクト層５ｂから構成される。６がＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層である。１は基板、２はバッファ層、３はｎ型半導体層、４は発光層そして８は負極である。
【００２３】
後述の実施例１において、本発明に関わる電極構造を持つサンプルを作製し、ＩＴＯが形成されたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の領域に対してＳｐｒｉｎｇ−８での硬Ｘ線光電子分光（放射光エネルギー＝５９４８ｅＶ）によって分析した結果が図５および図６に示されている。光電子の脱出深さは約７ｎｍである。この分析方法によると、ＩＴＯおよびＩＴＯに接触する窒化ガリウム系化合物半導体の化学結合状態の情報を得ることができる。図５にはＧａの２ｐ3/2のピークの分析結果を示し、図６にはＮの１ｓのピークの分析結果を示す。
【００２４】
図５に示すスペクトルの形状は、このピークが２成分の重ね合わせで出来ていることを示しており、ピークフィッティングの手法を用いてピークを分解すると、Ｇａ−Ｎ結合に由来するピーク（図５中のピークＡ）とＧａ−Ｏ結合に由来するピーク（図５中のピークＢ）に当たることが判る。Ｇａ−Ｎ結合はｐ型窒化ガリウム系化合物半導体ＧａＮに由来するものであろう。Ｇａ−Ｏ結合はガリウム酸化物（ＧａＯx）に由来するものであろう。これは、ＩＴＯとＧａＮの界面に、数ｎｍもの厚さのＧａＯx層が形成されていることを示す。
【００２５】
図６に示すスペクトルの形状も、同様に２つの成分の重ねあわせであり、フィッティングにより、Ｇａ−Ｎ結合に由来する成分（図６中のピークＡ）とＮ−Ｏ結合に由来する成分（図６中のピークＣ）が混在することによる分裂であることが判る。このＮ−Ｏ結合に由来する成分の膜厚はＧａＯx層の膜厚とほぼ等しいので、ＩＴＯ／ＧａＮ界面にはＧａ−Ｎ−Ｏ−Ｇａからなる複合酸化物層が形成されていることが判る。
【００２６】
これらの分析により、後述の実施例１で作製した発光素子は、導電性透光性酸化物であるＩＴＯとｐ型ＧａＮとの間に、ガリウム酸化物（ＧａＯx）を含む層を持つことが判る。それ以外に、Ｎ−Ｏ結合を持つ成分が存在している。
【００２７】
要するに、本発明におけるＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層とは硬Ｘ線光電子分光（放射光エネルギー＝５９４８ｅＶ）分析によってＧａ−Ｏ結合に由来するピークおよび／またはＮ−Ｏ結合に由来するピークが観察される層を意味する。Ｇａ−Ｏ結合を有する化合物としては例えばＧａ2Ｏ3等のガリウム酸化物（ＧａＯx）がある。また、Ｎ−Ｏ結合を有する化合物の存在を考慮すると、Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物としては例えばＧａ(2-y)ＮyＯ(3-3y)（０≦ｙ＜１）で表される複合酸化物がある。さらに、正極としてＩＴＯやＩＺＯを用いた場合には、製造条件によっては、ＧａxＩｎyＮzＯ(3-3z)（ｘ＋ｙ＝２−ｚ，０≦ｚ＜１）で表される複合酸化物が存在する可能性もある。
【００２８】
Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層の厚さは次のような方法で求めることができる。
減衰しながら媒体中を進む光の強度は、Ｉ＝Ｉ0×Ｅｘｐ（−ｋｌ）［Ｉ0：減衰される前の光の強度、ｋ：減衰係数、ｌ：媒体中を進む距離］で表される。減衰係数は媒体によって固有であるので、減衰しながら入射する光の強度の分布と、それによって励起され、減衰しながら観測される方向へ出射する光の強度の分布を計算することができる。この式に基づき、存在比を仮定することによって、観測された２つのピークの強度の比を満足する結合の存在比をシミュレーションによって求めることが可能である。
【００２９】
このような、Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層の膜厚は、１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下であることが望ましい。更に望ましくは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
【００３０】
Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層の組成は、如何様にもすることができるが、５０％以上がＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物であるような窒化ガリウムの結晶であることが望ましい。
【００３１】
Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物の存在する形態も、自由に選ぶことができる。層状であることはもちろん島状やスポット状であっても構わない。とはいえ、導電性透光性酸化物層および窒化ガリウム系化合物半導体層と接触する面積が大きいことが望ましく、表面積の５０％以上がＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物であることが望ましい。また、層状に導電性透光性酸化物と窒化ガリウム系化合物半導体の間に存在することが最も望ましい。
【００３２】
導電性透光性酸化物電極層と窒化ガリウム系化合物半導体よりなる層との間にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を形成するための方法として、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を成膜後、別途ガリウム酸化物の層を形成する方法がある。成膜の手法は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、など、一般的な方法をなんら問題なく用いることができる。
しかし、別途成膜する方法では、成膜用の装置を用意する必要があり、設備に掛かる費用が増大する問題があるのと、工程が長くなる問題がある。
【００３３】
一方、Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を作製するための方法として、アニールを用いる方法がある。導電性透光性酸化物電極膜を成膜後にアニールを施すことで、電極膜とｐ型半導体層との反応を促し、Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を形成することもできる。電極膜成膜後のアニールの温度は、３００℃以上であればよく、４００℃以上であれば更に良く、６００℃以上であることが特に良い。アニールの時間としては１０秒から３０分程度が適当である。アニール中の気相の雰囲気ガスとしては、酸素、窒素、アルゴン、などを含むことができるが、真空でも構わない。酸素を含むことが好ましい。
【００３４】
また、ｐ型半導体層の成膜後、導電性透光性酸化物電極膜の成膜前にアニールを行なってもよい。窒化ガリウム系化合物半導体は７００℃以上の温度でアンモニアを含まない雰囲気にてアニールすると、窒素抜けを起こすことが知られている。窒素が抜けてガリウム過剰となった表面を酸素を含む雰囲気に曝すことで、表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を形成することができる。酸素を含む雰囲気、とは、酸素そのものでも構わないし、別途酸素とそれ以外のガスを混合したガスを用意しても構わないが、空気としても構わない。酸素に曝す環境としては、温度を適宜選ぶことができるが、室温で構わない。アニールを酸素含有雰囲気で行なってもよい。
【００３５】
窒化ガリウムを熱処理した場合、熱処理過程の初期に於いては、結晶中から水素が脱離し、その後、結晶の分解によって窒素が脱離することが知られている（例えば、I. Waki, et al, J. Appl. Phys. 90, 6500-6504 .(2001)参照）。本発明の目的のためには、最表面において結晶の分解を促し、窒素元素を脱離させる必要がある。従って、熱処理は窒素が脱離を開始するために、ある程度の時間の保持が必要となる。具体的には、１分以上の保持が必要であり、５分以上の保持であれば尚望ましい。
しかし、別途アニールする方法では、上記と同様に装置を用意する必要があり、設備に掛かる費用が増大する問題があるのと、工程が長くなる問題がある。
【００３６】
窒化ガリウム系化合物半導体を成膜後、温度を下げる際の気相の雰囲気ガスを調整することによっても、アニールと同様の効果を得ることができる。
ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体は、９００℃から１２００℃などの高温で、水素、窒素などをキャリアガスとして使用し、アンモニアと有機金属を原料として成膜される。成膜終了後、気相雰囲気を水素を含まない雰囲気とし、７００℃以上の温度でアンモニアの供給も停止することで、窒化ガリウム系半導体の最表面にガリウム過剰となった表面を形成することができる。この表面を酸素を含む雰囲気に曝すことで、表面にＧａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を形成することができる。酸素を含む雰囲気とは、酸素そのものでも構わないし、別途酸素とそれ以外のガスを混合したガスを用意しても構わないが、空気としても構わない。酸素に曝す環境としては、温度を適宜選ぶことができるが、室温で構わない。つまり、室温で空気中に曝すだけで、Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層を形成できる。この方法は最も安価であり、工程も冗長とならないので、好ましい方法の一つである。
【００３７】
本願発明において、基板１には、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単結晶またはＧａ2Ｏ3単結晶などの酸化物単結晶基板、およびＳｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶またはＺｒＢ2などのホウ化物単結晶などの非酸化物単結晶基板から選ばれた公知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。なお、基板の面方位は特に限定されず、そのオフ角は任意に選択されたものでよい。
【００３８】
バッファ層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成する窒化ガリウム系半導体としては、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる各種組成の半導体が公知である。本発明におけるバッファ層、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成する窒化ガリウム系半導体においても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００３９】
これらの窒化ガリウム系半導体を成長する方法としては、有機金属気層相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー成長法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などがある。望ましくは組成制御が容易であり、量産性を備えたＭＯＣＶＤ法が適しているが、必ずしも同法に限定されるものではない。
【００４０】
ＭＯＣＶＤ法を上記半導体層の成長方法として採用する場合は、Ｇａの原料として、有機金属材料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）を、Ａｌの原料として、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）を用いる。また発光層の構成材料原料であるIｎについてはその原料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）を用いる。Ｎ源として、アンモニア（ＮＨ3）またはヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）などを用いる。
【００４１】
ｎ型半導体層にはドーパント材料として、ＳｉあるいはＧｅを用いる。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（ＧｅＨ4）または有機ゲルマニウム化合物を用いる。ｐ型半導体層では、ドーパントしてＭｇを使用する。その原料としては、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（（ＥｔＣｐ）2Ｍｇ）を用いる。
【００４２】
次に、成長法として一般的なＭＯＣＶＤ法を採用した各半導体層について述べる。
（バッファ層）
バッファ層としては、特許第３０２６０８７号公報等に開示された低温バッファ層や特開２００３−２４３３０２号公報等に開示された高温バッファ層が知られており、これらのバッファ層を何ら制限無く用いることができる。
【００４３】
成長に供する基板１は前期記載の中から選択できるが、ここではサファイア基板を使用した場合について述べる。同基板を温度、圧力の制御の可能な反応空間に設置されたＳｉＣ膜付グラファイト製治具（サセプター）上に配置した状態で、その場所に水素キャリアガス、窒素キャリアガスとともにＮＨ3ガスとＴＭＡを送りこむ。ＳｉＣ膜付グラファイト製治具はＲＦコイルによる誘導加熱によって必要な温度にまで加熱され、基板上ではＡｌＮバッファー層が形成される。温度として、ＡｌＮの低温バッファを成長させるには５００℃から７００℃の温度に制御し、その後結晶化のために１１００℃前後にまで温度を上げる。高温ＡｌＮバッファ層を成長させる場合は２段の加熱ではなく、一度に１０００℃から１２００℃の温度領域に昇温可能である。なお、前記記載中のＡｌＮ単結晶基板、ＧａＮ単結晶基板を使う場合はかならずしもバッファ層を成長させる必要はなく、上記基板上に後述するｎ型半導体層を直接成長させる。
【００４４】
（ｎ型半導体層）
ｎ型半導体層としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。通常、ｎ型半導体層はアンドープＧａＮ層からなる下地層、ＳｉやＧｅ等のｎ型ドーパントを含有し、負極が設けられるｎ型コンタクト層および発光層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型クラッド層から構成される。ｎ型コンタクト層は、ｎ型クラッド層および／または下地層を兼ねることができる。
【００４５】
バッファ層の形成に引き続いて、バッファ層上にアンドープＧａＮ層からなる下地層を成長させる。温度は１０００〜１２００℃として、圧力制御下のもと、ＮＨ3ガスとＴＭＧａをキャリアガスとともにバッファ層上に送りこむ。ＴＭＧの供給量は、同時に流すＮＨ3との比率によって制限されるが、成長速度として１μｍ／時〜３μｍ／時の間に制御することが転位など結晶欠陥の発生を抑制することに有効である。成長圧力については上記の成長速度を確保するうえで、２０〜６０ｋＰ（２００〜６００mbar）の領域が最適である。
【００４６】
アンドープＧａＮ層の成長に引き続いて、ｎ型コンタクト層を成長させる。その成長条件はアンドープＧａＮ層の成長条件と同じである。ドーパントはキャリアガスとともに供給されるが、その供給濃度はＴＭＧ供給量との比率で制御する。本発明では、後述するｐ型半導体層を特定の組成にすることにより、酸化物材料からなる正極を備えた発光素子の駆動電圧を低くすることができるが、駆動電圧はｎ型コンタクト層のドーパント濃度によっても当然影響を受けるので、ｐ型半導体層の成長条件に合わせながらｎ型コンタクト層のドーパント濃度を決定するとよい。ドーパントの供給条件としてはＭ/Ｇａ比（Ｍ＝ＳｉまたはＧｅ）を１．０×１０-3〜６．０×１０-3の範囲にすることで駆動電圧を低くすることが可能となる。
【００４７】
アンドープＧａＮ層およびドーパント含有ｎ型半導体層の膜厚は、それぞれ１〜４μｍとすることが好ましいが必ずしもこの範囲に限定されるものではない。基板およびバッファ層からの結晶欠陥の上層への伝播を抑えるための手段として、アンドープＧａＮ層および／またはドーパント含有ｎ型半導体層の膜厚を増加させることも可能であるが、厚膜化により、ウエーハ自体の反りを誘発するのであまり得策ではない。本発明においては、前記の範囲内においてそれぞれの層の膜厚を設定することが好ましい。
【００４８】
（発光層）
発光層としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。
【００４９】
例えば多重量子井戸構造の発光層はバリア層となるｎ型ＧａＮ層と井戸層となるＧａＩｎＮ層を交互に積層させながら形成する。キャリアガスはＮ2またはＨ2を選択使用する。ＮＨ3とＴＥＧあるいはＴＭＧはこのキャリアガスとともに供給する。
【００５０】
ＧａＩｎＮ層の成長ではさらにＴＭＩを供給する。つまり成長時間を制御しながら、断続的にＩｎを供給するプロセスを取る。ＧａＩｎＮ層の成長ではキャリアガス中にＨ2が介在することでＩｎ濃度の制御が難しくなるので、この層ではキャリアガスとしてＨ2を使うことは得策ではない。バリア層（ｎ型ＧａＮ層）と井戸層（ＧａＩｎＮ層）の膜厚は発光出力が最も高くなる条件を選択する。最適膜厚が決定されたうえで、ＩＩＩ族の原料供給量と成長時間を適宜選ぶ。バリア層へのドーパント量も発光素子の駆動電圧の高低を左右する条件となるが、その濃度はｐ型半導体層の成長条件に対応して選択する。ドーパントとしてはＳｉあるいはＧｅのどちらでもよい。
【００５１】
成長温度は７００℃から１０００℃の間が好ましいが、必ずしもこの範囲に限定されない。しかし、井戸層の成長においては高い温度ではＩｎが成長膜中に取り込まれにくくなり、実質的に井戸層を形成することは困難である。そのため、成長温度はあまり高くならない範囲内で選択する。本発明では発光層の成長温度として７００℃から１０００℃の範囲でとしているが、バリア層と井戸層の成長温度を変えても支障はない。成長圧力は成長速度とのバランスを取りながら設定する。本発明では、成長圧力は２０ｋＰ（２００mbar）から６０ｋＰ（６００mbar）の間が好ましいが、必ずしもこの範囲に限定されるものではない。
【００５２】
井戸層とバリア層の数であるが、どちらも３層から７層が適切であるが、かならずしもこの範囲に限定されない。発光層は最後にバリア層を成長させて終了となる（最終バリア層）。このバリア層は井戸層からのキャリアのオーバーフローを防ぐとともに、つづくｐ型半導体層の成長において、最終井戸層からのＩｎの再脱離を防ぐ役割を果たす。
【００５３】
（ｐ型半導体層）
ｐ型半導体層は、通常、その上に正極が形成されるｐ型コンタクト層とバンドギャップエネルギーが発光層よりも大きいｐ型クラッド層から構成される。ｐ型コンタクト層はｐ型クラッド層を兼ねることもできる。
【００５４】
ｐ型コンタクト層にドープされるｐ型ドーパントの量は、１×１０18ｃｍ-3から１×１０21ｃｍ-3とすることが望ましい。ｐ型コンタクト層にドープされるＭｇの量は、成長時に流通させるＧａとＭｇの気相での存在比を適切に調整することで制御できる。例えば、ＭＯＣＶＤにおいては、Ｇａの原料であるＴＭＧと、Ｍｇの原料であるＣｐ2Ｍｇの流通させる比で制御できる。
【００５５】
ｐ型半導体層の成長において、まず発光層の最終バリア層の上に直接接してｐ型クラッド層を、その上にｐ型コンタクト層を積層させる。ｐ型コンタクト層が最上層となり、その上に正極の一部を構成する導電性透光性酸化物例えばＩＴＯが接する。ｐ型クラッド層にはＧａＮまたはＧａＡｌＮを用いることが好ましい。この際には組成または格子定数の異なる層を交互に積層させてもよく、層の厚みとドーパントであるＭｇの濃度を変化させてもよい。
【００５６】
ｐ型コンタクト層の成長は次のように行う。ＴＭＧ、ＴＭＡおよびドーパントであるＣｐ2Ｍｇを、キャリアガス（水素または窒素、ないしは両者の混合ガス）およびＮＨ3ガスと共に上記のｐ型クラッド層上に送りこむ。
【００５７】
この時の成長温度は９８０〜１１００℃の範囲が望ましい。９８０℃より低い温度であると、結晶性の低いエピタキシャル層が形成されてしまい、結晶欠陥起因の膜抵抗が大きくなる。また１１００℃より高い温度では、下層に位置する発光層のうち、井戸層がｐ型コンタクト層成長過程において高温度の環境下に置かれてしまい、熱ダメージを受けてしまう可能性がある。この場合は、発光素子にした時点での強度低下、または耐性試験下での強度劣化をもたらす危険がある。
【００５８】
成長圧力については、特に制限はないが、好ましくは５０ｋＰ（５００mbar）以下がよい。この理由としては、この圧力以下で成長を行うと、ｐ型コンタクト層中の面内方向のＡｌ濃度を均一にすることができ、必要に応じてＧａＡｌＮのＡｌ組成を変化させたｐ型コンタクト層を成長させる場合に、制御が容易であるからである。この圧力より高い条件では、供給したＴＭＡとＮＨ3の反応が顕著なり、成長途中にある基板に到達する前にＴＭＡが消費されてしまい、目的とするＡｌ組成を得ることが困難になる。ドーパントとして送りこんだＭｇについても同様なことが言える。すなわち、５０ｋＰ（５００mbar）以下の成長条件であると、ｐ型コンタクト層中の２次元方向（成長基板の面内方向）のＭｇ濃度分布が均一（成長基板の面内均一性）になる。
【００５９】
使用するキャリアガス流量によってＧａＡｌＮコンタクト層中の面内方向のＡｌ組成、Ｍｇ濃度の分布が変化することも知られている。しかし、キャリアガス条件よりも、成長圧力の条件によってコンタクト層中のＡｌ組成、Ｍｇの面内均一性が大きく左右されることが見出された。従って５０ｋＰ（５００mbar）以下で１０ｋＰ（１００mbar）以上の成長圧力とすることが適切である。
【００６０】
すなわち前述の成長温度および成長圧力条件下で、ｐ型コンタクト層の成長速度Ｖｇｃは１０〜２０ｎｍ／分が好ましく、１３〜２０ｎｍ／分がさらに好ましい。α（Ｍｇ／Ｇａ）は０．７５×１０-2〜１．５×１０-2が好ましく、０．７８×１０-2〜１．２×１０-2がさらに好ましい。この条件下において、ｐ型コンタクト層中のＭｇ濃度を１×１０19〜４×１０20原子／ｃｍ3、好ましくは１．５×１０19〜３×１０20原子／ｃｍ3、さらに好ましくは９×１０19〜２×１０20原子／ｃｍ3に制御することができる。
【００６１】
また、ｐ型コンタクト層の膜厚としては５０〜３００ｎｍが好ましく、さらに好ましくは１００〜２００ｎｍである。
なお、成長速度の決定は、ウエーハ断面のＴＥＭ観察または分光エリプソメトリーによりｐ型コンタクト層の膜厚を計測し、成長時間で割り返して求める。また、ｐ型コンタクト層中のＭｇ濃度は一般的な質量分析装置（ＳＩＭＳ）によって求めることができる。
【００６２】
次に、ｎ型コンタクト層およびｐ型コンタクト層上に設けられる負極および正極について説明する。
（負極）
負極としても各種組成および構造のものが公知であり、本願発明においてもこれら公知のものを含めて、如何なる組成および構造のものも用いることができる。その製造方法も各種の製法が公知であり、それら公知の方法を用いることができる。
【００６３】
負極形成工程は例えば以下の手順による。
ｎ型コンタクト層上への負極形成面の作製には公知のフォトリソグラフィー技術および一般的なエッチング技術が利用可能である。これらの技術により、ウエーハの最上層からｎ型コンタクト層の位置にまで掘り込みができ、負極形成予定の領域のｎ型コンタクト層を露出させることができる。負極材料としては、ｎ型コンタクト層に接するコンタクトメタルとしてＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕのほか、Ｃｒ、Ｗ、Ｖなどの金属材料が利用可能である。ｎ型コンタクト層への密着性を向上させるために、コンタクトメタルを上記金属から複数選択した多層構造としてもよい。なお、最表面はＡｕであるとボンディング性が良好となる。
【００６４】
（正極）
本発明では正極にはＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯなどの導電性で透光性を有する酸化物を用いる。
中でも、ＩＴＯは最も一般的な導電性酸化物であり、ＩＴＯの組成としては５０％≦Ｉｎ＜１００％および０％＜Ｓｎ≦５０％とするのが好ましい。この範囲内において低い膜抵抗と高い光透過率を満足することが可能である。Ｉｎが９０％、Ｓｎが１０％であることが特に好ましい。ＩＴＯには不純物としてＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族またはＶ族の元素を含んでいてもよい。
【００６５】
ＩＴＯ膜の膜厚は５０〜５００ｎｍが望ましい。５０ｎｍ以下であれば、ＩＴＯ膜自体の膜抵抗が高くなり、駆動電圧が高くなる。また逆に５００ｎｍより厚いと上面への発光の取り出し効率が低くなり、発光出力が高くならない。
【００６６】
ＩＴＯ膜の成膜方法については、公知の真空蒸着法やスパッタ法を用いることができる。真空蒸着には加熱方法に抵抗加熱方式や電子線加熱方式などがあるが、金属以外の材料の蒸着には、電子線加熱方式が適している。また、原料となる化合物を液状とし、これを表面に塗布した後然るべき処理により酸化物膜とする方法も用いることができる。
【００６７】
蒸着法では条件によりＩＴＯ 膜の結晶性が影響を受けるが、条件を適切に選択すればその限りではない。なお室温にてＩＴＯ膜を作成した場合は、透明化のための熱処理が必要となる。
【００６８】
スパッタ法による成膜では、プラズマの高エネルギーの環境下に置かれるため、ｐ型コンタクト層表面がプラズマによるダメージを受けやすく、従って接触抵抗が高くなる傾向にあるが、成膜条件を工夫することでｐ型コンタクト層表面への影響を少なくすることができる。
【００６９】
ＩＴＯ膜成膜のあと、その一部表面にボンディングパッド部を構成するボンディングパッド層を作製する。両者を合わせて正極を構成することになる。ボンディングパッド層の材料として、各種の構造のものが知られており、本発明においても、これら周知のものを特に制限されることなく用いることが可能である。負極材料に用いたＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕのほか、Ｃｒ、Ｗ、Ｖも何ら制限なく使用できる。しかしながら、ＩＴＯ膜との密着性の良い材料を用いることが望ましい。厚さはボンディング時の応力に対してＩＴＯ膜へダメージを与えないよう十分厚くする必要がある。また最表層はボンディングボールとの密着性の良い材料、例えばＡｕとすることが望ましい。
【００７０】
本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子は、例えば当業界周知の手段により透明カバーを設けてランプにすることができる。また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と蛍光体を有するカバーを組み合わせて白色のランプを作製することもできる。
【００７１】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子から作製したランプは発光出力が高く、駆動電圧が低いので、この技術によって作製したランプを組み込んだ携帯電話、ディスプレイ、パネル類などの電子機器や、その電子機器を組み込んだ自動車、コンピュータ、ゲーム機、などの機械装置類は、低電力での駆動が可能となり、高い特性を実現することが可能である。特に、携帯電話、ゲーム機、玩具、自動車部品などの、バッテリ駆動させる機器類において、省電力の効果を発揮する。
【実施例】
【００７２】
以下に実施例および比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるわけではない。
（実施例１）
本実施例で作製したＬＥＤ１０に使用したエピタキシャル積層構造体１１の断面模式図を図２に示す。また、図３には、ＬＥＤ１０の平面模式図を示す。
【００７３】
積層構造体１１は、サファイアのｃ面（（０００１）結晶面）からなる基板１０１上に、ＡｌＮからなるバッファ層（図示せず）を介して順次、アンドープＧａＮ下地層（層厚＝８μｍ）１０２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層（層厚＝２μｍ、キャリア濃度＝５×１０18ｃｍ-3）１０３、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎクラッド層（層厚＝２５ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０18ｃｍ-3）１０４、６層のＳｉドープＧａＮバリア層（層厚＝１４．０ｎｍ、キャリア濃度＝１×１０17ｃｍ-3）と５層のアンドープＩｎ0.20Ｇａ0.80Ｎの井戸層（層厚＝２．５ｎｍ）からなる多重量子構造の発光層１０５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層（層厚＝１０ｎｍ）１０６、及びＭｇドープｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層（層厚＝１５０ｎｍ）１０７を積層して構成した。上記の積層構造体１１の各構成層１０２〜１０７は、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段で成長させた。
【００７４】
特に、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１０７は以下の手順に依り成長させた。
（１）ＭｇドープのＡｌ0,07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０６の成長を終了した後、成長反応炉内の圧力を２×１０4パスカル（Ｐａ）とした。キャリアガスはＨ2を用いた。
（２）ＴＭＧ、ＴＭＡおよびＮＨ3を原料とし、Ｃｐ2ＭｇをＭｇのドーピング源として、１０２０℃でＭｇドープＡｌＧａＮ層の気相成長を開始した。
（３）ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3およびＣｐ2Ｍｇを、成長反応炉内へ４分間に亘り継続して供給して、層厚を０．１５μｍとするＭｇドープＡｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ層を成長させた。
（４）ＴＭＧ、ＴＭＡおよびＣｐ2Ｍｇの成長反応炉内への供給を停止し、ＭｇドープＡｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ層の成長を停止した。
【００７５】
ＭｇドープＡｌＧａＮ層からなるコンタクト層１０７の気相成長を終了させた後、直ちにキャリアガスをＨ2からＮ2へと切り替え、ＮＨ3の流量を低下させ、そして低下させた分だけキャリアガスの窒素の流量を増加した。具体的には、成長中には全流通ガス量のうち体積にして５０％を占めていたＮＨ3を、０．２％まで下げた。同時に、基板１０１を加熱するために利用していた、高周波誘導加熱式ヒータへの通電を停止した。
【００７６】
更に、この状態で２分間保持した後、ＮＨ3の流通を停止した。このとき、基板の温度は８５０℃であった。図４にこの降温過程を模式的な図にしたものを示す。
この状態で室温まで冷却後、成長反応炉より積層構造体１１を空気中に取り出した。
【００７７】
コンタクト層１０７のマグネシウム及び水素の原子濃度を一般的なＳＩＭＳ分析法で定量した。Ｍｇ原子は、１．５×１０20ｃｍ-3の濃度で、表面から深さ方向に略一定の濃度で分布していた。一方、水素原子は、７×１０19ｃｍ-3の略一定の濃度で存在していた。また、抵抗率は、一般的なＴＬＭ法による測定から、おおよそ１５０Ωｃｍと見積もられた。
【００７８】
上記のｐ型コンタクト層を備えたエピタキシャル積層構造体１１を用いて図３に示すＬＥＤ１０を作製した。先ず、ｐ型コンタクト層上に、スパッタ法によってＩＴＯよりなる正極を形成する。以下の操作により、窒化ガリウム系化合物半導体上に、ＩＴＯよりなる導電性透光性酸化物電極層の形成を行った。
【００７９】
まず、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、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に、ＩＴＯからなる導電性透光性酸化物電極層１１０を形成した。導電性透光性酸化物電極層の形成では、まず、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した基板をスパッタリング装置内に入れ、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に初めにＩＴＯおよそ２ｎｍをＲＦスパッタリングにより成膜し、次にＩＴＯおよそ４００ｎｍをＤＣスパッタリングにより積層した。なお、ＲＦ成膜時の圧力はおよそ１．０Ｐａ、供給電力は０．５ｋＷとした。ＤＣ成膜時の圧力はおよそ０．８Ｐａ、供給電力は０．５ｋＷとした。
【００８０】
スパッタリングは、従来公知のスパッタリング装置を用いて従来公知の条件を適宜選択して実施することができる。窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した基板をチャンバ内に収容する。チャンバ内は真空度が１０-4〜１０-7Ｐａとなるまで排気する。スパッタリング用ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等が使用できる。入手の容易さからＡｒとするのが望ましい。これらの内の一つのガスをチャンバ内に導入し、０．１〜１０Ｐａにしたのち放電を行う。好ましくは０．２〜５Ｐａの範囲に設定する。供給する電力は０．２〜２．０ｋＷの範囲が好ましい。この際、放電時間と供給電力を調節することによって、形成する層の厚さを調節することができる。
ＩＴＯ膜を成膜後、酸素を２０％含む窒素雰囲気中で８００℃において、１分間のアニール処理を施した。
【００８１】
アニール処理終了後、負極１０９を形成する領域に一般的なドライエッチングを施し、その領域に限り、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３の表面を露出（図３参照）させた。次に、真空蒸着法により、ＩＴＯ膜層１１０上の一部、および露出されたＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上に、Ｃｒからなる第１の層（層厚＝４０ｎｍ）、Ｔｉからなる第２の層（層厚＝１００ｎｍ）、Ａｕからなる第３の層（層厚＝４００ｎｍ）を順に積層し、それぞれ正極ボンディングパッド層１１１および負極１０９を形成した。
【００８２】
ボンディングパッド層１１１および負極１０９を形成した後、サファイア基板１０１の裏面を、ダイヤモンド微粒の砥粒を使用して研磨し、最終的に鏡面に仕上げた。その後、積層構造体１１を裁断し、３５０μｍ角の正方形の個別のＬＥＤ１０へと分離した。
次に、チップを測定用の簡易式のリードフレーム（ＴＯ−１８）上に載置し、負極および正極を各々、金（Ａｕ）線でリードフレームと結線した。
【００８３】
このような工程で作製したＬＥＤチップマウントの、負極１０９および正極１１０間に順方向電流を流して電気的特性及び発光特性を評価した。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向駆動電圧（Ｖｆ）は３．０Ｖであり、電流を１０μＡとした場合の逆方向電圧（Ｖｒ）は２０Ｖ以上であった。
【００８４】
また、ＩＴＯ電極より外部へ透過して来る発光の波長は４５５ｎｍであり、一般的な積分球で測定された発光出力は１５ｍＷであった。なお、直径５．１ｃｍ（２インチ）のウエーハから外観不良品を除いて約１００００個のＬＥＤが得られたが、ばらつきなくこのような特性を示した。
【００８５】
このＬＥＤと同様にして、ＩＴＯをＲＦスパッタリングにより３ｎｍだけ積層した試料を作製し、１分間のアニール処理をした後、Ｓｐｒｉｎｇ−８のエネルギー５９４８ｅＶの硬Ｘ線を用いてＩＴＯ側より光電子分光分析を行った。その結果を図５および図６に示す。図５より、Ｇａに関してはＧａ−Ｎの結合を持つ成分とＧａ−Ｏの結合を持つ成分が存在することが確認できた。一方、図６より、Ｎに関しては、Ｎ−Ｇａの結合のほかに、Ｎ−Ｏの結合を持つ成分が存在することが判った。即ち、ＩＴＯ層とｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層との間にＧａ−Ｏ結合およびＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層１０８が存在することが判った。また、図５から前述の方法に従ってＧａ−Ｏ結合およびＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層の厚さを求めると５．３ｎｍであった。
【００８６】
なお、別途、成長反応炉より取り出した積層構造体１１について、Ｓｐｒｉｎｇ−８のエネルギー５９４８ｅＶの硬Ｘ線を用いてｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層１０７側より光電子分光分析を行った。その結果を図７および図８に示す。図７より、Ｇａに関してはＧａ−Ｎの結合を持つ成分とＧａ−Ｏの結合を持つ成分が存在することが確認できた。図８より、Ｎに関しては、Ｎ−Ｇａの結合のほかに、Ｎ−Ｏの結合を持つ成分が存在することが判った。この段階でＧａ−Ｏ結合およびＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層１０８は存在していた。
【００８７】
（実施例２）
実施例２で作製した積層構造体は、実施例１と同様の成膜条件にて成膜した。
ただしｐ型コンタクト層を成膜後、温度を下げる工程において、気相雰囲気を水素で構成し、アンモニアの減量も行わなかった。
【００８８】
上記のｐ型コンタクト層を備えたエピタキシャル積層構造体１１を用いてＬＥＤ１０を作製した。電極の形成の方法も、実施例１に倣った。即ち、ＩＴＯ膜を成膜後、酸素を２０％含む窒素雰囲気中で８００℃において、１分間のアニール処理を施した。
【００８９】
このような工程で作製したＬＥＤチップの、負極１０９および正極１１０間に順方向電流を流して電気的特性及び発光特性を評価した。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向駆動電圧（Ｖｆ）は３．０５Ｖであり、電流を１０μＡとした場合の逆方向電圧（Ｖｒ）は２０Ｖ以上であった。
【００９０】
また、ＩＴＯ電極より外部へ透過して来る発光の波長は４５５ｎｍであり、一般的な積分球で測定された発光出力は１５．５ｍＷであった。なお、直径５．１ｃｍ（２インチ）のウエーハから外観不良品を除いて約１００００個のＬＥＤが得られたが、ばらつきなくこのような特性を示した。
【００９１】
このＬＥＤと同様にして、ＩＴＯをＲＦスパッタリングにより３ｎｍだけ積層した試料を作製し、１分間のアニール処理をした後、Ｓｐｒｉｎｇ−８のエネルギー５９４８ｅＶの硬Ｘ線を用いてＩＴＯ側より光電子分光分析を行った。その結果、ＩＴＯ層とｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層との間にＧａ−Ｏ結合およびＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層１０８が確認された。
【００９２】
（比較例１）
比較例１で作製した積層構造体は、実施例１と同様の成膜条件にて成膜した。
ただしｐコンタクト層を成膜後、温度を下げる工程において、気相雰囲気を水素で構成し、アンモニアの減量も行わなかった。ＭＯＣＶＤ炉から取り出した後、別のランプ加熱式のラピッドサーマルアニール炉を用いて窒素雰囲気中で９００℃にて３０秒間の熱処理を行った。熱処理の終了後、窒素雰囲気で放置し、室温まで温度を下げた。その後も、１時間ほど炉内に放置した。
【００９３】
上記のｐ型コンタクト層を備えたエピタキシャル積層構造体１１を用いてＬＥＤ１０を作製した。電極の形成の方法も、実施例１に倣った。ただし、ＩＴＯ膜を成膜後の熱処理は実施しなかった。
【００９４】
このような工程で作製したＬＥＤチップの、負極１０９および正極１１０間に順方向電流を流して電気的特性及び発光特性を評価した。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向駆動電圧（Ｖｆ）は３．６Ｖであり、実施例１や２と比較すると、有意なほど高かった。電流を１０μＡとした場合の逆方向電圧（Ｖｒ）は２０Ｖ以上であった。
【００９５】
また、ＩＴＯ電極より外部へ透過して来る発光の波長は４５５ｎｍであり、一般的な積分球で測定された発光出力は１３ｍＷであった。なお、直径５．１ｃｍ（２インチ）のウエーハから外観不良品を除いて約１００００個のＬＥＤが得られたが、ばらつきなくこのような特性を示した。
【００９６】
このＬＥＤと同様にして、ＩＴＯをＲＦスパッタリングにより３ｎｍだけ積層した試料を作製し、Ｓｐｒｉｎｇ−８のエネルギー５９４８ｅＶの硬Ｘ線を用いてＩＴＯ側より光電子分光分析を行った。その結果、Ｇａに関してはＧａ−Ｎの結合を持つ成分のみ、Ｎに関しては、Ｎ−Ｇａの結合を持つ成分のみが存在することが判った。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、良好な発光出力を有し、駆動電圧が低下するので、その産業上の利用価値は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子の断面を示した模式図である。
【図２】実施例１で作製したエピタキシャル積層構造体の断面模式図である。
【図３】実施例１で作製した窒化ガリウム系半導体発光素子の平面模式図である。
【図４】実施例１におけるｐ型半導体層成長後の降温過程を説明した図である。
【図５】本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子のｐ型半導体層とＩＴＯ電極を形成したサンプルで測定した、Ｇａ２ｐ3/2の硬Ｘ線励起電子放出スペクトルである。
【図６】本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子のｐ型半導体層とＩＴＯ電極を形成したサンプルで測定した、Ｎ１ｓの硬Ｘ線励起電子放出スペクトルである。
【図７】実施例１で作製したエピタキシャル積層構造体のｐ型半導体層側から測定した、Ｇａ２ｐ3/2の硬Ｘ線励起電子放出スペクトルである。
【図８】実施例１で作製したエピタキシャル積層構造体のｐ型半導体層側から測定した、Ｎ１ｓの硬Ｘ線励起電子放出スペクトルである。
【符号の説明】
【００９９】
１    基板
２    バッファ層
３    ｎ型半導体層
４    発光層
５    ｐ型半導体層
６    Ｇａ−Ｏ結合および／またはＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層
７    正極
８    負極
１０    ＬＥＤ
１１    エピタキシャル積層構造体
１０１    基板
１０２    アンドープＧａＮ下地層
１０３    Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層
１０４    Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎクラッド層
１０５    発光層
１０６    Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層
１０７    Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層
１０８    Ｇａ−Ｏ結合およびＮ−Ｏ結合を有する化合物を含む層
１０９    負極
１１０    導電性透光性酸化物電極層
１１１    正極ボンディングパッド層
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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